【正文】 ........................................................................................... 39 附錄 A： 完整的程序 ........................................................................................ 40 基于 GSM 模塊的家庭安防手機(jī)短信報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) — 偏軟 1 第 1 章 緒論 隨著經(jīng)濟(jì)和電子科技的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，住房條件逐漸改善，家庭防盜、防火和自身安全等問題越來越受到人們的重視．為了滿足人們的需求，智能家居、安全防盜系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng)等產(chǎn)品逐漸上市．家庭安防成為當(dāng)今社會(huì)備受關(guān)注的熱點(diǎn)之一． GSM 網(wǎng)絡(luò)是基于時(shí)分多址技術(shù)和頻分多址技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)體系，主要提供語音、短消息、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)，具有傳輸快、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此在遠(yuǎn)程控制中得到了廣泛的應(yīng)用[1]． 本系統(tǒng)使用單片機(jī) AT89S52 和 GSM 模塊 TC35 實(shí)現(xiàn)家庭安防短信報(bào)警功能． 課題的研究背景及意義 近些年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，許多現(xiàn)代化的住宅小區(qū)在全國范圍內(nèi)興建．我國工業(yè)的快速發(fā)展、城市外來人口的增加、煤氣和大量家用電器設(shè)備使用等生活環(huán)境中存在的一些不安全因素，對(duì)小區(qū)居民的生命和財(cái)產(chǎn)造成了很大的威脅．其威脅主要包括 兩大方面，一方面是不法分子趁居民外出不在家中時(shí)入室偷竊；另一方面就是當(dāng)居民不在家時(shí)發(fā)生意外火災(zāi)，或者煤氣泄漏等危險(xiǎn)情況．因此，人們?cè)絹碓狡惹幸竽軌蛴杏行У拇胧┛梢詽M足他們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)安全防范程度和強(qiáng)度上的要求． 為了更有效地保證居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，在家中和小區(qū)內(nèi)引入智能化的手段 — 家庭安防系統(tǒng)來進(jìn)行安全防范管理已經(jīng)成為廣大住戶的迫切希望． 家庭安防系統(tǒng)是指通過各種報(bào)警探測(cè)器、報(bào)警主機(jī)、攝像機(jī)、讀卡器、門禁控制器、接警中心及其它安防設(shè)備為住宅提供入侵報(bào)警系統(tǒng)服務(wù) 的 一個(gè)綜合性系統(tǒng)． 該安全防范系統(tǒng)是家庭、住宅小 區(qū)防范外來侵害和自然災(zāi)害的一種最重要的、最有效的手段，它大大提高了居民自身的安全感，已成為社會(huì)治安的一個(gè)重要組成部分 [2]． 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，報(bào)警系統(tǒng)已從原來的簡(jiǎn)單化、局部化向智能化、集成化發(fā)展．而各種防盜報(bào)警系統(tǒng)之間的主要區(qū)別是在于如何讓分機(jī)與主機(jī)、分機(jī)與用戶之間進(jìn)行即時(shí) 通訊．目前市場(chǎng)上常見的防盜報(bào)警系統(tǒng)的通信方式有固定電話撥號(hào)、以太網(wǎng)、集群系統(tǒng)等等．但它們有各自的缺點(diǎn)： （ 1） 固定電話撥號(hào)容易被盜賊在入室 偷竊之 前 就 切斷電話線或惡意占線 ． （ 2） 以太網(wǎng) 同樣 面臨著線路被切斷的隱患，且不易普及． （ 3） 集群系統(tǒng)功耗很大，網(wǎng)絡(luò)架設(shè)和維護(hù)費(fèi)用很高，而且需要購買固定的頻點(diǎn)． 國內(nèi)外概況 在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的大潮中，智能社區(qū)的安防建設(shè)顯得越來越重要，國外的許多大公司已進(jìn)入到該領(lǐng)域中，如微軟公司投資一家 ltran 公司，專門從事家庭安防和家庭自動(dòng)化方式的開發(fā)設(shè)計(jì)； IBM 公司與建筑商合作，為用戶提供裝備有先進(jìn)的安防系統(tǒng)的智能化住宅． “安全技術(shù)防范”作為一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，在國內(nèi)也已經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展歷程．它的發(fā)展歷程分為三個(gè)階段： 19791983 年為起步階段： 19841996 年為發(fā)展階段； 1997 年 以后為提高階段，即探索安全技術(shù)防范的發(fā)展規(guī)律和方向的階段．近兩年來，安防行業(yè)又有了江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 進(jìn)一步的發(fā)展．在我國加入 WTO 的形勢(shì)下，積極探討安防行業(yè)的發(fā)展問題，對(duì)于維護(hù)社會(huì)治安穩(wěn)定，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的繁榮，保障人民生活的幸福，具有非常重要而深遠(yuǎn)的意義． 本課題的研究?jī)?nèi)容 無線通訊 不再依賴有線電話執(zhí)行報(bào)警，而是借助最可靠、最成熟的 GSM 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，不需要擔(dān)心切斷電話線、惡意占線、維修復(fù)雜且價(jià)格昂貴等問題．無線通訊可 以 通過 GSM網(wǎng)絡(luò)用 最直觀的中文短消息 方式 直接把報(bào)警 信息 反映到手機(jī)屏幕上． 針對(duì) 有線、無線 通信方式的優(yōu)、缺 點(diǎn)， 本文 設(shè)計(jì) 了一個(gè) 基于 GSM 短信模塊的家庭無線防盜報(bào)警系統(tǒng)． 