【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 4 圖 21 STC89C52 引腳圖 GSM 模塊 GSM 模塊作為用戶手機(jī)和控制器之間數(shù)據(jù)交換的橋梁，在本系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，本系統(tǒng)使用 SIM900A GSM 模塊。蜂窩通信引擎 SIM900A 是Siemens 推出的一種無(wú)線通信模塊，并且已經(jīng)有國(guó)內(nèi)的無(wú)線電設(shè)備入網(wǎng)證 [3]。SIM900A 的的設(shè)計(jì) 比較人性化，芯片總體是比較小巧的、消耗的功率也只有 左右。是一款便攜的無(wú)線通信模塊，可以廣泛的在遙感監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程通信等設(shè)備中使用。在綜合對(duì)比功能、價(jià)格等因素后選擇使用此款 GSM 模塊。具體樣式如圖 22 所示。 圖 22 GSM 模 塊樣式 以 SIM900A 作為主芯片的 GSM 模塊主要有以下參數(shù)： 1. 通信接口：支持 AT 指令控制、支持 RTS/CTS 硬件流控控制、支持從1200bps~115200bps 范圍的通信波特率調(diào)節(jié)、 RS232 串口和 LVTTL 串口。 2. 工作頻段： EGSM900Mhz/DCS1800Mhz 自動(dòng)搜索 2 個(gè)頻段。 3. 發(fā)射功率： EGSM900Mhz時(shí) 2W， DCS1800Mhz 時(shí) 1W。 4. 工作溫度： 40176。 C~+85176。 C。 5. 短信（ SMS）：支持 MT/MO/CB/TEXT 和 PDU 模式的短信，短信儲(chǔ)存在 SIM卡里。 6. 電源供電： DC524V，本系統(tǒng)適配器為 12V， 1A 為 GSM 模塊單獨(dú)供電。 5 AT 指令： 系統(tǒng)主要用到的 AT 指令有以下幾種，見(jiàn)表 21： 表 21 系統(tǒng)用到的 AT 指令 TA 指令 操作 TA 指令 操作 AT +IPR=4800 修改 GSM 波特率為4800 AT +CSMP=17,167,2,25 設(shè)置文本模式參數(shù) AT 握手指令 AT +CSCS=UCS2 設(shè)置為 UCS2 編碼字符集 ATD10086； 撥打 10086 AT +CMGS XXX 發(fā)送中英文短信到XXX AT +CMGF=1 設(shè)置為文本模式 短消 息工作模式： 發(fā)送短消息 GSM 模塊常用到的模式有 Text 和 PDU。 Text 模式實(shí)現(xiàn)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是只能作為簡(jiǎn)單的英文短信發(fā)送模式，是不能收發(fā)中文短信的；然而PDU 模式下不僅能發(fā)送英文短信，更重要的是能支持中文短信的發(fā)送。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中使用 PDU 模式中的 UCS2 編碼用于發(fā)送 Unicode 字符。通過(guò) 文本與Unicode 字符相互轉(zhuǎn)換的軟件（見(jiàn)圖 23），我們可以很輕松地得到文本的相關(guān)Unicode 碼，并寫(xiě)入到單片機(jī)的指令代碼中。 圖 23 unicode 轉(zhuǎn)換軟件 GSM 模塊與單片機(jī)通信方式： 首先將模塊的 地線與單片機(jī)的地線相連接，接著將單片機(jī)的 RXD（串行口輸入端）和 TXD（串行口輸出端）分別與 GSM 模塊上的 TXD（串行口輸出端）和 RXD（串行口輸入端）連接起來(lái)。硬件對(duì)接好后，為了使之能夠?qū)崿F(xiàn)通信，需要軟件設(shè)置好單片機(jī)和 GSM 模塊的波特率，本系統(tǒng)均設(shè)置為 4800bps 的波特率，然后用單片機(jī)的串口通信接口輸出 AT 指令碼，對(duì)模塊進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)修改 6 和操作。 