【正文】 和設(shè)備 ，能 為小區(qū)住戶的安全提供 安全 保障。在小區(qū)內(nèi)的每個住戶單元安裝一臺報警主機(jī)，住戶可在門口、窗戶 等 處安裝聲檢、煙霧 或 煤氣探頭等報警感知設(shè)備，報警主機(jī)通過總線與管理中心的電腦連接，進(jìn)行安防信息管理?？傊?，無論白天黑夜，你離家在外還是在家休息，電子保安 將會 時時刻刻保護(hù) 您 家庭 的 安全 。 本課題主要完成的任務(wù)包括： ⑴ 硬件部分：包括 GSM 通信模塊的選擇，傳感器的選擇，家居探測電路的設(shè)計以及報警電路的設(shè)計。 ⑶ 系統(tǒng)的綜合調(diào)試與分析：在系統(tǒng)軟硬件完成以后，要進(jìn)行綜合的測試與實驗，分析系統(tǒng)的可靠性與實用性，調(diào)整完善系統(tǒng)的不足之處。 下面分別對系統(tǒng)功能要求、系統(tǒng)技術(shù)要求、 系統(tǒng)工作原理 進(jìn)行 闡述。 系統(tǒng)在正 常工作時處于低功耗監(jiān)控狀態(tài)，一旦發(fā)生警情，即 當(dāng) 各類傳感器檢測到異常信號（如火警、盜竊 、 煤氣等）時，單片機(jī)通過從 相應(yīng)傳感器 引腳接收到的信號同預(yù)先存儲在 ROM 中的信息進(jìn)行對比，判斷出異常情況的類型，然后將報警信號由 串口 傳送給 GSM 模塊，最后將報警信號以 短信 形式 發(fā)送給預(yù)先設(shè)定手機(jī)號碼的用戶 ， 幾秒鐘后，用戶的手機(jī)上就可以接收到報警短信 ，以 提醒用戶采取措施 。在實際使用中，根據(jù)不同情況，用戶可以選用 紅外傳感器 、 溫度傳感器、氣體傳感器等合適的傳感器，來有效的探測家庭中可能出現(xiàn)的意外情況； (2)聲光報警功能：當(dāng)有異常情況發(fā)生時，報警器要進(jìn)行聲光報警。 系統(tǒng)的技術(shù)要求 系統(tǒng)采用 TC35 模塊進(jìn)行短信的發(fā)送，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性；采用的單片機(jī)處理器成本均比較低，滿足批量生產(chǎn)和各類工程的需要。具體參數(shù)和指標(biāo)如下 : (1)小體積：探測器的體積要盡可能的小，這樣才能減少占用的空間，便于使用和更換； (2)低功耗： 系統(tǒng)在正常工作時處于低功耗監(jiān)控狀態(tài)，一旦發(fā)生警情， 系統(tǒng)才處于正常工作狀態(tài)； (3)高可靠 :由于系統(tǒng)工作環(huán)境可能存在不確定的電磁干擾，為了保證系 統(tǒng)長時間可靠工作，減少誤報次數(shù)，所選擇的傳感器、 GSM 模塊應(yīng)具備較高的抗干擾性能。 ： 系統(tǒng)總體電路如圖 2 所示： 圖 2：總體電路圖 左邊從上到下依次為紅外探測電路、溫度探測電路、氣體探測電路，它們組成了家庭傳感器探測電路。 左下部分為 TC35 模塊， 串口通訊電路。 中間部分為單片機(jī)最小系統(tǒng)，復(fù)位及時鐘電路。 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)控制模塊由兩部分電路組成，分別是電源電路、時鐘復(fù)位電路和單片機(jī)，其中單片機(jī) 選用 的是 STC89C54RD+單片機(jī)。 它 支持的最高時鐘為 80MHz， 內(nèi)部包括 16 kB 的 Flash 程序存儲器 ROM、 1 kB 的數(shù)據(jù)存儲器 RAM， 具有 ISP 在線編程功能 ， 大大減少了開發(fā)復(fù)雜度，同時可節(jié)省購買 編程器 的額外投入 ，其 開發(fā)環(huán)境與 51 單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境兼容。 時鐘復(fù)位電路如圖 4 所示： 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 4：時鐘復(fù)位電路 復(fù)位電路與單片機(jī)的 REST 腳相連，在 VCC 和 REST 端接一個大小為 22UF 的電解電容，利用內(nèi)部復(fù)位下拉電阻 REST 構(gòu)成復(fù)位電路，按下 RET 鍵，使單片機(jī)復(fù)位，回到初始狀態(tài)；兩個 22PF 的電容、 的晶振和單片機(jī)的 XTAL XTAL2 管腳相連，構(gòu)成時鐘電路。模塊向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā) 與 設(shè)計。 圖 5： TC35 模塊 構(gòu)成框圖 TC35 模塊有 40 個引腳，通過一個 ZIF(零阻力插座 )連接器引出 ， 這 40 個引腳可以劃分為 5 類，即電源、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、 SIM 卡、音頻接口和控制。