学士学位论文--远程红外报警系统的设计与实现.doc

成人高等教育毕业设计

题 目：远程红外报警系统
系统的设计与实现
网站设计

学院(函授站）：

学院(函授站）： 潍坊工商职业学院

年级专业： 10计算机科学与技术
层 次：本科
学 号：
姓 名： 周鑫
指导教师： 焦峰亮

目 录
第一章 绪论
1.1 远程安防系统的构成
1.2 远程安防系统现状及发展趋势
第二章 系统的总体方案论证与设计
2.1 系统设计方案的论证
2.1.1 监控传感器的选择
2.1.2 微控制器的选择
2.1.3 无线通道方案的选择
2.2 系统的总体设计方案
第三章 系统的硬件电路设计
3.1 红外探测电路设计
3.2 单片机最小系统设计
3.3 MC55模块及其外围电路设计
3.4 报警电路设计
3.5 电源电路设计
第四章 系统的软件部分设计
4.1MC55模块的编程
4.2 串行口的编程及串口中断服务程序流程
4.3系统的主程序设计
第五章 结论与展望
致谢
参考文献
附录A: 基于MC55远程安防系统整体电路图
附录B: 软件程序清单　

第一章 绪论
随着社会的进步和科学的发展，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。家居智能化技术起源于美国，它是以家为平台进行设计的。智能家居控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。
智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管 理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。大型的智能家居控制系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。这里由于时间问题，就不做复杂的家居控制系统设计，对其中一项远程红外报警系统做主要设计。目前，我们已基本上摆脱了“手持武器、瞪大眼睛”的人力机械防守手段，科技强兵、靠现代技术武装自己，提高安全防范的可靠性和效率，其中防盗报警系统是安防系统中应用最广泛的手段之一。其独特的功能是其它安防手段所无法比拟的。
本设计是一个基于GSM模块的远程控制系统，GSM就是global system for mobile communications 【电信】全球通, 全球移动通信系统(亦称“泛欧数字式移动通信系统”), 是一个根据欧洲电信标准协会出版的GSM 技术规范建造的国际无线蜂窝网) 。GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。本设计是一种利用手机短信息实现对远程监控设备如交通路灯，家庭里的门锁、家用电器、可视对讲、报警装置等进行智能控制或信息采集交流的设计思路。系统的开发基于短信息技术、自动控制技术、计算机技术、数字通信技术及加密技术，系统利用相关的网络、计算机系统和控制器，以短信息为基本控制指令和数据信息传送方式，实现手机无线遥控和数据传送，通过专设的短信控制中心和服务中心，为远程监控设备提供全方位的数字化服务。本设计就是用单片机控制GSM模块采集和控制远程设备信息的无线通信控制系统。本设计采用模块化设计，整个系统由GSM模块、控制模块、电源模块和外围模块组成，系统的整体方案框图如下图1-1：

