【文章內(nèi)容簡介】 是當傳送數(shù)據(jù)位很多很遠時，串行口的這一優(yōu)點就更加突出，串行通信只用很少的信號線就能完成信號的傳送。并行通信是指數(shù)據(jù)字節(jié)各位都同時發(fā)送，是通過并行接口實現(xiàn)的。并行通信的特點是傳輸速度非常快、控制很簡單，但是由于傳輸時需要用到的接口線很多，所以長距離傳輸時不適合使用并行通信，它的成本高且接收方的各位同時接收存在很大的困難。根據(jù)信息傳送的方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工三種。單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個方向進行，無法實現(xiàn)反向傳輸。半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸能夠沿兩個方向進行，但是通信需要分時的進行。全雙工是指兩個站可以同時雙向發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。按通訊方式，串行通信還可以分為同步通訊和異步通訊。其中異步串行通訊規(guī)定了字符數(shù)據(jù)的傳遞格式，即每個數(shù)據(jù)應該以相同的幀格式進行傳遞。每一幀數(shù)據(jù)由起始位，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗位和停止位組成。AT89C52單片機有一個工作在異步通訊方式下的全雙工串行口。全雙工的串行通信只需要一根輸出線和一根輸入線。，分別為接收端RXD和發(fā)送端TXD。當非串口方式工作時，這兩個端口還可以作為一般的I/0口使用。GSM模塊與單片通信有兩種方式：一種為232電平通信另一種為TTL電平通信。1. RS232電平通信GSM模塊提供了一個標準的九針口RS232串口，單片機可以通過這個接口與GSM模塊進行通信。因為GSM串口與單片機的邏輯電平不一致，在實際應用時，應把微處理器的TTL電平轉換為RS232電平，這種轉換是由專用電平轉換芯片MAX232實現(xiàn)的。轉換電路圖如圖36所示。圖36 RS232轉換電路2. TTL電平通信本次設計使用的就是TTL電平通信方式，這種通信方式連接非常簡單，只需要將單片機的RXD、TXD引腳分別與GSM模塊的RXD、TXD引腳相連即可。GSM模塊與單片機的通信應特別注意，收發(fā)雙方的波特率應該一致，這是保證通信成功的重要條件之一。單片機的波特率與串行口工作方式、系統(tǒng)的振蕩頻率、PCON寄存器的SMOD位和定時器TI有關。根據(jù)本設計的要求，串行口應工作在方式2，TI作為波特率的發(fā)生器。SMOD的值和TI的溢出率共同決定波特率的值。本系統(tǒng)選用波特率為4800b，SMOD=0，則經(jīng)計算初值X=F3H。把初值x=F3H裝入TH1和TL1，則發(fā)出的波特率為4800bps。在使用串行口之前，應對它進行初始化編程，主要設置波特率的定時器T1，串行口控制和中斷控制，具體步驟如下:(1) 確定Tl的工作方式；(2) 計算Tl的初值，裝載THTL1；(3) 啟動Tl，即編程TCON中的TR1位；(4) 確定串行口工作方式，即編程SCON寄存器；(5) 串行口在中斷方式工作時，要進行中斷設置(編程IE、IP寄存器)。TC35通信模塊默認的設置為:波特率4800bps、無奇偶校驗位、8位數(shù)據(jù)位、1位起始位、1位停止位。在異步串行通訊中，接收設備和發(fā)送設備應保持相同的傳送波特率，并以每個字符數(shù)據(jù)的起始位與發(fā)送設備保持同步。起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位的約定，在一次傳遞過程中必須保持一致，這樣才能成功地傳遞數(shù)據(jù)。因此單片機的設置要和TC35通信模塊默認的設置相同。，設置串口的波特率為4800bps，工作方式為方式1，定時器T1采用工作方式2。設置成功之后，就能正常通信了。 