【文章內(nèi)容簡介】 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 9 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 安防家具報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確可靠的硬件平臺(tái)是完成各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)，也是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分。系統(tǒng)硬件總體框圖如圖 31所示。 圖 31 系統(tǒng)硬件總體框圖 主控模塊基本電路 主控模塊是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，接受各個(gè)模塊傳來的報(bào)警信息及遙控命令并進(jìn)行相關(guān)的分析處理，顯示相關(guān)信息，一旦出現(xiàn)警情，聲光報(bào)警同時(shí)以短信形式告知住戶。 主控模塊的基本電路 包括 STC89C52 芯片的復(fù)位電路 和時(shí)鐘電路。 復(fù)位電路 單片機(jī) STC89C52的 RST 引腳和電容、電阻、復(fù)位按鍵串聯(lián)構(gòu)成了復(fù)位電路。其電路原理圖如圖 32所示，該電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位的功能。 STC89C52 GSM 模塊 聲光報(bào)警模塊 LCD1602顯示模塊 紅外傳感器 煙霧傳感器 煤氣傳感器 按鍵輸入 LED 指示燈 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 10 圖 32 復(fù)位電路 在 STC89C52的 單片機(jī)的第 9腳（ RST）為復(fù)位引腳，電容兩端的一個(gè)復(fù)位按鍵。系統(tǒng)開始工作后，時(shí)鐘電路也即開始工作， [6]當(dāng) RST 引腳上出現(xiàn)大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平即引起單片機(jī)執(zhí)行復(fù)位操作。因此只要按下按鍵 S1，便可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。 晶振電路 單片機(jī)內(nèi)部之所以產(chǎn)生時(shí)間得益于時(shí)鐘電路的主要功能，基于單片機(jī)本身的 高增益反相放大器和外部跨接的晶振、微調(diào)電容構(gòu)成產(chǎn)生時(shí)鐘的方法 。 [8]輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2的 反相放大器， XTAL1和 XTAL2以及 外部石英晶體 再加 兩個(gè)電容連接起來 即 可構(gòu)成一個(gè)石英晶體振蕩器如圖 33所示。 30pf 左右的瓷片電容主要對(duì) 電容 C6和 C7選用 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。 圖 33 時(shí)鐘電路 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 11 防盜探測器電路 本設(shè)計(jì)采用基于 菲泥爾濾光片與 BISS0001芯片組成的熱釋電紅外傳感器模塊，如果探測到人體存在，模塊的數(shù)據(jù)輸出口輸出高電平，否則為低電平。其模塊原理圖如圖 34 所示： 圖 34 紅外模塊原理圖 防火災(zāi)探測器電路 本設(shè)計(jì)的火災(zāi)探器選用 MQ2煙霧傳感器 模塊。當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生時(shí)，室內(nèi)的易燃物會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧， MQ2通過監(jiān)測煙霧的濃度來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范 。 MQ2氣體傳感器內(nèi)部電 路如圖 35 所示。 圖 35 煙霧傳感器 內(nèi)部電路 煙霧 傳感器 H為加熱 端 ， A、 B 為氣敏 器件 兩 端。當(dāng) 檢測到 煙霧 氣體 時(shí) ，傳感器內(nèi)部 阻值減小，隨之 比較器 LM393（ U1A） 的反相輸入端電壓高于同相輸入 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 12 端參考電壓， 使比較 器輸出低電平， LED 燈亮 。 電路中 通過調(diào)節(jié)電位器（ RP）可以調(diào)節(jié) MQ2 煙霧 傳感器的靈敏度。 防煤氣探測器電路 本設(shè)計(jì)的煤氣探器選用 MQ5氣體 傳感器 模塊。其對(duì)甲烷、乙烷等氣體有很高的靈敏度，具有抗煙霧、酒精的能力。因此煤氣泄漏時(shí) MQ5 傳感器 通過監(jiān)測煤氣 的濃度來實(shí)現(xiàn) 對(duì)煤氣泄漏的 防范 。其內(nèi)部電路和工作原理與 MQ2煙霧傳感器一樣。 LCD 顯示電路 本設(shè)計(jì)中顯示模塊用于實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)的安全狀態(tài)，因此不能用數(shù)碼管顯示，通過研究發(fā)現(xiàn) LCD1602 液晶完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。 LCD1602 液晶是一種專門用 于 顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。