【文章內(nèi)容簡介】 屏幕顯示 、鍵盤及電源 模塊 等組合使用，就可以成為 一部手機，利用現(xiàn)有的強大的 GSM 網(wǎng)絡可以很方便的收發(fā)短信及語音通話。 隨著當代社會科技的高速發(fā)展， GSM 模塊在日常生活中的應運越來越頻繁，GSM 模塊的各個行業(yè)中都有出現(xiàn)。例如，手機控制的門禁系統(tǒng)、工程系統(tǒng)的余款催繳、網(wǎng)站服務器的報警及復位、家電的遠程控制等等，都有 GSM 模塊的作用，智能化 生活已經(jīng)離不開 GSM 模塊，它使人們的生活越來越方便。 GSM 模塊的選擇 及 TC35i 簡單介紹 TC35i [9]是西門子的一款不帶協(xié)議棧的 GPRS 模塊 ， 在兩個頻段工作分別是EGSM900 與 GSM1800, 直流 電源范圍為 到 ； 通過接口連接器與 SIM卡讀卡器 ， 天線連接器 與 天線連接 。 SIM 卡的電壓為 3V/18V， TC35i 要想傳輸數(shù)據(jù)與指令必須通過 AT 命令進行雙向傳輸，其波特率的選擇范圍是300b/s~115kb/s。它支持兩種短消息格式，分別為： Text 和 PDU。 GSM 短信模塊 的實物圖如圖 33 所示： 圖 33 GSM 短信模塊的實物圖 12 TC35i 由 6 個部分組成：供電模塊（ ASIC）、閃存、 ZIF 連接器、天線接口等。 TC35i 模塊有 40 個引腳，可以劃分為 5 大類，即電源、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、 SIM卡、音頻接口和控制 [10]。 這些引腳 通過一個 ZIF（零 阻力插座）連接器引出，引腳的 具體功能如下所 示： a) 電源：第 1~5 引腳為正電源輸入腳，一般輸入的電源值為 ；第 6~10 引腳為接地； 1 12 為充電引腳，外接鋰電池 ； 13 腳是供外電路使用的對外輸出電壓； 14 引腳接負溫度系數(shù)的熱敏電阻 ，用于鋰電池的充電保護。 b) 數(shù)據(jù)輸入 /輸出：第 16~23 引腳分別是 DSR0、 RING0、 RXD0、 TXD0、 CTS0、RTS0、 DTR0 與 DCD0，其中硬件握手是 RTS0、 CTS0，串口通訊腳為 RXD0、TXD0。 c) SIM 卡： 24~29 腳為 SIM 卡腳，為外接式。 d) 音頻接口： 35~38 為 話音 接口， 3 36 為 揚聲器放音 接口 ， 3 38 為 話筒 接口 。 e) 控制： 15 腳 IGT 是 啟動腳，系統(tǒng)上電后會給 IGT 加一個持續(xù)時間不超過 1ms的 100ms 的低脈沖，使 模塊進入工作狀態(tài)。 30 腳為 RTC back up， 31 腳為Power down， 32 腳為 SYNC. TC35i 的 與單片機 硬件接口電路 設計 TC35i 要想與單片機通信，則必須設計兩部分主要硬件電路： SIM 卡接 口電路和與單片機相連接的串 口電路 [11]。 通信軟件部分則主要是 AT 指令的編程，這里主要介紹的本模塊硬件的設計，與單片機通信的軟件部分本文將于第四章重點介紹。下面分別著重介紹兩個部分的硬件設計： a） SIM 卡接口電路硬件設計 本文設計的重點是通過單片機讓 GSM 模塊自動的向戶主手機發(fā)送短信消息，這里將會使用到至少兩個手機之間的通信，所以必須要用到兩張手 機卡，一張是戶主隨身攜帶的手機卡，另一張則是 GSM 模塊中的手機卡。 