模塊的數(shù)據(jù)輸入 /輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合 ITUT RS232接口標(biāo)準(zhǔn) ， 有固定的參數(shù)： 8 位數(shù)據(jù)位和 1 位停止位，無校驗位，波特率在 300bps~115kbps之間可選，默認(rèn) 9600kbps，支持標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令集 ； 18 腳 RxD0、 19 腳 TxD0 為 TTL 的串口通訊腳，需要和單片機(jī)或者 PC 通訊。 35~38 為語音接口， 3 36 接揚聲器放音 ， 3 38 可以直接接駐極體話筒來采集聲音 。根據(jù) AT 指令的 標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送和接收中文或中 /英文混合的短信息必須采用 PDU 模式， TEXT 模式只支持傳送英文及數(shù)字信息。 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 TC35 模塊實物圖如圖 7 所示： 圖 7： TC35 模塊實物圖 系統(tǒng)使用的 RS232 通訊芯片為 MAX232， RS232 接口引腳如圖 8 所示： 圖 8： RS232 引腳圖 其中： 1 號引腳：數(shù)據(jù)載波檢測 DCD； 2 號腳：接收數(shù)據(jù) RXD； 3 號腳：發(fā)生數(shù)據(jù)TXD； 4 號腳：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好； 5 號腳：信號地 GND； 6 號腳：通訊設(shè)備準(zhǔn)備好； 7號腳：請 求發(fā)送 RTS； 8 號腳：允許發(fā)送 CTS； 9 號腳：響鈴指示器。 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 單片機(jī)和 TC35 模塊之間采用串口三線制連接方法，即連線為 32， 23， 55。 單片機(jī)和 TC35 模塊的串口通信接口原理圖如圖 9 所示： 圖 9： RS232接法 TC35 的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā) ， 符合 ITUTRS232 接口電路標(biāo)準(zhǔn) ， 工作在CMOS 電平 ， 數(shù)據(jù)接口配置為 8 位數(shù)據(jù)位、 1 位停止位、無校驗位 ，波特率 默認(rèn) 為9600kbps， 由于數(shù)據(jù)通信電路中 TC35 數(shù)據(jù)接口工作在 CMOS 電平， 而 STC 單片機(jī)工作在 TTL 電平，工作電壓范圍一般比 TC35 寬 ， 故應(yīng)在單片機(jī)和 TC35 之間加電平轉(zhuǎn)換電路。 DS18B20 溫度傳感器用于對家庭溫度的測量，以防火災(zāi)的發(fā)生。 由光敏電阻和紅外發(fā)光管做在一起形成的紅外對管 作為防盜傳感器。 MQ2 型氣體傳感器用于對以氫氣為主要成分的城市煤氣、天然氣的測量，對所測試的氣體有極高的靈敏度和信噪比。 溫度探測電路的設(shè)計 溫度探測電路圖如圖 9 所示： 圖 9：溫度探測電路圖 DS18B20 簡介： DS18B20 的主要特性 ： 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 溫范圍－ 55℃ ～ +125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 其中： (1)DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； (2)GND 為電源地； 常見封裝如圖 10： 圖 10： DS18B20常見封裝 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 紅外探測電路的設(shè)計 紅外探測電路如圖 11 所示： 圖 11：紅外探測器電路 工作原理 ： 如圖 11 所示：當(dāng)發(fā)光管和接收管中間沒有障礙物時，接收管電阻相對于 R4 的電阻100K 來說可以忽略不計，此時單片機(jī) 管腳輸入為低電平，電路處于初始 化狀態(tài)；當(dāng)有 入侵者經(jīng)過發(fā)光管和接收管中間時，接收管電阻變大，電阻大于 R4 的 100K，此時單片機(jī) 管腳輸入為高電平，電路處于觸發(fā)狀態(tài) 。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時可加直流偏壓，也可以加交流電壓。 光敏電阻的靈敏度容易受潮濕的影響，因此將光敏電阻嚴(yán)密封裝在帶有玻璃的殼體中。