其 顯示的內(nèi)容為 16*2， 即可以顯示兩行 字符，引 腳功能 如表 31所示。 表 31 LCD1602 引腳功能 引腳號(hào) 引腳名 輸入 /輸出 作用 1 Vss 電源地 2 Vcc 電源（ +5V） 3 Vee 對(duì)比調(diào)整電壓 4 RS 輸入 0 輸入指令 1 輸入數(shù)據(jù) 5 R/W 輸入 0 向 LCD 寫入指令或數(shù)據(jù) 1 從 LCD 讀取信息 6 E 輸入 寫操作時(shí)，下降沿使能；讀操作時(shí)，高電平有效 7 DB0 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line0(最低位 ) 8 DB1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line1 9 DB2 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line2 10 DB3 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line3 11 DB4 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line4 12 DB5 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line5 13 DB6 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line6 14 DB7 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line7（最高位） 15 BLA LCD 背光電源正極 16 BLK LCD 背光電源負(fù)極 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 13 LCD 1602 液晶模塊體積小巧，功耗較低，自帶字庫和驅(qū)動(dòng)電路，其與單片 機(jī)的電路如圖 36 所示： 圖 36 液晶顯示電路 其中 R3為 10K 點(diǎn)位器，用于調(diào)節(jié)液晶顯示的對(duì)比度， RES2為 1K 電阻，作為限流電阻使用，用于調(diào)節(jié)液晶顯示的背光亮度。 本地報(bào)警電路 本地報(bào)警 部分 分為聲音報(bào)警和 燈光 報(bào)警。聲音 驅(qū)動(dòng) 報(bào)警如圖 37所示 。 圖 37 聲音 報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路 燈 光報(bào)警如圖 38所示。 當(dāng)單片機(jī)收到探測器發(fā)來的信號(hào)處理后，如果滿足報(bào)警條件就同時(shí)觸發(fā)這兩個(gè)報(bào)警，可以有效的擊退盜賊或者起到安全提醒的作用。蜂鳴器工作所需的電流比較大，單片機(jī)引腳無法 驅(qū)動(dòng) 正常工作，所以 需要 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 14 三極管 最為蜂鳴器的 驅(qū)動(dòng) 器。 當(dāng) P33輸出 低 電平，即三極管基極為 低 電平時(shí)，三極管 處于飽和 導(dǎo)通，蜂鳴器鳴叫；當(dāng) P33輸出 高 電平，即三極管基級(jí)為 高 電平時(shí)，三極管 處于 截止 狀態(tài) ，蜂鳴器不叫。 圖 38 燈 光 報(bào)警電路 GSM 模塊電路 當(dāng)主控模塊接收到警報(bào)信號(hào)后除了本地報(bào)警還會(huì)通過短信進(jìn) 行遠(yuǎn)程報(bào)警。短信發(fā)送是基于 GSM 工能模塊來實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)與調(diào)試過程中采用的 GSM模塊型號(hào)為 SIM 900。 SIM900是 SIMCOM公司推出的 GSM/GPRS雙頻模塊，集成 GPRS無線上網(wǎng)、 GSM語音通話和收發(fā)短信等多種功能于一體，主要為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。模塊集射頻電路和基帶于一體，而且體積小，功耗低，提供完善的接口，可以方便的應(yīng)用于開發(fā)及設(shè)計(jì)。 SIM900模塊的引腳序號(hào)和名稱如圖 39所示。 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 15 圖 39 SIM900引腳圖 在本設(shè)計(jì)中 SIM900模塊的實(shí)物圖如圖 310所示： 圖 310 SIM900實(shí)物圖 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 16 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 軟件主流程 軟件設(shè)計(jì)主流程圖如圖 41所示。 安防家居報(bào)警系統(tǒng)上電運(yùn)行或復(fù)位后，程序首先對(duì)全部外圍器件及主控模塊初始化，主要包括單片機(jī)的定時(shí)器、中斷系統(tǒng)、串行通信 、 LCD 液晶 、 I/O 口，GSM 等的初始化 。 初始化完后單片機(jī)顯示相關(guān)狀態(tài)信息，然后進(jìn)入中斷等待； 單片機(jī)接收到按鍵信息后，判斷是否進(jìn)入布防狀態(tài)。 進(jìn)入布防狀態(tài)后，根據(jù)傳感器的檢測信號(hào)進(jìn)行相應(yīng) 的處理。若檢測到報(bào)警信號(hào) ，則 觸發(fā) 本地報(bào)警和 通過串口通信觸發(fā) GSM 報(bào)警短信發(fā)送， 并顯示相應(yīng)的狀態(tài)。 