但是 TC35i 模塊屬于外接 SIM 卡形式， 沒有 SIM 卡卡座， 所以必須設計 單獨的 SIM 卡座 接口與 TC35i 相連。 本系統(tǒng)采用 SIM 卡為市場上常見的六腳 SIM 卡閱讀器，其中有五個腳和TC35i 的 24~29 腳 相同 。 TC35i 與 SIM 卡 卡座 連接方法為： SIM 卡上的 五個引腳 CCRST、 CCCCL、 CCIO、 CCGND 和 CCVCC 通過 SIM 卡閱讀器與 TC35i 13 的同名端 分別 相連，然后在需要的地方加上電容進行濾波處理，就可以完成 SIM卡模塊連接，其具體 電路圖如下圖 34 所示。放入 SIM 卡時，只要將 SIM 按照卡 座方向填到卡 槽中即可。 b） TC35i 與單片機接口電路 TC35i 模塊與單片機之間通過串 口進行通信，從而實現(xiàn)單片機對 TC35i 模塊的控制，為了 使 電路簡化， 因此 本設計 運用 兩線（ TXD、 RXD）與單片機的 UART進行 連通 ，然后單片機通過軟件方式對 TC35i 進行控制。 對于 TC35i 其他不使用輸出 管腳 ， 應該懸空； 如果為輸入腳，則需要加一個 10K 的上拉電阻。另外控制管腳 IGT 為模塊工作的啟動管腳，上電時加一個 10ms 左右的低脈沖模塊啟動，所以需要將該管 腳加上一個 10K 的上拉電阻，然后將該管腳與單片機相連，故而 實現(xiàn) 了 單片機 對 TC35i 模塊工作狀態(tài) 的控制 。 TC35i 是一個功能 相對比較完備的模塊，可以不 進行 任何 的射頻處理和信號處理 ，所以將 TC35i 所有電源管腳連接在一起，然后在上 SIM 卡座模塊 就會構(gòu)成一個完整的 GSM 模塊 。 其電路圖如圖 34 所示： 圖 34 TC35i 硬件接口電路 14 從圖 34 中可以看出，在進行串口連接時， TC35i 模塊串 口管腳的工作電 平雖然 為 TTL 電平， 但是其輸入輸出的不是 +5V 邏輯電平，而是 +， 單片機串口管腳的工作電平為 +5V 的 TTL 電平 。因為 單片機的邏輯 高低 判斷電平可以實現(xiàn)與 TC35i 管腳相連接， 所以 可以將直接將單片機的串口線與 本模塊 的串口線直接相連，而不會損壞 TC35i 模塊。在電路中 TC35i 模塊的串行輸入腳為 RXD0和 TXD0，因為是輸入腳，所以各管腳分別加上一個 10K 的上拉電阻，拉高電平然后與單片機 、 管腳分別相連，這里用到的是單片機管腳的第二功能，串行口數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳。 IGT 為 TC35i 的控制啟動腳，平時為高電平，模塊上電工作是必須要在此管腳加 10ms 左右的低脈沖，所以要將此管腳加上 10K 的上拉電阻與 單片機的 I/O（ ） 相連。 SYNC 管腳部分則用來指示 TC23i 模塊狀態(tài)，該管腳連接一個二極管指示燈指示模塊工作狀態(tài)。摸 塊正常工作 時 SYNC輸出高電平，三極管 Q3 導通，二極管指示燈亮，反之燈滅。這樣 TC35i 硬件部分就設計出來，但是要想實現(xiàn)其具體功能，還需要單片機通過 AT 指令軟件編程，其軟件將于第四章具體介紹。 傳感器監(jiān)測模塊 傳感器監(jiān)測模塊主要實現(xiàn)的功能是時刻監(jiān)測家中情況，即是否有人非法闖入或家中是否發(fā)生火災等。