【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器 西門子 TC35i GSM 無線通訊模塊 12C5A16S2 單片機(jī)的獨(dú)立波特率發(fā)生器更為串口控制西門子 GSM 通訊模塊提供了便利；第二種方案采用的通訊模塊雖然與第一種方案一樣，但單片機(jī)性能不及第一種方案，而且要用定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)波特率發(fā)生器，效率是比較低下的，無法實(shí)現(xiàn)更深入的擴(kuò)展功能，而且紅外線鍵盤存在容易丟失的缺陷；第 三種方案雖然在編程上比較方便，但由于采購(gòu)的是現(xiàn)成的開關(guān)量控制 GSM 模塊，因此成本是比較高昂的，無法滿足設(shè)計(jì)需求。因此，本設(shè)計(jì)采用了第一種方案，并用西門子 C60 手機(jī)代替西門子 TC35i 進(jìn)行測(cè)試。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)基于 51單片機(jī)的 GSM網(wǎng)絡(luò)防盜報(bào)警系統(tǒng)，先要研究清楚現(xiàn)有防盜報(bào)警系統(tǒng)的功能構(gòu)造與安裝方式，并到深圳華強(qiáng)北等安防產(chǎn)業(yè)較發(fā)達(dá)的電子市場(chǎng)進(jìn)行深入的市場(chǎng)調(diào)研，了解防盜系統(tǒng)工程商和終端用戶對(duì)防盜報(bào)警系統(tǒng)功能的需求，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出本設(shè)計(jì)應(yīng)有的框架，并進(jìn)行開發(fā)。 然后，針對(duì)本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì) 的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行選型和研究。特別是 GSM 無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的選型、硬件接口和通訊指令的編寫是重中之重。 接著，就要考慮人機(jī)界面的開發(fā)，要設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單、方便易用的布防界面與撤防界面，撤防界面要采用密碼式鍵盤的設(shè)計(jì)，防止用戶的誤操作和小偷的非法破解。 最后，分析常見的報(bào)警探頭的工作方式與安裝方式，將它們與做好的防盜報(bào)警系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，從而將本設(shè)計(jì)組建成一個(gè)能夠用于實(shí)際用途的系統(tǒng)原型。 總而言之，本設(shè)計(jì)有如下三個(gè)要求：①實(shí)現(xiàn)基本的防盜報(bào)警功能，及時(shí)響應(yīng)報(bào)警探頭觸發(fā)的信號(hào)。②能夠與 GSM 無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊進(jìn)行通訊，在 發(fā)生警情時(shí)候及時(shí)撥打機(jī)主電話進(jìn)行通知。③能夠進(jìn)行安全、簡(jiǎn)便的布防、撤防界面。 根據(jù)以上這些要求， 我 定下了 如下的硬件設(shè)計(jì)方案。 圖 31 硬件原理圖 圖 32 硬件總體結(jié)構(gòu)框圖 STC 12C5A16S2 核心 電路 圖 33 單片機(jī)核心電路圖 芯片 資料： STC 12C5A16S2 單片機(jī) 是一款基于 傳統(tǒng)的 MCS51 指令集的增強(qiáng)型 51 單片機(jī)，它的速度相對(duì)于普通的 51單片機(jī)來說非常高，擁有 1個(gè)時(shí)鐘 /機(jī)器周期（即1T） 的速度，比 普通的 51 單片機(jī)平均要快 812 倍以上。另外，它還具 有 寬電壓支持的 功能， 供電電壓可 在 之間， 極大地提高了對(duì) 不同 電壓的兼容性。 由于 有了先進(jìn)的 指令運(yùn)行速度， STC 12C5A16S2 單片機(jī) 在 晶振下的速度 相當(dāng)于 普通的 51單片機(jī)在 100MHz 左右的速度 。 STC 12C5A16S2 單片機(jī)擁有 36個(gè)通用 I/O 口，每個(gè) I/O 口 的 電流驅(qū)動(dòng)能力可以 達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片 的 I/O 口 的 電流加起來 最大不得超過 100mA。 STC 12C5A16S2 單片機(jī) 在工作頻率低于 12MHz 以下的時(shí)候無需外界復(fù)位電路，在很大程度上簡(jiǎn)化了 布線的難度 ，只需要 加 一個(gè)按鈕就能進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位了。還有， STC 12C5A16S2 單片機(jī) 還增加了一個(gè) 外部掉電檢測(cè)電路， 在掉電的時(shí)候可以及時(shí)地將數(shù)據(jù)保存到內(nèi)置的 EEPROM 里面，這樣就避免了對(duì) EEPROM 的頻繁操作。 STC 12C5A16S2 單片機(jī) 擁有 16K 字節(jié)容量的 Flash 程序 存儲(chǔ)器，反復(fù)擦寫次數(shù) 10 萬次 在 十萬次 以上，并擁有 1280 字節(jié)的片內(nèi) RAM 內(nèi)存空間， 還有 一部分 可以反復(fù)擦寫的 EEPROM 存儲(chǔ)空間。 