第二章 系统的总体方案论证与设计

前面我们讨论了报警系统的构成及其发展趋势，本章我们将对远程红外报警系统的各个部分进行论证，进行系统的总体设计。
2.1 系统设计方案的论证
2.1.1 监控传感器的选择
监控传感器是用来探测入侵者的入侵行为。需要防范入侵的地方很多，可以是某些特定的点、线、面，甚至是整个空间。监控传感器是一种物理量的转化装置，通常把压力、震动、声响、光强等物理量转换成易于处理的电量（电压、电流、电阻等）。再经过后面的信号处理器把传感器转化的电量进行放大、滤波、整形处理，使它能成为一种能够在系统传输信道中顺利转送的信号。凡是温度超过绝对0℃的物体都能产生热辐射，而温度低于1725℃的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域，因此自然界的所有物体都能向外辐射红外热。而任何物体由于本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。
近红外：波长范围0.75～3μm中红外：波长范围3～25μm远红外：波长范围25～1000μm人体辐射的红外光波长3～50μm，其中8～14μm占46%，峰值波长在9.5μm。下面分别介绍被动式红外探测器和主动式红外探测器。
方案一：被动式红外探测器
在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外，即探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种已适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。
被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警控制器等部分组成。红外传感器的探测波长范围是8～14μm，人体辐射的红外峰值波长约为10μm，正好在范围以内。
被动式红外探测器根据其结构不同、警戒范围及探测距离的不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束PIR采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5°以下，但作用距离较远，可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采用红外塑料透镜——多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成型，若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成立体扇形感热区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较多，下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐射干扰。多波束型PIR的警戒视场角比单波束型大得多，水平可以大于90°，垂直视场角最大也可以达到90°，但作用距离较近。所有透镜都向内部设置的热释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。
红外光穿透力差，在防范区内不应有高大物体，否则阴影部分有人走动将不能报警，不要正对热源和强光源，特别是空调和暖气。否则不断变化的热气流将引起误报警。为了解决物品遮挡问题，又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。安装在顶棚上向下360°范围内进行警戒，只要在防护范围内，无论从哪个方向入侵都会触发报警，被动式报警探测器由于探测性能好、易于布防、价格便宜而被广泛应用。
方案二：主动式红外探测器
主动红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。主动式红外探测器遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。因此主动式探测器所探测的是点到点，而不是一个面的范围。其特点是探测可靠性非常高。但若对一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。主动式探测器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。
主动式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。以发射机与接收机设置的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式，反射型安装方式的接收机不是直接接收发射机发出的红外光束，而是接收由反射镜或适当的反射物（如石灰墙、门板表面光滑的油漆层）反射回的红外光束。当反射面的位置与方向发生变化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接收机无法接收到红外反射光束时发出报警信号。当使用较多的探测器进行防范布局时应该注意消除射束的交叉误射。
综合考虑被动式红外传感器探测性能好、易于布防、价格便宜，本设计采用被动式红外传感器，也就是热释电传感器。
2.1.2 微控制器的选择
在选择微控制器的时候，主要需要考虑：处理器的速度，要实现的功能，ROM和RAM的大小，I/O端口类型和数量，编程语言以及功耗等。
方案一：基于ARM的嵌入式系统。这种方案中我们可以使用现有的操作系统（MCOS-Ⅱ），在系统的基础上进行应用程序的开发。由于ARM处理器的功能强大，资源丰富，因此使用这种方案可以使系统功能近乎完美，而且由于使用了操作系统，应用程序的设计会变的简单可靠。但是这种方案成本较高，同时使用的嵌入式操作系统也会占用一部分额外的硬件资源，这样会大大的提高开支。目前情况下，我们不考虑这种方案。
方案二：采用常用的AT89S52单片机作为核心控制器，此单片机的内部存储器（RAM）和程序存储器（ROM）及其引脚资源，基本上能实现设计指标，并且价格便宜，参考资料很多。完成本设计的控制功能，常用的AT89S52单片机完全可以满足要求，并且成本更加低廉。因此综合考虑选用方案二。
2.1.3 无线通道方案的选择
目前的无线通道的数据传输实现主要分为两种，一种是通过专用网进行数据传输，如RF（射频）数传电台和无线局域网（WLAN）；一种是通过公共无线通信网络，如GSM/GPRS网络的成熟度高，覆盖面较广，因而GSM/GPRS网络被选为该无线通道总体方案的通信基础。而基于GSM/GPRS网络的数据传输通常有三种方式，一种是基于短消息的数据传输，第二种是基于DATA（一种以电路交换为基础的传输方式）的数据传输；最后就是通过IP（INTERNET PROTOCOL，因特网协议）方式传输数据。下面对三种基于GSM/GPRS网络的无线数据传输方式的各自特点作简单的介绍。
方案一：基于短消息的数据传输
基于短消息的数据传输是通过短消息作为数据传输的载体，利用AT指令将短消息读出并将信息还原，这样就完成一次数据通信。基于短消息的数据传输方式的特点是资费较低，组网使用方面，但数据容量较低（＜140字节）。短消息数据传输方式特别适合于小数据量且中低采集频率的无线监控系统使用。
方案二：基于DATA方式的数据传输
基于DATA方式的数据传输是利用GSM的DATA（与传真相同）传输方式。通过AT指令来进行数据拨号，等待数据连接建立后，只需将ASCⅡ码数据送入通信模块既可。通信模块会按照设定好的通信协议（默认为V.32bis）将数传出，目标机接到数据呼叫后，送出应答信号，然后便可按照相同协议接收ASCⅡ码信息。基于DATA的数据传输方式数据传输安全、实时性好、数据传输量大，但主要是成本较高，适合与要求可靠性很高且海量数据传输的系统中。
方案三：基于IP的数据传输方式
基于IP的数据传输方式是GPRS系统独有的，因为GPRS是在GSM网络基础上新增两个节点-SGSN和GGSN而形成的移动分组数据网络。由于GPRS数据传输的基础是TCP/IP协议的转换。实时性较好，缺点就是GPRS终端开发成本高，使用复杂度教高（因为涉及到复杂的组网方案）。
根据目前大部分系统的需求并综合以上方案的优缺点，选择基于GSM网络的短信息的数据传输来做为我设计的红外远程报警系统的无线通道。
2.2 系统的总体设计方案
前面已经对远程红外报警系统主要模块的方案进行了论证和比较，并确定了各个部分的总体设计思路。综合以上考虑，本设计总体设计框图如图2-1所示。