本設(shè)計(jì)基于 AT89S52 單片機(jī)通過串口控制 GSM 無線收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)家庭安防系統(tǒng)中的手機(jī)短信報(bào)警功能．通過傳感系統(tǒng)檢測(cè)到家中的異常情況，向單片機(jī)傳送一個(gè)報(bào)警信號(hào)，單片機(jī)收到該報(bào)警信號(hào)后通過 AT 指令控制 TC35 模塊向指定的號(hào)碼發(fā)送報(bào)警信息．讓家庭防盜更及時(shí)、使用更方便． 本設(shè)計(jì)還在 GSM 演示模塊上，擴(kuò)展了鍵盤和顯示器，通過編程可以模擬手機(jī)交互界面，在鍵盤上輸入號(hào)碼，同時(shí)在 LCD 上顯示，并能向這些實(shí)時(shí)鍵入的號(hào)碼發(fā)送報(bào)警短信． 課題的研究方法 和步驟 在課題的前期，進(jìn)行大量的知識(shí)積累：通過查閱文獻(xiàn)掌握 GSM 網(wǎng)絡(luò)和 TC35 模塊 的基礎(chǔ)知識(shí)和研究現(xiàn)狀，了解其原理與機(jī)制，了解手機(jī)模塊 的 結(jié)構(gòu)、功能及使用方法等，然后建立開展課題的切入點(diǎn)與思路．同時(shí)，學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，熟悉 單片機(jī) 操作步驟，查閱相關(guān) 開發(fā)板 使用說明書， 做到能夠 熟練地對(duì) 單片機(jī) 進(jìn)行操作． 在課題的中期階段，圍繞課題進(jìn)行以下幾個(gè)方面的研究： （ 1）對(duì) GSM 網(wǎng)絡(luò) 的基礎(chǔ)知識(shí)，及 手機(jī)模塊的結(jié)構(gòu)、工作原理 等理論知識(shí)深入了解； （ 2） 分析電路，根據(jù)所需功能使用 keil 軟件進(jìn)行編程并驗(yàn)證 ； （ 3） 根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)程序?qū)崿F(xiàn) 功能進(jìn)行修改，直到達(dá)到課題預(yù)期結(jié)果． 在課題的后期， 再次對(duì)所完成的作品進(jìn)行功能演示及驗(yàn)證以滿足課題要求．最終完成論文書寫、進(jìn)行答辯． 基于 GSM 模塊的家庭安防手機(jī)短信報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) — 偏軟 3 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)軟硬件環(huán)境概述 總體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī) AT89S52， GSM 模塊 TC35， LCD 顯示屏，矩陣鍵盤和供電電源塊組成，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖 21 所示．其中傳感器感應(yīng)危險(xiǎn)情況，分析后傳送報(bào)警信號(hào)的部分不是本設(shè)計(jì)中的內(nèi)容，這部分由另一組同學(xué)完成． AT89S52 單片機(jī)是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心控制部件，負(fù)責(zé)接收傳感器傳送上 來的報(bào)警信號(hào)，接收到報(bào)警信號(hào)后控制 TC35 模塊向目的手機(jī)發(fā)送中文報(bào)警信息． TC35 是實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵器件 ，它是由西門子公司推出的 GSM 無線調(diào)制解調(diào)器，主要為語言傳輸，短信息發(fā)送提供無線接口．傳感器一旦感應(yīng)到危險(xiǎn)情況就會(huì)將危險(xiǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為高低電平通過引腳傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)后開始控制 TC35 模塊向提前編寫在程序中的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送報(bào)警信息． LCD 及鍵盤模塊是為了實(shí)現(xiàn)能夠向臨時(shí)鍵入的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送演示報(bào)警短信 ． 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖 單片機(jī)概述 本課題所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以單片機(jī)為依托，早期的功能實(shí)現(xiàn)都是通過 Keil 編程環(huán)境進(jìn)行編程調(diào)試，調(diào)試通過后下載到 ME830 開發(fā)板上的單片機(jī)中驗(yàn)證功能是否符合設(shè)計(jì)要求． 單片微型計(jì)算機(jī) (Singke Chip Microputer)簡(jiǎn)稱單片機(jī)．它把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器 CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、可編程存儲(chǔ)器 EPROM、并行及串行輸入輸出 I/O 接口電路、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷控制器等部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片 上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)．隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)內(nèi)還可包含 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器、高速輸入 /輸出部件、 DMA 通道、浮點(diǎn)運(yùn)算等新的特殊功能部件． 目前世界上單片機(jī)生產(chǎn)廠商很多，如： Intel、 Motorola、 Philips、 Siemens、 NEC、 ADM、Zilog 等公司，其主流產(chǎn)品有幾十個(gè)系列，幾百個(gè)品種．