傳感器 為了檢測(cè)到不同類(lèi)型的物理量，需要選擇不同類(lèi)型的傳感器。我們可以從各種各樣的傳感器中得到所需的開(kāi)關(guān)量，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到這種開(kāi)關(guān)信息的時(shí)候，就可以做出相應(yīng)的 決策。 熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器不僅能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物，還能在不用直接接觸人體的情況下檢測(cè)出由人體向外輻射出來(lái)的紅外線，并能將這種人體紅外轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩碗娖叫盘?hào)。傳感器上的一塊光學(xué)濾光片是為了使模塊對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的紅外輻射具有較高的敏感度。它除了能允許某些波長(zhǎng)范圍的紅外輻射通過(guò)外，還能將陽(yáng)光和燈光等這樣的無(wú)檢測(cè)價(jià)值的紅外輻射隔離掉。熱釋電紅外結(jié)構(gòu)圖如圖24 所示。 圖 24 熱釋電紅外結(jié)構(gòu)圖和電路圖 MQ2 煙霧可燃?xì)鈧鞲衅? MQ2 氣體傳感器所使用的是一種叫二氧化錫的氣敏材料， 該材料在清潔空氣中電導(dǎo)率是比較低的。傳感器的電導(dǎo)率會(huì)隨著空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體和部分煙霧顆粒， MQ2 傳感器對(duì)我們生活中常見(jiàn)的液化石油氣、天然氣和氫氣的檢測(cè)比較精準(zhǔn)，是一款適合多種場(chǎng)合應(yīng)用的低成本傳感器。 火焰?zhèn)鞲衅? 火焰?zhèn)鞲衅饕话闶怯晒饷舳O管和轉(zhuǎn)換電路組成的一種對(duì)火焰的紅外線或紫外線探測(cè)比較敏感的元器件，以紅外敏感的火焰?zhèn)鞲衅鳛槔?，其主要用?lái)檢測(cè) 7 一些波長(zhǎng)范圍在 700nm～ 1050nm的熱源，探測(cè)角度最大達(dá) 60 度，其中紅外光波長(zhǎng)在 920 納米附近時(shí)，改傳感器靈敏度達(dá)到最大 。當(dāng)探測(cè)到火源時(shí)輸出形式為數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出（ 0 和 1），火焰?zhèn)鞲衅魈筋^的工作溫度為 25 攝氏度～ 85 攝氏度，所以在使用過(guò)程中要注意被檢測(cè)的火焰不能離傳感器探頭太近，以免造成探頭損壞。 DHT11 溫濕度傳感器 DHT11 溫濕度傳感器是一款能同時(shí)檢測(cè)空間溫度和濕度的復(fù)合傳感器，它輸出的是已校準(zhǔn)的溫濕度數(shù)字信號(hào)，模塊采用了專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保傳感器具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超小的體積、極低的功耗、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。單線數(shù)字信號(hào)輸出接口把 系統(tǒng)的集成變得更便捷。 LCD1602 液晶顯示屏 本系統(tǒng)選用的 1602 顯示屏，它采用的是標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳（帶背光）接口字符型液晶顯示，它是一種比較典型的專門(mén)用于數(shù)字、符號(hào)和字母的點(diǎn)陣式 LCD，模塊的各引腳功能說(shuō)明如圖 25 所示。 圖 25 LCD1602 引腳功能 DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 是時(shí)鐘芯片，能夠作為一個(gè)系統(tǒng)的調(diào)時(shí)和計(jì)時(shí)用。 DS1302 的三個(gè)接口與單片機(jī)相連接， CLK/EN/DATE 三個(gè)接口分別是傳輸時(shí)鐘頻率，使能信號(hào)和數(shù)據(jù)的。