热释电
探测电路
AT89S52
单片机最小系统
GSM
无线传输电路
电平转
换电路
SIM卡

报警电路

图2-1 远程红外报警系统总体设计方案
热释电探测电路将检测到入侵者的入侵行为，并将其转换成单片机能够识别的开关量信号。单片机系统对输入信号进行判断和处理，当系统处于报警开启状态时，如果单片机判断出热释电探测电路送来的检测信号，单片机将通过报警电路进行就地报警，给犯罪分子以威慑，吓跑入侵者。与此同时，单片机采用 AT 命令通过 GSM 短信模块发送短信息给监控者，实现远程报警。监控者也可用短信息的命令形式去设置以微控制器为核心的智能模块，以及发送短信消息查询命令和监控情况，从而达到远程监控的目的。由于无线传输模块的电平性质与单片机不同，因此需要设计电平转换电路来实现单片机对GSM模块的访问。

第三章 系统的硬件电路设计

3.1 红外探测电路设计
热释电传感器有三个引脚分别是电源正负极和信号输出。在传感器电源正常的情况下，当热释电传感器检测到有人活动时，能够检测到人体所发出的微弱红外线，其输出端会有微弱的电流信号输出。这一微弱信号将送到信号处理集成电路 BISS0001进行处理。
系统热释电红外探测电路图如图3-1所示

图3-1 热释电红外传感器检测电路图
BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。　
1、BISS0001的特点
*CMOS工艺
*数模混合
*具有独立的高输入阻抗运算放大器
*内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰
*内设延迟时间定时器和封锁时间定时器
*采用16脚DIP封装
2、BISS0001的管脚图和管脚说明

图3-2 BISS0001引脚功能图　

表3-1 BISS0001 管脚说明
引脚
名称
I/O
功能说明
1
A
I
可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发
2
VO
O
控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。
3
RR1
--
输出延迟时间Tx的调节端
4
RC1
--
输出延迟时间Tx的调节端
5
RC2
--
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
--
触发封锁时间Ti的调节端
7
VSS
--
工作电源负端
8
VRF
I
参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位
9
VC
I
触发禁止端。当Vc<VR时禁止触发；当Vc>VR时允许触发(VR≈0.2VDD)
10
IB
--
运算放大器偏置电流设置端
11
VDD
--
工作电源正端
12
2OUT
O
第二级运算放大器的输出端
13
2IN-
I
第二级运算放大器的反相输入端
14
1IN+
I
第一级运算放大器的同相输入端
15
1IN-
I
第一级运算放大器的反相输入端
16
1OUT
O
第一级运算放大器的输出端
3、BISS0001的可重复触发方式

