【文章內(nèi)容簡介】 2．總體方案設(shè)計(jì) 現(xiàn)行家用報(bào)警器的功能雖然己經(jīng)比較齊全，但是并不完善。一個(gè)明顯的不足之處是：因?yàn)樗鼈兪峭ㄟ^電話線實(shí)現(xiàn)向外界報(bào)警功能，所以當(dāng)電話線被惡意剪斷時(shí)則失去向外界報(bào)警的功能。因此，本文將提出一種整體設(shè)計(jì)方案，以求解決原有家用報(bào)警 器的不足，完善其功能，提高其可靠性。 根據(jù)產(chǎn)品功能要求和產(chǎn)品的性價(jià)比，決定采用單片機(jī)技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。 報(bào)警器的功能要求 根據(jù)用戶提出的實(shí)際要求，本文所研制的報(bào)警器的功能要求如下： (1)可實(shí)現(xiàn)非法侵入、火災(zāi)緊急情況的報(bào)警。 (2)可通過 GSM（ Global System for Mobile Communications）全球移動(dòng)通信系統(tǒng)模塊與電話網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，報(bào)警時(shí)能迅速撥打發(fā)送短信。 (3)發(fā)送短信內(nèi)容為中文，顯示報(bào)警時(shí)間。 (4)可預(yù)先存儲 1 組號碼，且掉電不丟失。 (5)待機(jī)狀 態(tài)液晶屏顯示萬年歷，時(shí)間日期可調(diào)。 總體設(shè)計(jì)方案 對于單片機(jī)系統(tǒng)來說，要想其能夠可靠的工作，具有良好的性能，硬件設(shè)計(jì)是最為關(guān)鍵的地方之一。硬件就好比系統(tǒng)的骨架，只有硬件具有了高可靠性，才能支撐起軟件良好實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要達(dá)到的功能。正是由于硬件系統(tǒng)的這種特殊地位，所以在硬件的設(shè)計(jì)過程中必須有一個(gè)可靠的設(shè)計(jì)原則。 可靠性高 高可靠性是系統(tǒng)應(yīng)用的前提，是防盜報(bào)警產(chǎn)品的生命線。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將高可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，系統(tǒng)一旦失去了可靠性也就失去了產(chǎn) 品的生命力。因此，針對系統(tǒng)在具體使用過程中可能存在的情況根據(jù)理論原理對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案深刻論證嚴(yán)格把關(guān)。 性價(jià)比高 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 溫度模塊紅外信號采集模塊LCD 顯示模塊GSM 通訊模塊時(shí)鐘模塊單片機(jī)控制模塊本家用防盜器具有體積小、速度快、功耗低等特點(diǎn)，并且集成了豐富的硬件資源，具有很高性價(jià)比。在設(shè)計(jì)硬件時(shí)，做到簡化設(shè)計(jì)，減少元器件的使用數(shù)量，提高復(fù)用度。 功能完備，操作簡便，高度人性化 強(qiáng)大、完備的功能將受到更多用戶的歡迎，顯著增加產(chǎn)品在市場上的競爭力。在設(shè)計(jì)家用無線防盜報(bào)警器的硬件、軟件系統(tǒng)時(shí)，針對很多同類產(chǎn)品的不足，相應(yīng)地增加了家用無線防盜報(bào)警器的功能。實(shí)現(xiàn)功能完備的同時(shí)，系統(tǒng)的操作使 用上，盡量做到簡單、方便，高度的人性化。比如說設(shè)防時(shí)只需要撥動(dòng)一個(gè)按鍵就可以；系統(tǒng)狀態(tài)全面直觀，一目了然。 功能可擴(kuò)展 一個(gè)有廣泛使用性和強(qiáng)大市場生存力的系統(tǒng)必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮以后系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。能夠?qū)崿F(xiàn)不用改變或者改變很少即可用于其它的場合，或者根據(jù)要求能夠增加系統(tǒng)的處理能力，使系統(tǒng)具有良好的可升級能力。只有具備可擴(kuò)展性，產(chǎn)品才能夠在市場上長時(shí)間的存在下去，否則會很快的被市場所淘汰。因?yàn)檫@樣的產(chǎn)品屬于階段性產(chǎn)品，只能滿足社會某個(gè)特定時(shí)期的要求。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮到了以后的系統(tǒng)升級需要。 