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基于gsm网络安全监控系统的家居报警器.doc
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1、基于GSM家居安全报警系统的设计毕业设计(论文) 题 目: 专 业 班 级: 学 生 姓 名: 学 生 学 号: 日 期: 指 导 教 师: - 36 -摘 要摘要:设计了一种基于GSM网络安全监控系统的家居报警器。采用 STC单片机为系统控制核心,根据家居存在的隐患,提出了一种新型实用的综合安全报警系统.它通过传感器网络实时检测房间里是否有火焰和可燃气体,通过分析传感器检测的数据判断是否发生火灾或燃气泄漏,然后作出相应的动作(开排气扇等) , 并通过手机短信报警。关键词:家居安全; 报警; GSM网络; STC89S52 AbstractAbstract: the design of a h
2、ome furnishing alarm network security monitoring system based on GSM. Using STC microcontroller as the system control core, according to the home furnishing the hidden danger, puts forward a new practical comprehensive security alarm system. If there is a fire and combustible gas through the sensor
3、network for real-time detection of the room, through the analysis of sensor data to determine whether the fire or gas leakage, and then make a corresponding action ( open exhaust fan and so on ), and through the mobile phone short message alarm.Keywords: home furnishing security; alarm; GSM network;
4、 STC89S52目 录摘要IAbstractI目 录III引言- 1 -第一章 总体方案与论证- 1 -1.1设计方案- 1 -1.2 系统硬件- 2 -第二章 系统硬件模块设计- 2 -2.1串口通信模块设计- 2 -2.2 GSM模块接口设计- 3-2.2.1GSM模块简介- 3-2.2.2 GSM模块接口设计- 4 -2.2.3 指示灯电路.-6 -2.2.4 SIM卡电路- 6 -2.3传感模块设计.- 7 -2.3.1DS18B20- 7 -2.4 烟雾传感器.-9-2.5时钟设计.- 10-2.6 12864显示屏.- 11-2.7 nrf24l01无线模块.- 12 -2.8单
5、片机模块的设计.- 13 -第三章 系统软件设计.- 14 -3.1显示设计.- 16-3.2TC35模块软件设计- 16 -3.3信息采集控制程序设计.-17-第四章 系统测试及分析.-18-4.1 系统测试.-18-4.2.测试数据及分析.-19- 4.2.1温度测试.-19-4.2.2气体测量.-19-4.3不足与展望.-20-第五章 结束语.-21-总结.- 21 -参考文献. . - 22 -附件- 22 -附件一:系统总电路图- 23-附件二:各模块的源程序-24-0 引言本设计是一个基于GSM模块的远程控制系统,GSM就是global system for mobile comm
6、unications 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。厨房是安全隐患最多的地方。在日常生活中,人们经常在厨房中使用液化气、煤气作为燃料,但是这些气体有害且易爆炸,隐患事故多。首先经常会因为操作错误或管道密封不好而出现漏气现象;其次若气体泄漏时不能及时被发现和处理或泄漏气体遇明火发生爆炸。这些事故都会给家庭及邻居带来灾难性危害。控制模块是
7、本设计的核心,通过外围电路和向GSM模块写入相关程序,控制部分要实现能够控制GSM模块短消息的接收和发送、接收频率、功耗大小、工作模式等各项参数的功能。因此必须需要一个微控制器才能达到要求,而单片机开发板不仅满足设计要求,而且是自带A/D转换器、显示器和本设计调试时所需的温度传感器模块,在短时间内和有限的条件下使设计更加轻松和方便。因此本设计采用STC89C52RD+单片机单片机开发板作为系统的控制核心。目前市面上有使用有线电话智能报警的产品。但在我国,家庭电话用户正逐步减少,且电话线路易被破坏,故此类产品有一定局限性。随着电信 GSM 网络覆盖范围的广阔化、无缝化、以及手机的日益普及为基于
8、GSM 网络的智能家居系统提供了巨大的应用空间。本文所介绍的基于 GSM网络的智能监控系统,采用 GSM 模块进行短信收发,以单片机为控制核心,进行信息反馈和远程控制,实现了远程报警、远程遥控等功能。第一章总体方案与论证1.1系统设计方案首先系统进行初始化,单片机从红外控制器读入用户所设定的温度上限值和发送报警短信的目标号码,并通过 LCD显示器显示出来。初始化工作完成后,单片机循环读取MQ-2和温度传感器DSl820数值,当煤气渗漏或温度的上限值超过事先设定的温度时,则控制GSM模块TC35通过GSM网络向用户手机发送报警短信。主机和从机框图如图1.1、图1.2所示。 图1.1 主机框图 图