這兩個功能的實現(xiàn)主要是通過傳感器檢測部分完成，紅外傳感器檢測是否有人非法入侵，煙霧傳感器檢測家中是否發(fā)生火災，所以下面將重點介紹著兩種傳感器及硬件電路實現(xiàn)過程。 外來非法入侵報警報警模塊 外來非法入侵報警報警模塊 硬件電路設計思路是：首先熱釋電傳感器通過菲涅爾透鏡檢測人體信號，然后將檢測到的 信號進行信號處理，最后再將處理后的信號送入單片機的一個 I/O 口（ ） ,單片機采用查詢方式監(jiān)測各個 I/O 口，如果 I/O 口電平發(fā)生變化，則進入相應的中斷程序，向用戶手機發(fā)送報警提示信息。外來非法入侵報警模塊硬件電路具體流程圖如圖 35 所示： 檢 測 對 象菲 涅 爾 透鏡熱 釋 電 紅外 線 傳 感器信 號 處 理V O 15 圖 35 外來非法入侵報警模流程圖 在檢測非法入侵的傳感器中需要一款 傳感器 來 檢測 人體 的紅外線，并將檢測到的 人體 信號 轉(zhuǎn)變?yōu)?電壓信號，所以本文選取了一款 PIR 熱釋電紅外傳感器P2288 作為信號探測器 。 實驗證明， 傳感器 與 菲涅爾 透鏡 一起使用 ，探測距離半徑 可達到 到 10 米 距離 ；不使用菲涅爾透鏡，探測距離僅有 2 米。 因為 熱釋電傳感器 檢測 輸出 的 信號 幅度值較?。?低于 1mv） ，且信號 變化比較慢， ,不 可以 直接 擔任 系統(tǒng)的控制信號輸送到單片機，所以 傳感器 檢測到 的輸出信號 需要 通過 后續(xù)處理 ，使得處理后的信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C能接收的數(shù)字信號。根據(jù)功能要求，本文設計了以 BISS0001 元件為主的信號處理電路。 外來非法入侵檢測電路，即熱釋電傳感器信號處理電路， 這個模塊電路是核心部分 。 信號處理后送入單片機即可，單片機通過響應信號處理，進入單片機中斷程序，在中斷程序中通過 GSM 模塊向戶主發(fā)送短信消息，同時啟動本地的報警提示裝置 。 具體軟件和報警裝置將于下面介紹，本模塊只 設計 熱釋電紅外傳感器 硬件電路 圖 ，如圖 36 所示： 圖 36 傳感器模塊信號處理電路 在圖 36 中可以看到， 當傳感器 D6 檢測到人體發(fā)出的紅外線后 ，熱釋電傳感器 S 極信號輸出將送到 BISS0001 芯片的 14 腳； 第 14 腳為信號處理芯片 第一級運算放大器的同相輸入端 ，信號在芯片內(nèi)部進行第一級運算放大，然后信號從第 16 腳出來經(jīng)過電容 C10 耦合后進入第 13 腳端口進行內(nèi)部第二級運算放大器 16 進行 放大； 信 號在內(nèi)部再 通過 鑒幅器處理 之 后， 將會輸出 效觸發(fā)信號來啟動延時時間定時器； 最后 信號處理電路將檢測到的信號轉(zhuǎn)化為單片機能處理的脈沖信號 ，從第 2 腳輸出高電平到單片機的 I/O 口（ ），最終被單片機檢測出來。時間定時器輸出延遲時間 Tx 由 R11 和 C13 控制， 電路中 A=1， 為 芯片 允重復觸發(fā) 。 同理，當傳感器沒有檢測到人體發(fā)出的紅外線時，信號處理電路輸出腳將輸出低電平，單片機將不會響應。 防火煙霧檢測模塊 本模塊設計的思路是：通過煙霧傳感器檢測芯片檢測家中煙霧含量，通過信號電路，將處理后的信號送入到單片機 的一個 I/O，單片機通過查詢的方式檢測其 I/O 口情況，一旦檢測到該 I/O 口電平發(fā)生變化，則立即進入中斷響應程序，通過 GSM 模塊向用戶手機發(fā)送報警信號，同時啟動家庭報警提示裝置，下面將具體介紹防火煙霧檢測模塊的硬件電路工作原理圖。 