GSM模塊電路連接原理圖單片機與GSM模塊之間的通信主要是通過TXD,RXD引腳來實現(xiàn)的，實現(xiàn)正常通信，需要設置正確的波特率。電路連接如下圖37所示。TC35圖37 GSM模塊連接電路 AT指令介紹表36 常見AT指令單片機與TC35模塊之間的通訊主要是通過傳送AT指令進行的，常用的基本AT指令見表36所示。AT指令功能AT測試連接是否正確AT+CSCA短信中心號碼AT+CPMS選擇短信儲存地點?？蛇x擇ME（SIM卡）和MT（機身）AT+CMGL列出指定狀態(tài)的短信息的PDU代碼AT+CMGS發(fā)送短信AT+CMGD刪除指定的短信AT+CMGF短信格式。分為Text模式和PDU模式AT+CNMI設置新短消息通知電腦端AT+CSCA短信中心AT+IPR?顯示串口波特率AT+IPR=19200更改串口波特率為19200ATamp。W保存設置 PDU編碼規(guī)則 目前，常用發(fā)送短消息模式包括Text和PDU(Protocol Data Unit)兩種。其中用Text模式收發(fā)短信代碼很簡單，實現(xiàn)起來也很容易，但它不支持中文短信的收發(fā)，這也是它最大的缺點；而PDU模式不僅支持英文短信的收發(fā)，也能中文短信。PDU模式收發(fā)短信需要進行編碼，可以使用的編碼有3種，包括7bit、8bit和UCS2編碼。其中7bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符，8bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息， UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。一般的PDU編碼由ABCDEFGHIJKLM十三項組成見表37所示。 表37 PDU組成成分PDU編碼組成功能A短信息中心地址長度，2位十六進制數(shù)（1字節(jié)）B短信息中心號碼類型，2位十六進制數(shù)C短信息中心號碼，B+C的長度將由A中的數(shù)據(jù)決定D文件頭字節(jié)，2位十六進制數(shù)E信息類型，2位十六進制數(shù)F被叫號碼長度，2位十六進制數(shù)G被叫號碼類型，2位十六進制數(shù)，取值同BH被叫號碼，長度由F中的數(shù)據(jù)決定I協(xié)議標識，2位十六進制數(shù)。J數(shù)據(jù)編碼方案，2位十六進制數(shù)K有效期，2位十六進制數(shù)L用戶數(shù)據(jù)長度，2位十六進制數(shù)M用戶數(shù)據(jù)，其長度由L中的數(shù)據(jù)決定 鍵盤顯示模塊鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段[11]。在單片機系統(tǒng)中常用的鍵盤有兩種：機械式按鍵鍵盤和薄膜鍵盤。鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關的集合。鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)高電平或低電平，如果高電平表示鍵斷開，低電平則表示鍵閉合，通過對行線電平的高低狀態(tài)的檢測，便可以確認按鍵按下與否。為了確保單片機對一次按鍵動作只確認一次按鍵有效，應該消除按鍵抖動。本設計通過4*4鍵盤向單片機輸入指定的報警號碼，并且通過LED顯示，可以方便給用戶來對防盜報警系統(tǒng)進行電話號碼的預設。本設計所使用的是4*4鍵盤共有16個鍵，行向共有4個輸入，列向共有4個輸入，分別與單片機I/O口直接相連，單片機通過掃描程序來識別鍵盤有無鍵按下，此過程可分為兩步進行：第一步，識別鍵盤有無鍵按下；第二步，如有鍵被按下，識別出具體的鍵位。 本設計把每次掃描的鍵值通過LED顯示，方便用戶確認按下的號碼。鍵盤連接電路如圖38所示。圖38 鍵盤連接電路圖 傳感器模塊傳感器數(shù)據(jù)信息采集模塊主要是采集外部信息，然后將采集到的外部信息傳送給單片機，單片機通過判斷，控制其他模塊做出相應的反應，所以要實現(xiàn)防盜、防火、防煤氣泄漏，相應的傳感器是必不可少的。