模塊 化設(shè)計(jì) 根據(jù)本系統(tǒng)是用于防盜報(bào)警的這一特殊應(yīng)用目的，系統(tǒng)盡量使用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模塊化積木式組合與拆分的功能，便于升級換代，減少二次投資，可以滿足報(bào)警場合對功能和價(jià)格的選擇。 根據(jù)系統(tǒng)功能的要求和系統(tǒng)構(gòu)成的需要來設(shè)計(jì)報(bào)警器，其總體設(shè)計(jì)方案如圖 21 所示。采用單片機(jī)作為控制中心，配有移動(dòng)通信模塊、溫度采集電路、紅外采集電路、聲光報(bào)警電路、時(shí)鐘模塊電路、顯示電路。 圖 21 報(bào)警器總體設(shè)計(jì)方案框圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 紅外微波探測器安裝在用戶家里需要防范的部位，例如大廳 ，臥室等，報(bào)警主機(jī)放在家里比較隱蔽的區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為布防狀態(tài)時(shí)，一旦有人入侵，報(bào)警探測器立即向用戶端自動(dòng)報(bào)警主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號，接到警情事件后，自動(dòng)報(bào)警主機(jī)立即進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，蜂鳴器發(fā)出聲響報(bào)警、驅(qū)趕侵入者，同時(shí)發(fā)送短信提醒主人；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的火警級別時(shí)，延時(shí) 5s 報(bào)警主機(jī)再次確認(rèn)，溫度仍然超限紅燈亮，發(fā)送火災(zāi)短信，三燈同時(shí)亮，蜂鳴器響，直到溫度降到警戒值。用戶端自動(dòng)報(bào)警器的面板上的三個(gè) LED 燈用來指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，紅色警燈指示系統(tǒng)處于報(bào)警狀態(tài)、黃色燈指示系統(tǒng)處于布放狀態(tài)、綠色燈來指示布放待機(jī)狀態(tài)、 三燈都亮指示系統(tǒng)處于溫度報(bào)警狀態(tài)、紅燈綠燈亮指示系統(tǒng)檢測到溫度高于警戒值。 相關(guān)知識介紹－數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng) 移動(dòng)通信模塊采用的是基于 GSM 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信模塊。 通信就是信息交流。隨著社會的發(fā)展，人們對通信的要求越來越高，希望無論何時(shí)何地都能及時(shí)可靠地實(shí)現(xiàn)與任何人之間的通信。因此，傳統(tǒng)的固定通信手段已不能滿足人們的需要，移動(dòng)通信就是在這種要求下發(fā)展起來的。移動(dòng)通信就是指通信的雙方，至少有一方是在移動(dòng)中進(jìn)行的通信。例如固定點(diǎn)與移動(dòng)體 (車輛、船舶、飛機(jī) )之間、移動(dòng)體之間、活動(dòng)的人與人之間以及人與移 動(dòng)體之間的通信都屬于移動(dòng)通信的范疇。 要使通信的一方或雙方在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)通信，就必須采用無線方式。當(dāng)前所使用的無線頻段主要為 VHF 頻段的 150MHz 和 UHP 頻段的 450MHz， 800MHz， 900MHz。最近已經(jīng)出現(xiàn)使用 頻段的 GSM 數(shù)字蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)。 GSM 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)是由歐洲主要電信運(yùn)營者和制造廠家組成的標(biāo)準(zhǔn)化委員會設(shè)計(jì)出來，并在蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成。 GSM 系統(tǒng)是 1982 年歐洲電信主管部門會議為開發(fā)第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)而成立的機(jī)構(gòu)，后來，歐洲的專家們將 GSM 有關(guān)的技術(shù)職能交給了歐洲 電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會。