而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測、非接觸測量、人體病變探 測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 ； 可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 氣體探測電路的設(shè)計 圖 13：氣體探測電路 工作原理： 如圖 13 所示，在這個電路中，發(fā)光二極管 LED 的作用是檢查電路是否接通了電源，當(dāng) LED 發(fā)光后說明電路兩端被加上了電壓，可以正常工作，否則就表示電源電路沒有電壓輸出，電阻 R6 的作用是保護(hù)發(fā)光二極管 ，防止因電壓過大使它燒壞。 MQ2 簡介： MQ2 型氣體傳感器用于以氫氣為主要成分的煤氣、天然氣、液化石油的測量，而且其抗干擾能力強(qiáng)，水蒸氣、煙干擾氣體對它的影響小。 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 MQ2 型氣敏元件有兩種型號， MQ2A 型適用于天然氣、城市煤氣、石油液化氣、丙丁烷及氫氣等； MQ2 型適用于煙霧等減光型有害氣體。常見為 QM 系列的 S 值僅 8 左右， Rx 為器件在丁烷濃度為 %時的阻抗。 工作環(huán)境：溫度 10℃ ~+50℃ 濕度≤ 85%RH 圖 14 是元件的外形結(jié)構(gòu)圖，基座采用耐高溫酚醛塑料壓制，引腳為鍍鎳銅絲，上罩采用雙層密紋不銹鋼網(wǎng)壓制，有較高的強(qiáng)度和防爆能力。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個用于信號取出， 2 個用于 提供加熱電流。 上圖是 MQ2 型元件通電時間的特性曲線，在通電后 60~90s，元件才進(jìn)入穩(wěn)定待測工作狀態(tài)。 雙運算放大器 LM358 介紹 ： LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，在推薦的工作條件下， 電源電流與電源電壓無關(guān)。 LM358 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) 一177。 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 工作原理： 蜂鳴器電路采用的是 PNP 三極管的基極與單片機(jī) I/O 口相連接，當(dāng) 為低電平時，蜂鳴器鳴叫；工作指示燈電路采用的是電阻和發(fā)光二極管相串聯(lián)后與單片機(jī) I/O 口相連接，但 I/O 口為高電平時發(fā)光二極管發(fā)光。根據(jù) AT 指令的 標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送和接收中文或中 /英文混合的短信息必須采用 PDU 模式，TEXT 模式只支持傳送英 文和 數(shù)字信息。 模塊的通訊全部采用 AT+XXXX 完成。 （ 3）設(shè)置短消息中心 AT+CSCA=“+8613010431500” （ 4）發(fā)送短消息（短消息內(nèi)容為 test） AT+CMGS= 13032570385（目的地址） test \x1a\r（ 39。結(jié)束符 (相當(dāng) CTRL+Z)） 傳感器模塊的 軟件設(shè)計 STC 單片機(jī) 通過定時器每隔一段時間對 傳感器接口電路的 I/O 口進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到有傳感器的開關(guān)量變化時，則說明報警信息產(chǎn)生， 進(jìn)行發(fā)送報警信息 。系統(tǒng)首先對單片機(jī)的串口、中斷 和 TC35 短信模塊初始化， 利用定時器定時檢測傳感器接口電路 I/O 口的變化， 利用 STC 單片機(jī)通過 UART 串口向 GSM 模塊發(fā)送一系列 AT 指令，就能實現(xiàn)基于 GSM 的短信息的 發(fā)送 。這里采用分塊調(diào)試的方法，分別為溫度探測電路，溫度探測電路，氣體探測電路以及單片機(jī)控制電路。一般情況下，剛焊完的板子基本上多多少少有點小問題，不可能一接上電源就能正常工作的，所以進(jìn)行硬件調(diào)試時還是需要耐心仔細(xì)觀察的。我的電腦由于自帶串口接口所以不需要選擇 USB轉(zhuǎn) 232設(shè)備進(jìn)行連接?？梢园l(fā)送 ATamp。 發(fā)送： ATamp。F回車 OK 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 TC35 模塊與單片機(jī)調(diào)試 單片機(jī)首先通過串口向 TC35 模塊發(fā)送 10 次 ”AT”聯(lián)機(jī)指令，只要有一次單片機(jī)收到 ”O(jiān)K”就 退出發(fā) 送 ”AT”指 令，說明 TC35 模塊連接 正確；接 下來發(fā) 送 10次 ”AT+CMGF=1”來設(shè)置短消息模式為 TEXT，只要有一次單片機(jī)收到 ”O(jiān)K”就退出發(fā)送指令，說明 TEXT 短消息模式設(shè)置成功；通過發(fā)送 10 次 ”AT+CSCA= +8613010431500”來設(shè)置短消息中心，只要有一次單片機(jī)收到 ”