本次設計使用兩種傳感器： HCSR501熱釋電紅外傳感器，MQ2煙霧傳感器。 紅外傳感器本次設計采用HCSR501熱釋電紅外傳感器進行安保監(jiān)控，HCSR501熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，通過檢測移動人體輻射出的特定范圍的波長的紅外線，將其轉化為與人體運動速度、方向、距離等有關的低頻電信號。傳感器的電壓響應度與接收的入射光輻射變化的頻率成反比，當恒定不變的紅外輻射線照射在傳感器的探測器上時，探測器輸出低電平，所以恒定不變的紅外輻射無法被探測器檢測到；在相同的入射功率下，物體移動的速度越快，輸出的電壓就越小，當達到閡值電平時，探測器才會有輸出高電平。根據(jù)這一特性，熱釋電紅外傳感器非常適用于防盜信號的檢測。當有人進入防盜區(qū)時，人體的溫度會引起周圍環(huán)境溫度的輻射場變化，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外傳感器的探頭感應到人體的溫度與周圍環(huán)境溫度的差異信號，則在傳感器內(nèi)部的負載電阻上產(chǎn)生一個電信號，由敏感元件溫度變化的快慢決定輸出的電信號的大小[12]。經(jīng)過后級比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應的輸出信號。HCSR501熱釋電紅外傳感器主要技術參數(shù)包括工作電壓：DC5V至20V；靜態(tài)功耗：65微安；電平輸出：，低0V；延時時間：可調(diào)(~18秒) ；封鎖時間：；觸發(fā)方式：L不可重復，H可重復，默認值為H；感應范圍：小于120度錐角，7米以內(nèi)；工作溫度：15~+70度。HCSR501功能特點：1. 全自動感應：當有人進入其感應范圍則輸入高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平。輸出低電平。2. 光敏控制(可選）：模塊預留有位置，可設置光敏控制，白天或光線強時不感應。3. 兩種觸發(fā)方式：L不可重復，H可重復。可跳線選擇，默認為H。 (1) 不可重復觸發(fā)方式：輸出高電平，經(jīng)過延時之后，輸出信號將自動從高電平變?yōu)榈碗娖健?2) 可重復觸發(fā)方式：當傳感器感應到移動的物體時，感應輸出高電平，在延時時間段內(nèi)，如果仍有物體在感應范圍內(nèi)運動，輸出將一直為高電平，當沒有物體活動時，延時過后，高電平將變?yōu)榈碗娖健?. 具有感應封鎖時間：感應模塊在每一次感應輸出電平后，設置一個感應的封鎖時間，在這一時間段內(nèi)感應器無法接收任何感應信號。此功能將感應輸出的時間和封鎖的時間分開，可以實現(xiàn)間接時間的探測物體；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。本次設計采用MQ2煙霧傳感器監(jiān)控火情，MQ2煙霧傳感器是一種采用陶瓷半導體工藝的燒結型器件，利用氣體在半導體表面的氧化還原反應導致敏感元件阻值發(fā)生變化而制成的，氣敏電阻器的阻值隨著吸附氣體的數(shù)量和種類而改變，也就是說非電量氣體的氧化還原反應過程導致電阻值發(fā)生變化[13]。電路如圖39所示。圖39 MQ2煙霧傳感器電路 當MQ2煙霧傳感器在潔凈空氣中時，A、K兩點間的電阻很大，流過RP4的電流很小，K點為低電位，三極管不導通輸出為低電平。當接觸到含有有毒氣體時，A、K 兩點間的電阻迅速下降，K點電位升高，三極管導通輸出為高電平。 MQ2煙霧傳感器主要芯片有LM39ZYMQ2氣體傳感器，工作電壓直流5伏，主要特點:1. 具有信號輸出指示；2. 雙路信號輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）；3. TTL輸出有效信號為低電平。（當輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機）； 4. 