同時(shí)，為維護(hù) GSM 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者、設(shè)備制造商和用戶的共同利益，各國的運(yùn)營者和制造商共同發(fā)起并成立了 GSM MOU(Memorandum of Understanding，諒解備忘錄 )組織。 MOU 組織 1991 年在歐洲開通了第一個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和注冊了市場商標(biāo)，將 GSM 更名為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”。從此移動(dòng)通信跨入了第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。同年，移動(dòng)特別小組還制定了 頻段的公共歐洲電信業(yè)務(wù)的規(guī)范，名為 DCSI800系統(tǒng)。該系統(tǒng)與 GSM900 具有同樣的基本功能特性，它只占 GSM 協(xié)議的很小 一部分，僅河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 9 將 GSM900 和 DCSI800 之間的差別加以描述，二者絕大部分是通用的，均可通稱為 GSM系統(tǒng)。 1992 年，大多數(shù)歐洲 GSM 運(yùn)營者開始商用業(yè)務(wù)。到 1994 年 5 月已有 50 個(gè) GSM 網(wǎng)在世界上運(yùn)營， 10 月總客戶數(shù)已超過 400 萬，國際漫游客戶每月呼叫次數(shù)超過 500 萬，客戶平均增長超過 50%。 1993 年，歐洲第一個(gè) DCSI800 系統(tǒng)投入運(yùn)營。到 1994 年已有 6 個(gè)運(yùn)營者采用了該系統(tǒng)。 GSM 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中只對功能和接口制定了詳細(xì)規(guī)范，而未對硬件做出規(guī)定。這樣做的目的是盡可能減少對設(shè)計(jì)者的限制，并使各運(yùn)營者有可能購 買不同廠家的設(shè)備。 1991 年中國在嘉興市建立和開通了我國第一個(gè) GSM 引示系統(tǒng)，并于 1993 年 9月正式開放業(yè)務(wù)。目前，我國 GSM 用戶數(shù)量已超過 7 億，成為世界上 GSM 手機(jī)量最多的國家。 GSM 系統(tǒng)的主要技術(shù)有以下 6 個(gè)特點(diǎn)： (1)由于采用了高效調(diào)制器、信道編碼、交織、均衡等技術(shù)，使系統(tǒng)的頻譜效率高。 (2)具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，頻率重復(fù)利用率高，容量加大。 (3)除開放話音業(yè)務(wù)外，還可開放承載業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)和與綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ Integrated Services Digital Network, ISDN）相關(guān)的業(yè)務(wù)。 (4)提供開放性接口，可與各種公用通信網(wǎng)互連互通，任何廠家提供的 GSM 系統(tǒng)都能互連。 (5)通過鑒權(quán)、加密和臨時(shí)識別碼 (Temporary Mobile Subscriber Identity, TMSI），可以達(dá)到安全的目的。 (6)在 SIM（ Subscriber Identity Module,客戶識別模塊）卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)漫游功能，全部 GSM 移動(dòng)用戶都進(jìn)入 GSM 系統(tǒng)而與國別無關(guān)。 單片機(jī)開發(fā)工具 單片機(jī)的軟件開發(fā)工具 本報(bào)警器的主機(jī)采用 AT89C52RC 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn) 。采用高級語言工具 C51 來進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。 美國 Archimedes 公司和 Franklin Software 公司在 20世紀(jì) 90年代初專門為基于 51 系列單片機(jī)開發(fā)了高級語言工具 C51。利用該工具編寫的代碼簡單高效、結(jié)構(gòu)清晰，尤其是后來不同類型的微處理器及其更新產(chǎn)品的開發(fā)工具基本上都支持 C 語言，因此用 C 語言編寫的程序容易移植和維護(hù)?