图3-3 BISS0001的可重复触发工作方式下的波形
以下图所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。 可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。 在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C8耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo，可供单片机查询或这触发中断。
图3-1中，芯片处于可重复触发工作方式。采用可重复触发工作方式的好处是：如果传感器在延迟时间内再次检测到有人活动，芯片的输出将被继续延迟而不会终止，报警也就将一直送给单片机，这样提高了热释电检测电路的灵敏度。输出延迟时间Tx由外部的R7和C6的大小调整，值为Tx≈24576xR7C6；触发封锁时间Ti由外部的R8和C7的大小调整，值为Ti≈24xR8C7。电路中R7和R8设计成了可调电阻，可以根据实际需要调整电阻值的大小，改变输出延迟时间和触发闭锁时间的长短。电路的输出送到无线编码发射电路，将报警信号发送出去。
3.2 单片机最小系统设计
3.2.1 AT89S52单片机的特点及引脚功能
AT89S52是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序内存，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序内存既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，它灵活应用于各种控制领域。
AT89S52主要性能参数：
1）与MCS-51产品指令系统完全兼容
2）4K字节在系统编程（ISP）Flash闪速内存
3）1000次擦写周期
4）4.0-5.5V的工作电压范围
5）全静态工作模式：0Hz—33MHz
6）三级程序加密锁
7）2568字体内部RAM
8）32个可编程I/O口线
9）3个16位定时/计数器
10）8个中断源
11）全双工串行UART通道
12）低功耗空闲和掉电模式
13）中断可从空闲模唤醒系统
14）看门狗（WDT）及双数据指针
15）掉电标识和快速编程特性
16）灵活的在系统编程（ISP—字节或页写模式）
AT89S52引脚功能介绍
1）电源引脚VCC和GND
VCC：电源电压，GND：接地端。
2）时钟电路引脚XTALl和XTAL2
XTALl：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端.
XTAL2：振荡器反相放大器的输出端.
振荡器特性： XTALl、XTAL2为片内振荡器的反相放大器的输入和输出端。如下图3-5所示，可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器。如需从外部输入时钟驱动AT89S52，时钟信号从XTAL1输入，XTAL2应悬空。由于输入到内部电路是经过一个2分频触发器，所以输入的外部时钟信号无需特殊要求，但它必须符合电平的最大和最小值及时序规范。

图3-5 89S52内部/外部时钟电路
3）控制信号引脚RST
复位输入.RST引脚一旦变成两个机器周期以上高电平，所有的I/O口都将复位到"1"(高电平)状态。当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可完成复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。
4）I／O(输入／输出) P0、 P1、 P2和 P3
P0口(39—32脚)：P0口是一个漏极开路的8位双向口。作为漏极开路的八路输出端口，每次能驱动8个Ls型TTL负载。当P0口作为输入口使用时，其先向锁存器(地址80H)写入全1，此时P0口的全部引脚悬空，叫作为高阻抗输入。
P1口(1—8脚)：P1口是一个带上拉电阻的8位准双向I/O端口每一位能驱动(吸收或输出电流)4个LS型TTL负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存器(地址90H)写入全1,上拉电阻接成高电平。
P2口(21—28脚)：P2口是一个带内部上接电阻的8位准双向口。P2口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。
P3口(21—28脚)： P3口是一个带内部上接电阻的8位准双向口。P3口的每一位能驱动(吸收或输出电流)4个LS型TTL负载。P3口与其它的I/O口有很大区别，它除作为—般准双向I／O口外，每个引脚还具有专门的功能，见表3-2。
表3-2 端口引脚功能

3.2.2 单片机最小系统电路
单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统包括：单片机、晶振电路、复位电路等。
1、时钟电路
AT89S52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图3-6（a）所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。

外部方式的时钟电路如图3-6（b）所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。
（a）内部方式 （b）外部方式
图3-6 AT89S52内部时钟电路 改成这样

片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。本设计采用内部时钟方式。
2、复位信号及其产生
复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。
除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表3-3所示。？？？
表3-3 一些寄存器的复位状态

RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为12MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过2us才能完成复位操作。
产生复位信号的电路逻辑如图3-7所示。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。

图3-7 复位信号的电路逻辑图
复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图3-8(a)所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。