本系統(tǒng)選取的可燃氣體檢測芯片為半導體氣敏傳感器 QMN10，它采用陶瓷半導體工藝燒制而成 ，其特點是 靈敏度和穩(wěn)定度 都比較高。 防火煙霧檢測模塊的電路圖如 圖 37 所示： 圖 37 QMN10 氣體傳感器電路 從 圖 37 中可以看出 ， 氣敏半導體傳感器 QMN10 處 于干凈 的 大氣 中時，A、 K 兩點間的阻值大約是幾十 千 歐某電阻，所以此時流過 R 的電流很小， K 點為低電位，三極管 Q1 無法導通 ，輸出跟隨器 輸出為低電平 經(jīng)過電阻后接到單片機 口，此時 為低電平，單片機煙霧傳感器模塊不響應 。但是， 相反的是， 17 當空氣中的可燃氣體濃度升高 達到設定值時 ， A、 K 兩點 之 間的阻值將 很快的 減小 ， K 點電位 上升 為高電平 ，三極管 Q1 導通 經(jīng)過跟隨器后將 高電平 輸送到單片機 口，單片機立即響應中斷，進入設定好的煙霧傳感器中斷程序，通過 GSM網(wǎng)絡向戶主發(fā)送報警消息，從而達到戶主隨時監(jiān)控家中狀況以便及時處理家中火災情況。 無線遙控模塊 在這個系統(tǒng)中，防盜報警模塊傳感器對主人與盜賊的感應相同，即無法區(qū)分主人與盜賊， 因此 所以需要設計 一個便攜式 按鍵 模塊 ， 即無線遙控模塊，這個模塊設置兩個按鈕， A 鍵和 B 鍵。 當主人在家時， 按下 A 鍵 讓防盜模塊停止工作，而家中無人時， 按下 B 鍵 讓 防盜 模塊工作。為了實現(xiàn)對系統(tǒng)的人性化設計，通過對本模塊的按鈕設置，來控制防盜報警模塊的關斷 ， A 鍵按鈕用于布防，B 鍵按鈕用于撤防 。 無線遙控模塊為便攜式裝置，便于戶主隨時攜帶，所以將會涉及到兩個部分電路：發(fā)送電路和接收電路。下面將從發(fā)射和接受 兩個 電路 模塊具體介紹 本模塊的實現(xiàn)過程。 無線遙控模塊電路由兩部分組成：發(fā)射模塊 （編碼電路） 與接收模塊 （接收電路） 。 接 收 模塊 芯片 使用 8 位地址碼和 4 位數(shù)據(jù)碼 。 實現(xiàn)兩模塊 之間的通信 ，將兩模塊 地址腳 1 到 8 腳設置 一樣就 可以。 發(fā)射模塊（編碼電路） 發(fā)射模塊電路由 315MHZ無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊和編碼芯片 PT2262 兩個部分 組成。為了 減小 系統(tǒng)設備的 功耗，發(fā)射模塊 使用 ASK 調(diào)制方法。發(fā)射模塊設計了兩個按鍵分別用于安防與撤防，作為無線遙控按鈕，將于下節(jié)介紹。這里只設計發(fā)射模塊的 硬件 電路圖 。 18 圖 38 發(fā)射模塊 電 路原理圖 圖 38 為發(fā)射模塊，從 圖 38 中可以看出，無線發(fā)射模塊除了設置 8 位地址碼外，數(shù)據(jù)碼上還設置了兩個按鍵 A 鍵和 B 鍵，分別用于熱釋電紅外傳感器模塊的撤防與安防。圖中 315ZHZ 發(fā)射器諧振器頻率為 315MHZ，所以發(fā)射模塊的發(fā)射頻率為 315MHZ。在發(fā)射模塊中，編碼啟動 TE 端口接地始終為有效狀態(tài)，這時只要有按鍵按下， 三極管 Q1 導通，編碼芯片 PT2262 開始上電工作 ，它根據(jù) D0 到 D3 地址管腳 的 電平 實施 編碼 ，編碼信號由