，F(xiàn)在 C51 主要有兩個(gè)版本：一個(gè)是 Archimedes 公司的 C51 ，另一個(gè)是 Franklin Software 公司的 C51 。兩個(gè)版本都支持 ANSI(American National 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 10 Standards Institute，美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會 )標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為滿足 MCS51 單片機(jī)的特殊需要又?jǐn)U展了一些關(guān)鍵字，如 bit， code， data， idata， sfr， reentrant 等。但是對于單片機(jī) 89C51 的應(yīng)用，只有 Franklin Software C51 編譯器提供 C 語言編程的方法。該編譯器對局部變量及傳遞參數(shù)使用 RAM（ Random Access Memory，隨機(jī)存儲器）覆蓋技術(shù)，使其內(nèi)部 RAM的利用效率提高，因此 C51 完全可以和匯編語言相比擬。同時(shí)， 該編譯器還可以產(chǎn)生 Intel格式的目標(biāo)文件。 FranklinC51 有以下 5 個(gè)特點(diǎn)： (1) 存儲模式上 FranklinC51 支持 SMALL， COMPACT， LARGE 模式。當(dāng)缺省存儲類型時(shí)，存儲模式將自動(dòng)決定變量的默認(rèn)存儲類型，不能位于 RAM 中的參數(shù)、傳遞變量和無明確存儲類型說明的局部過程變量也將保存在默認(rèn)的 RAM 區(qū)域。 (2) 存儲類型 FranklinC51 支持 89C51 微處理器及結(jié)構(gòu)，可完全訪問硬件系統(tǒng)的所有部分，每個(gè)變量可準(zhǔn)確地賦予不同的存儲類型，如表 21 所示。 表 21 C51 存儲類型與 89C51 存儲空間的對應(yīng)關(guān)系 存儲類型 對應(yīng)存儲空間 data 直接尋址片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲區(qū)，訪問速度快（ 128 字節(jié)） pdata 分頁尋址片外數(shù)據(jù)區(qū)（ 256 字節(jié)） MOVX@R0 訪問 xdata 片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)（ 64k） MOVX@DPTR 訪問 code 代碼存儲區(qū) （ 64k） MOVC@DPTR 訪問 (3) 數(shù)據(jù)類型。 FranklinC51 支持的數(shù)據(jù)類型為 bit， signed char， unsigned char， signed int， unsigned int， long， unsigned long， float 指針等。變量可以組合為結(jié)構(gòu)和聯(lián)合，也可定義為多維數(shù)組，同時(shí)還可以通過指針訪問變量。另外， FranklinC51 還有兩個(gè)特殊的數(shù)據(jù)類型 sbit 和 sfr，用來簡化對 89C51 微處理器的特殊功能寄存器 (SFR)的訪問，如表 22 所示。 表 22 C51 的特殊數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)類型 長度 范圍 sbit 1 位 1 or 0 sfr 1 字節(jié) 0~255 sfr16 2 字節(jié) 0~65535 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 11 (4)指針。 FranklinC51 支持一般三字節(jié)指針和基于存儲器的指針，其中基于存儲器的指針由 C 源代碼中存儲類型決定并在編譯時(shí)確定，用這種指針可以高效訪問對象并且只需一至二字節(jié)。例如，用于訪問內(nèi)部 RAM 或外部 PRAM 的字節(jié)指針和用于訪問外部 RAM 或ROM 的二字節(jié)指針 (指針之間可以相互轉(zhuǎn)換 )，從而實(shí)現(xiàn)對存儲器的高效訪問如表 23 所示。 表 23 C51 的指針類型 指針說明 長度 指向 float*p3 3 字節(jié) 所有 89C51 存儲空間“ float” chardata*dp 1 字節(jié) “ data”存儲區(qū)中的“ char” longpdata*pp 1 字節(jié) “ pdata”存儲區(qū)中的“ long” charxdata*xp 2 字節(jié) “ xdata”存儲區(qū)中的“ char” (5)中斷和重入。 FranklinC51 支持對中斷的所有