？？？？

图3-8（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位参照图3-6改

按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图3-8(b)所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图3-8(c)所示。
上述电路图中的电阻、电容参数适用于12MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本设计采用上电复位加按键电平复位方式。
本设计的单片机最小系统电路图如图3-9中所示，单片机AT89S52的时钟引脚外接12M晶振，作为单片机工作的时钟，EA端接高电平，表示使用片内程序存储器。RST引脚接了上电复位电路，当系统上电时，上电复位电路会产生一个高电平脉冲信号，使系统复位。当按下按键S1时，RST端将被接入高电平，同样可以使系统手动复位。

图3-9 单片机最小系统电路图
3.3 GSM模块及其外围电路设计
目前,国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等,而且这些模块的功能、用法差别不大。其中西门子的TC35系列模块性价比很高,并且已经有国内的无线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推出的最新的无线模块,功能上与TC35兼容,设计紧凑,大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM 2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705,且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体,向用户提供标准的AT命令接口,为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输,方便用户的应用开发及设计。
3.3.1 TC35模块介绍
TC35是西门子公司推出的新-代无线通信GSM模块[7]。自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。TC35模块的工作电压为3.3—5.5V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)。
模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话,漫游检测功能,常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50Ω天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。
TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35的核心,基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下,可支持FR、HR和EFR语音信道编码。
TC35内部结构如图3-10所示。

图3-10 T35内部结构框图

TC35i主要特性与技术指标包括以下几点：
1、频段为双频GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+);
2、支持数据、语音、短消息和传真;
3、高集成度(54.5mm×36mm×3.6mm);
4、质量为9g;
5、电源电压为单一电压3.3~4.8V;
6、可选波特率300bps~115kbps,动波特率 4.8~115kbps;
7、流消耗——休眠状态为3.5mA,空闲状态为25mA,发射状态为300mA(平均),2.5A峰值;
8、温度范围 ——正常操作-20℃~+55℃,存放-30℃~+85℃;
9、SIM电压为3V/1.8V。
3.3.2 RS232电平转换电路设计
TC35的数据输入/输出引脚需要通过MAX232进行电平转换后连接到单片机的串行口。单片机通过串行口对TC35进行访问和读。MAX232是TTL转RS232的电平转换电路。这里使单片机串行口的TTL电平能够与TC35通信口的RS232电平能够互相转换，这样才能进行通信。
　　RS-232是早期为公用电话网络数据通信而制定的标准，其逻辑电平与ITL/CMOS电乎完全不同。逻辑"0"规定为+5- +15V之间，逻辑"1"规定为-5～-15V之间。由于RS-232发送和接收之间有公共地，传输采用非平衡模式，因此共模噪声会耦合到信号系统中，其标准建议的最大通信距离为15米。RS-232规定的电平和一般微处理器的逻辑TTL电平不一致，必须进行电平转换，实现逻辑电平转换可以采用MAX232芯片的转换接口
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。MAX232的引脚图和内部结构图如下图所示：

图3-11 MAX232的引脚图和内部结构图
MAX232的内部结构基本可分三个部分：
第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。
8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。15脚DNG、16脚VCC（+5v）。
MAX232包含两路驱动器和接收器的RS-232转换芯片。图3-12为实际电路。芯片内部有一个电压转换器，可以把输入的+5v电压转换为RS-232接口所需的±10V电压，尤其适用于没有±12V的单电源系统。

图3-12 MAX232实现的RS-232接口
本设计中单片机与TC35的通信接口电路如下图所示，TXD和RXD分别连接到单片机的串行口上，经过MAX232进行电平转换送给TC35，C3和C4 两个电容和芯片内部构成电荷泵电路，为电路产生+12v和-12v的电压。