另外， STC 12C5A16S2 單片機(jī)還帶有 串口 ISP 電路，通過 標(biāo)準(zhǔn)的串口就能進(jìn)行程序下載，免除了購(gòu)買編程器的煩惱。 電路 設(shè)計(jì) 分析： STC 12C5A16S2 單片機(jī)的核心電路 設(shè)計(jì) 與傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī) 大同小異 ， 提供了 單片機(jī)的時(shí)鐘源。 從上面的資料可以看到，STC 12C5A16S2 內(nèi)置上電復(fù)位電路，因此 無需 外接 復(fù)位電路 ，只要接按鈕進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位即可。 MAX232 串口通訊電路 圖 34 MAX232 串口電平轉(zhuǎn)換電路 芯片資料 ： 從 GSM 手機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)模塊的串口輸出的是 RS232 電平，最高可達(dá) 15v，正電壓為低電平，負(fù)電壓為高電平，與單片機(jī)的 TTL 電平恰好是 相反的；單片機(jī)用的是 TTL 電平，最高為 5V，正電壓為高電平，負(fù)電壓為低電平。以 VCC 5V 為例，高電平≥ 85%Vcc 則電壓 ≥ 為高電平。低電平≤ 電壓低于 就為低電平。 MAX232 接收的是 232 電平，它將接收到的 232 電平轉(zhuǎn)成單片機(jī)需要的 TTL 電平。然后將單片機(jī)發(fā)送的 TTL 電平轉(zhuǎn)成 232 電平發(fā)送出去。這就是 MAX232 存在的意義。 電路設(shè)計(jì)分析： 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中 13 腳(R1IN)、 12 腳 (R1OUT)、 11腳 (T1IN)、 14 腳 (T1OUT)為第一數(shù)據(jù)通道， 8腳 (R2IN)、9腳 (R2OUT)、 10腳 (T2IN)、 7 腳 (T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道， TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DP9 插頭； DP9 插頭的RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT輸出。第三部分是供電。 15腳 GND、 16 腳 VCC(+5v) 5110 液晶顯示模塊與供電電路 圖 35 5110 液晶模塊電路 芯片資料： 5110 液晶顯示模塊是使用諾基亞手機(jī)庫存液晶制成的一款顯示模塊， 使用的是 PCD8544 低功耗的 CMOS LCD 控制驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng) 48 行 84 列的圖形顯示。所有必須的顯示功能集成在一塊芯片上，包括 LCD 電壓及偏置電壓發(fā)生器，只須很少外部元件且功耗小。 PCD8544 與微控制器的接口使用串行總線。 電路設(shè)計(jì)分析： 5110 液晶顯示模塊 使用 的供電電壓才能工作，因此本 電路 設(shè)計(jì)特意使用了一顆 降壓芯片來將 5V的電壓降到 使用，以保護(hù)液晶顯示器。 因?yàn)? 是一種線性降壓芯片，所謂的線性降壓就是指 降壓 的幅度與能量的損耗是一致的，因此要計(jì)算這款芯片浪費(fèi)的 效率的話，就是()/5V，結(jié)果是白白損失了 34%的 電能，但因?yàn)?這種線性降壓方式 的元件成本十分低廉，因此 還是在各種設(shè)計(jì)中被廣泛使用。 表 31 時(shí)序的時(shí)間詳細(xì)參數(shù) 圖 36 液晶串行接口時(shí)序時(shí)間分布圖 蜂鳴器和液晶背光控制電路 圖 37 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 模塊 資料 ： 蜂鳴器和液晶顯示器的背光控制，相對(duì)于單片機(jī)的數(shù)字端口只有十幾 mA的驅(qū)動(dòng)能力來說無疑是一個(gè)沉重的任務(wù)，因此一般情況下都是通過放大器件來進(jìn)行控制的，其中最常用的是三極管。本設(shè)計(jì)中使用了 PNP 的 8550 三極管對(duì)蜂鳴器和液晶顯示器的背光進(jìn)行控制，兩者的控制原理都是一樣的。 電路設(shè)計(jì)分析： 其中，三極管的基極與單片機(jī)的數(shù)字端口連接的部分要加上一個(gè) 的限流電阻，這是有電子學(xué)方面的原因的。因?yàn)?三極管的基極到發(fā)射極是一個(gè)二極管 （理想時(shí)正向電阻 =0） ， 當(dāng)基極到發(fā)射極電壓大于二極管開啟電壓（硅 ，鍺 ）時(shí)二極管導(dǎo)通，電壓再大二極管電流會(huì)很大，所以要加電阻限制基極電流。 不然，就會(huì)很容易導(dǎo)致三極管或單片機(jī)的數(shù)字端口燒毀。 通過這樣的電路連接，當(dāng) 單片機(jī)的數(shù)字端口往 PNP 三極管的基極輸出低電平的時(shí)候， 三極管的發(fā)射極與集電極就導(dǎo)通， 蜂鳴器或液晶顯示器的背光就會(huì)得電 發(fā)聲后點(diǎn)亮，從而做到了只能輸出弱小電流的數(shù)字端口控制大電流的蜂鳴器和液晶顯示器背光燈的功效。 TC35i GSM無線