進(jìn)入撤防狀態(tài)后，解除所有的報(bào)警狀態(tài)，完成所有程序的初始化狀態(tài)。 其中 整個(gè)程序的設(shè)計(jì)中有幾個(gè)關(guān)鍵的主模塊，比如中斷程序的設(shè)計(jì)、串口數(shù)據(jù)的收發(fā)、 GSM短信的收發(fā)、 LCD 的顯示等，下面對(duì)這些主要程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 17 圖 41 軟件主流程 串口通信程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中防盜報(bào)警主機(jī)在工作時(shí)需要進(jìn)行 GSM短信的 發(fā)送 ，這些都要求STC89C52RC單 片機(jī)與 GSM模塊能夠進(jìn)行 串口 通信：單片機(jī)向 SIM 900模塊發(fā)控制命令和要發(fā)送的短信內(nèi)容，單片機(jī)與 SIM900模塊是通過發(fā)送引腳 TXD和接收引腳RXD組成的串口連接的，因此對(duì)單片機(jī)編寫串口通信程序是保證收發(fā)短信功能正常的前提。 在使用串口之前，首先要對(duì)單片機(jī)的串口進(jìn)行初始化工作，串口的初始化包括以下幾個(gè)步驟： （ 1） 定時(shí)器 T1的工作方式設(shè)置 ； （ 2） 定時(shí)器 T1的計(jì)數(shù)初值設(shè)置 ； （ 3）串口的工作方式設(shè)置； （ 4）定時(shí)器及串口的中斷設(shè)置； （ 5） 啟動(dòng)定時(shí)器 T1。 開始 初始化單片 機(jī)機(jī)機(jī) 傳感器采樣 報(bào)警組合方案 是否異常 結(jié)束 發(fā)送 GSM 短信 報(bào)警處理 接受短信 Y N Y N 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 18 串口初始化需要對(duì)單片機(jī)的波特率進(jìn)行設(shè)置。 SIM900模塊的波特率默認(rèn)是9600bps，在串行通信中收發(fā)雙方的波特率又要求一致，所以我們需要將單片機(jī)的波特率也設(shè)置為 9600。串口的初始化程序如下所示： SCON = 0x50； //UART方式 1:8位 UART。 REN=1:允許接收 PCON = 0x00； //SMOD=0:波特率不加倍 TMOD |= 0x20； //T1方式 2,用于 UART波特率 TH1 = 0xFD； TL1 = 0xFD； //UART波特率設(shè)置 :9600 TR1 = 1； 通過定時(shí)方式控制寄存器將定時(shí)器設(shè)置為自動(dòng)載入計(jì)數(shù)初值的方式 2；計(jì)數(shù)初值 THl、 TLl由波特率和單片機(jī)的振蕩頻率決定，本設(shè)計(jì)中單片機(jī)晶振為11． 0592MHz，所以由公式： ]1TH256[12 f os c322=SM O D???串口波特率 （ 41） 其中通過配置可知 SMOD=0， ? ，因此通過計(jì)算定時(shí)器 1的初值為 0xFD。 GSM 短信收發(fā)程序設(shè)計(jì) AT 指令簡介 AT 即 Attention,AT 指令一般應(yīng) 用于 終端設(shè)備 與 PC 應(yīng)用之間 的連接與通信。其通信示意圖如圖 42所示： 圖 42 TE與 MS 通信示意圖 短信發(fā)送 本系統(tǒng)最終要實(shí)現(xiàn)當(dāng)檢測到危險(xiǎn)情況時(shí)，發(fā)送對(duì)應(yīng)短信通知用戶。實(shí)現(xiàn)此TE（ 終端設(shè)備） MS（移動(dòng)臺(tái)） AT COMMAND 基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng) 19 功能是通過單片機(jī)與 GSM模塊 SIM 900的串口通信完成的。單片機(jī)通過串口向 SIM 900發(fā)送 AT指令控制其發(fā)送不同短信內(nèi)容。這里重點(diǎn)對(duì)短信發(fā)送的 AT指令操作過程及短信內(nèi)容進(jìn)行展開。 （ 1） GSM模塊初始化 在發(fā)送短信之前需要對(duì)一些基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以保證短信的準(zhǔn)確發(fā)送。所需用到的 AT指令有： AT\r ／／ 發(fā)送 AT指令模式 AT+CMGF=0\r ／／ 短信模式配置 AT+CMGS=37\r ／／ 短信長度設(shè)置 程序設(shè)計(jì)中，這些指令均以字符串的形式存儲(chǔ)在不同指令數(shù)組中，通過串口通信程序中的串口字符串發(fā)送程序把這些 AT指令數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給 SIM 900模塊。 這些指令若被 SIM 900成功接收并設(shè)置，則會(huì)返回 OK字符，為了保證初始化成功，設(shè)計(jì)中在每個(gè) AT指令發(fā)送后均要檢測返回值。 （ 2） 短信內(nèi)容的處理 GSM模塊初始化后，就可以設(shè)定要發(fā)送的目的號(hào)碼然后調(diào)用短信內(nèi)容進(jìn)行發(fā)送了。本系統(tǒng)中不同情況引發(fā)的報(bào)警，是通過不同短信內(nèi)容來通知用戶的，這樣設(shè)計(jì)可以讓用戶更清楚的知道發(fā)生了什么情況。所以 此處對(duì)短信內(nèi)容采用的方法是定義不同的短信內(nèi)容字符串?dāng)?shù)組，然后在前面分析的外部中斷程序中根據(jù)不同的報(bào)警來源調(diào)用短信發(fā)送程序發(fā)送不同的短信內(nèi)容。 具體程序設(shè)計(jì)如： unsigned char code mesi1[]= ｛ 089168816