图3-13 单片机与TC35接口电路
3.3.3 TC35模块外围电路设计
TC35的数据输入/ 输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-T RS232接口标准。它有固定的参数；8位数据位和1 位停止位，无校验位，波特率在300bps~115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0。TC35模块的电平转换及外围电路如图3-11所示。
TC35有40个引脚通过一个ZIF(Zero Insertion Force,零阻力插座)连接器引出.这40 个引脚可以划分为5 类,即电源数据输入/ 输出、SIM卡音频接口和控制、第1~14 脚为电源部分、1~5 为电源电压输入端Vbatt+、6~10 为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压(共外电路使用)，14 为ACCUTEMP接负温度系数的热敏电阻。24~29为SIM卡引脚分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC、和CCGND。33~40 为语音接口，用来接电话手柄。15、30、31、和32脚为控制部分：15为点火线IGT(Ignition)，当TC35i通电后必须给IGT 一个大于100ms 低电平。模块才启动；30为RTC backup，31为Power down，32 为SYNC。16~23为数据输入/ 输出分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0、和DCD0。

图3-14 TC35模块外围电路图
图3-14中，TC35的1~5 为电源电压输入端，这里接入5V电源；6~10 为电源地，接入电源负极；模块上电后，为使之正常工作，必须在15脚(IGT)加时长至少为100ms的低电平信号，且该信号下降沿时间小于1ms。启动后，15脚的信号应保持高电平。电路图中采用了类似于单片机上电复位的电路设计，当系统上电时，由于电容C6两侧电压不越变，电容C6和电阻R6之间的电压为5V的高电平，之后随着电容的充电而变为低电平。TC35模块需要的复位启动信号为长于100ms的低电平信号。因此电路中设计了40106施密特特性的反相器对复位信号进行处理。40106不仅将复位信号取反，使复位信号电平符合TC35的输入需要。而且对复位信号进行了整形，保证其下降沿时间小于1ms。使TC35可靠启动。
TC35的24~29脚为SIM卡引脚，分别用来连接SIM卡相应的引脚，SIM引脚中的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡支架中是否插有 SIM 卡。当插入 SIM 卡，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常工作。这里通过上拉电阻R1接入CCVCC.
TC35的SYNC引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示 TC35 的工作状态。本模块使用的是后一种功能，即当LED熄灭时,表明TC35处于关闭或睡眠状态；当 LED 为“600ms 亮/600ms 熄”时，表明 SIM 卡没有插入或 TC35 正在进行网络登录；当LED为“75ms亮/3s熄”时，表明 TC35已登录到网络，处于待机状态。三极管Q1这里起驱动发光二极管的作用。
3.4 报警电路设计
红外探测电路检测到有人活动时，现场要发出报警信号。为了给入侵者以震慑，吓跑入侵者，报警电路应该保证足够的功率。报警电路的电路图如图3-15所示：

图3-15 报警电路图
单片机的输出加到报警音乐集成电路KD9561的SEL1脚上，当输入为高电平时，触发报警，KD9561输出报警音响信号；当输入为低电平时，停止报警音响输出。
KD9561是专用报警音乐集成电路，只需要简单的外围元件就可以输出报警音频信号，SEL1脚是报警音响选择端，报警音频信号从OUT引脚输出，通过电容C11耦合给后级电路。但KD9561输出的这一音频信号还比较微弱。需要音频功放电路才可以使输出的报警功率足够大。
TDA2003是专用音频功率放大电路。输出功率达10W，图7-1中功放部分是TDA2003的典型应用电路，元件参数选取典型数值，音频信号通过2脚输入，通过改变可调电阻R30，可以调整报警音量的大小。
报警电路音量调整及扬声器的安装要注意其防破坏的措施，避免报警装置被入侵者轻易破坏，失去报警作用。
3.5 电源电路设计
远程红外报警系统中单片机和TC35模块等电路都需要稳定的5V电压供电。系统电源部分的电路原理图如图3-16所示。交流220V经变压器降压后送到由四个整流二极管构成的全桥整流电路整流，经过整流后交流电压转换成了脉动直流，在经过电容的滤波后送到三端集成稳压电路7805的输入端，经7805的稳压后为控制电路提供稳定的5V电压。再经电容C20滤波后，进一步提高电源的品质，保证系统控制部分电源的供电品质。

图3-16 系统的电源部分电路图

第四章 系统的软件部分设计

4.1 TC35模块的编程
4.1.1 与SMS有关的GSM AT指令介绍
GSM引擎模块提供的命令接口符合G