它還有兩個(gè)電源，一個(gè)系統(tǒng)的電源接入，也稱為主電源，是 DS1302 平時(shí)供電的主要來(lái)源，它常常還有一個(gè)備用紐扣電池，是在主板斷電時(shí)為 1302 提供電力支持，保證 1302 的正常計(jì)時(shí)。 8 3 硬件實(shí)現(xiàn) 在前面的兩個(gè)章節(jié)已經(jīng)對(duì)課題背景將系統(tǒng)的基本組成部件做了簡(jiǎn)單的介紹，在接下來(lái)的這一章里面我們將分模塊對(duì)硬件電路里的具體硬件單元電路及各單元電路的電氣連接做詳細(xì)的介紹和展示。將在此章節(jié)中把各模塊在 Altium Designer 中設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行理性的分析，最后將設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)電路 PCB 導(dǎo)出，制作成有良好可焊性的實(shí)物 PCB 電路板。 原理框圖 系統(tǒng)硬件可分為幾個(gè)模塊，分別為 PL2303 串口模塊、單片機(jī)控制模塊、 GSM模塊、各類(lèi)傳感器及人機(jī)交互等外設(shè)器件。圖 31 為系統(tǒng)的硬件原理框圖。 圖 31 硬件原理框圖 由硬件系統(tǒng)框圖可看出，整個(gè)系統(tǒng)是以單片機(jī)為中心，外圍傳感器和 GSM等共同實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)通過(guò) I/O 口與 LCD1620按鍵及 DS1302 等進(jìn)行連接，通過(guò) I/O 傳輸和接受這些外圍器件的信息，各類(lèi)傳感器（煙霧、火焰、熱釋電等）用杜邦線在主電路板上取得工作電壓，均以單線的形式連接到單片機(jī)進(jìn)行高低電平的變化與單片機(jī)通信。 系統(tǒng)電源 供電是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本安防系統(tǒng)分 兩個(gè)電源，一個(gè)是 GSM 自帶適配器 9 （ 12V,1A），為 GSM 模塊單獨(dú)供電用。另一個(gè)系統(tǒng)電源就是用于單片機(jī)、各個(gè)傳感器及其它外圍器件的供電。電源電路如圖 32 所示，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的功耗和所需電流并不大，所以直接選用 5V， 750ma 的電源適配器通過(guò) USB 接口為整個(gè)系統(tǒng)供電。圖中電源電壓由右下角 USB 接口進(jìn)入系統(tǒng)， VCC 和 GND 分別是系統(tǒng)的電源和接地標(biāo)號(hào)?？傠娫粗甘緹?4 點(diǎn)亮，電壓經(jīng)過(guò)高低頻濾波后，設(shè)置了一個(gè)總開(kāi)關(guān)，以方便系統(tǒng)電源的管控。 UVCC 連接單片機(jī)供電系統(tǒng)，為單片機(jī)提供電力支持。 PL2303 芯片 PL2303 是一個(gè) USB 與串口之間的一個(gè)接口轉(zhuǎn)換器，它的高兼容性驅(qū)動(dòng)在大多數(shù)操作系統(tǒng)中都能夠模擬成 COM 端口，是主機(jī)與外設(shè)實(shí)現(xiàn)串口通信的理想選擇，在此系統(tǒng)中加入 PL2303 的典型應(yīng)用電路， PL2303 的 TXD 和 RXD 口分別于單片機(jī)的 RXD（ ）和 TXD()口連接實(shí)現(xiàn)串口通信。主要的實(shí)現(xiàn)的功能是可以使用主機(jī)通過(guò) USB 與系統(tǒng)電路板連接后可直接下載程序進(jìn)入單片機(jī)，這樣就省去了要隨身攜帶下載器的繁瑣，在 P1 引出的與 PL303 連接的 4 個(gè)排針引腳可以外接其它的設(shè)備的串口相連，并通過(guò)此板下載程序代碼到外接設(shè)備中，也就 是起到了一個(gè)集成在電路板上的下載器的功能。 除了充當(dāng)下載器， PL2303 還可以用做單片機(jī)與主機(jī)之間的串行通信接口，亦可以充當(dāng)其它外設(shè)與主