模擬量輸出0~5V電壓，濃度越高電壓越高；5. 對液化氣，天然氣，城市煤氣，煙霧有較好的靈敏度；6. 具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；7. 快速的響應恢復特性等。MQ2煙霧傳感器適用于家庭或工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等監(jiān)測裝置。兩個傳感器輸出的信號都為電壓信號，都是數(shù)字信號，不需要再加A/D轉換器，可以直接與單片機相連，直接與單片機相連，單片機I/O口無法識別為高電平，因此，需要外加電路來輔助。煙霧傳感器可以直接與單片機相連。1. 輔助電路此電路主要由NPN型三極管組成，集電極與一個5kΩ的電阻連接，再接一個+5V的電源，發(fā)射極接地，紅外傳感器的輸出與基極連接，電路的輸出為集電極輸出，三極管工作在飽和區(qū)，當紅外傳感器輸出低電平時，電路輸出+5V高電壓，當紅外傳感器輸出高電平時，電路輸出低電平，電路圖如圖310所示。圖310 輔助電路圖2. 與單片機連接電路、連接電路如圖311所示。圖311 傳感器連接電路圖 遙控器模塊本設計所用的遙控器是315m調(diào)幅遙控器，實現(xiàn)用戶在進入防區(qū)前或離開防區(qū)后能對系統(tǒng)的布、撤防狀態(tài)進行改變，工作溫度為10℃~+70℃，接收靈敏度(dBm)為105DB，編碼方式為焊盤編碼（固定碼），工作方式為M4（點動：按住不松手就輸出，一松手就停止輸出），該遙控器具有以下優(yōu)點：工作在業(yè)余頻段，不用花錢購買頻點；有效距離遠，一般可達200－1000米；有豐富的地址碼供用戶選擇，由于遙控器和遙控器接收板上應用的PT2262/PT2272編解碼芯片對都提供8位三態(tài)的編解碼狀態(tài)，也就是說有3的8次方地址碼可供用戶選擇。 遙控器包括超再生接收模塊采用LC振蕩電路，內(nèi)含放大整形，輸出的數(shù)據(jù)信號為解碼后的高電平信號[14]。使用極為方便，并且價格低廉，所以被廣泛使用。使用方便。接收模塊有較寬的接收帶寬，一般為177。10MHz，接收模塊一般采用DC5V供電。 遙控接收模塊連接電路如圖312所示。圖312 遙控接收模塊連接電路 4 系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)所用的軟件編程語言是C語言，所用的開發(fā)軟件為Keil C51和仿真軟件Protus,整個系統(tǒng)的編程都是在Keil C51中實現(xiàn)的，然后通過Protus進行仿真，本系統(tǒng)分為主程序與子程序，子程序中主要包括鍵盤掃描程序、LED顯示程序、GSM初始化程序、發(fā)送短信息程序等。各個子程序分別與各個模塊相對應，使各個模塊實現(xiàn)不同的功能，最后，再通過主程序，實現(xiàn)整個系統(tǒng)模塊的防盜報警功能。 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)中除了必要的硬件外，同樣軟件也是必不可少的，能夠直接被單片機執(zhí)行的語言只有機器語言，但是機器語言不利于編寫和讀寫。在早期研制單片機應用的系統(tǒng)時，大多是以匯編語言來作為軟件的工具，但是后期廣泛采用的是C語言作為軟件工具，這是因為C語言是一種結構化的程序設計語言，它的可讀性和可移植性都非常好，可以直接在主函數(shù)中調(diào)用所需的子函數(shù)，在子函數(shù)中實現(xiàn)不同的功能。采用C語言編寫單片機應用程序周期很短，并且調(diào)試和排錯也很簡單。而匯編語言不適合編寫復雜的程序，編寫起來很繁瑣，邏輯方面不易理解。所以常用的單片機編程語言是C語言。本系統(tǒng)用到的是AT89C52單片機，支持匯編語言、C語言或者二者的混合語言編寫程序。為了提高編寫程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，采用C語言作為開發(fā)軟件。 Keil C51簡介Keil C51是美國Keil Software 公司