盡管其各具特色，名稱各異，但作為集 CPU、 RAM、 ROM(或 EPROM)、 I/O 接口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)為一體的單片機(jī)，其原理大同小異 [3]． AT89S52 報(bào)警信號(hào) GSM 模塊TC35 電源部分 用戶手機(jī) 紅外傳感器 煤氣傳感器 煙霧傳感器 LCD 顯示器 矩陣鍵盤 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 本課題設(shè)計(jì)中使用的單片機(jī)是 ATMEL 公司的 AT89S52． 主要原因是本設(shè)計(jì)中使用的單片機(jī)開發(fā)板是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的，實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)板使用的芯片是 AT89S52． AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89S52 單片機(jī)概況 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器．使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容．片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器．在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案． AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路．另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式．空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作．掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 [4]． AT89S52 引腳功能 AT89S52的引腳封裝有 3種，本課題設(shè)計(jì)中使用的是直插式的封裝，如圖 22所示． 圖 22 AT89S52引腳圖 其中引腳定義 [3]如下： VCC： 電源 GND： 地 P0口： P0口是一個(gè) 8位漏極開路的雙向 I/O口．對(duì) P0端口寫 “1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入．當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用．在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻．在 flash編程時(shí)， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)．程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部 上拉電阻． 本設(shè)計(jì)中將單片機(jī)的 P0口與 LCD的 7~14位相連， LCD的 7~14口是數(shù)據(jù)輸入 /輸出口，是MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道． 基于 GSM 模塊的家庭安防手機(jī)短信報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) — 偏軟 5 P1口： P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平．對(duì) P1端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用．此外， /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ），具體如表 21所示．在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8位地址字節(jié)． 本設(shè)計(jì) 中將 P1口與矩陣鍵盤相連，通過程序控制每個(gè)按鍵按下后的返回值，這樣就可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)中要求的可以向臨時(shí)鍵入的號(hào)碼發(fā)送報(bào)警演示信息． 表 21 P1口第二功能 引腳號(hào) 第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2口： P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平．對(duì) P2端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用．在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口送出高八位地址．在這種應(yīng)用中， P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1．在使用 8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容．在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)． 本設(shè)計(jì)中使用了 ~ LCD的 4,5,6口相連接， LCD的端口 4是 寄存器選擇輸入端，輸入 MPU 選擇模塊內(nèi)部寄存器類型信號(hào) ；端口 5是 讀寫控制輸入端 ，輸入 MPU 選擇讀 /寫模塊操作信號(hào) ；端口 6是 使能信號(hào)輸入端，輸入 MPU 讀 /寫模塊操作使能信號(hào) ． P3口： P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平．對(duì) P3端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用．作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）． P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 22所示．在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3口也接收一些控制信號(hào)． 表 22 P3口第二功能 引腳號(hào) 第二 功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) 本設(shè)計(jì)中使用了 ； 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文