9、1.2从机框图1.2系统硬件硬件系统主要包括电源模块、串口模块、GSM模块采集控制模块、传感模块(温湿度传感器Ds18b20、MQ2器)、报警器、nrf24L01、12864显示屏及单片机模块。下面对各个模块进行介绍。第二章系统硬件设计2.1 串口通信模块设计该系统实现的串口电路(RS-232电路)主要是MSP430与上位机进行通信,实现单片机系统与上位机进行通信处理。由于单片机与上位机进行通信时接口电平不同,因此需要进行接口转换,这里采用MAX3238E芯片来完成接口电平的转换。具体的RS-232电路图如图2.1所示。 图2.1 RS-232电路图 由图可以看出,通过一个上拉电阻将SHDN管
10、脚拉高,使该芯片一直处于工作状态,如果系统需要处于低功耗状态,也可以通过单片机来控制该管脚。工作时将该管脚设置为低电平,需要处于低功耗时将该管脚设置为高电平这样很容易实现控制。在管脚C1+、C1-、C2+、C2-、V+和V-分别放置0.1uf电容实现充电作用,满足相应的充电电泵的要求,管脚T1OUT、TIN、R1OUT和RIN分别是232转换的输入/输出脚,实现单片机的TTL电平与上位机的接口电平的转换。考虑到减小电源的干扰,还需要在芯片的电源输入管脚加一个104pf的电容来实现滤波,以减小输入端受到的干扰。2.2 GSM模块接口设计2.2.1 GSM模块简介TC35是西门子公司推出的一种完整
11、的无线GSM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。它可以快速、安全可靠地实现系统方案中的数据传输、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真服务。模块的工作电压为3.34.8V。该模块有AT指令集接口,支持文本和PDU模式的短消息第三组的二类传真等。此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话、漫游检测等功能。常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40管脚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50天线连接器,可分别连接SIM卡支
12、架和天线。基带处理器作为TC35的核心,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语音编码。GSM MODEM 的主要功能1.收发短信;2.借助短信实现远程小批量数据传输;3.语音通话(GSM 电话);4.数传模式实现无线实时数据通信;5.无线上网(自动应答型)。2.2.2 GSM模块接口设计TC35模块主要通过串口与单片机进行连接,从而单片机实现对TC35模块的控制。虽然TC35的串口提供了许多控制线,但由于考虑到设计接口的简单性,并且与单片机的UART进行连接,所以采用两线(TXD、RXD)连接。
13、对TC35模块通信的控制可以通过软件来实现,采用软件实现控制具有使用灵活等特点,也很好地避免了过多硬件信号的检测。对于TC35的其它管脚在不使用的时候,如果该管脚为输出时,一般将该管脚悬空;如果该管脚为输入管脚,则需要将该管脚通过10的电阻上拉。另外由于/IGT管脚是控制TC35模块工作的管脚,所以需要将该管脚上拉,并且将该管脚与单片机进行连接,从而可以通过单片机来控制TC35模块的工作状态。在设计时需要考虑TC35模块的电源管脚并连在一起,由于TC35是一个功能完全的模块,因此这里不需要做任何的信号处理和射频处理。另外TC35模块还需要连接SIM卡座,这样才能够实现一个完整独立的GSM终端。
14、以下为TC35模块的接口设计。在进行串口设计时,虽然TC35模块串口管脚的工作电平是CMOS电平,单片机串口管脚的工作电平是TTL电平,但由于单片机的高电平和低电平的逻辑判断电平可以实现屯TC35的管脚进行连接(具体可以参看MSP430F149的数据手册),因此TC35模块的串口线直接与单片机的串口线进行连接。由于TC35模块的串口管脚中的DTR0和RTS0两个管脚是输入管脚,因此分别通过10K的电阻将这两个管脚拉高。/IGT为TC35模块的工作状态控制管脚,该管脚首先通过一个电阻拉高,平时该管脚为高电平,处于不工作状态;另外该管脚还同时与单片机的一般I/O端口进行连接,这样通过单片机来实现对
15、TC35模块的工作状态的控制,当单片机在该管脚送低电平时,则TC35模块工作。TC35模块的SYNC管脚用来指示GSM模块的工作状态,连接一个指示灯来指示工作状态,如图2.3图2.4所示。图2.3TC-35_ZIF管脚接口电路电 源 部 分GSM 射频部分GSM基带处理器天线接口FLASH40芯ZIF插座图2.4TC35I 构成框图2.2.3 指示灯电路TC35 有一个同步信号脚SYNC (32脚 synchronization signal ) ,该脚是一个同步信号输出端,该脚输出的信号,反应了模块的工作情况。本系统在该端通过一个三级管接入 LED 灯,接法如图 2.5 所示。 LED 灯受
16、到该脚信号控制,可以显示 TC35模块运行的状态。1)、 LED 灯熄灭时:表示 TC35 处于关闭、休眠、报警或者充电状态二;2)、 LED灯 600ms 亮 600ms 暗:表示 SIM 卡没有插入,或者正在搜网络,或者正在认证用户,或者正在注册网络;图2.5 三级管接入 LED 灯 3)、 LED 灯 75ms 亮 3S 暗: 表示已经注册上网,处于待机状态二; 4)、 LED灯 75ms 亮 75ms 暗 75ms 亮 3S 暗:表示一个或多个 GPRS 文件被激活二; 5)、 LED 灯闪烁:表示 GPRS 的数据传输,当 GPRS 数据传输时,在交换一个数据包后, LED灯将会在一
17、秒内点亮。闪烁的持续时间约为 0 . 5 秒。2.2.4 SIM卡电路TC35模块的SIM卡座采用的是Molex座,该座有8个管脚,而TC35模块的SIM管脚只有6个管脚,如下图所示。其中编程端我们不用,其它的接口分别对应于 TC35 的 5 个管脚,SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35的同名端直接相连。其接口示意图如图2.6所示: 图2.6 SIM卡接口示意图图2.6 所示的图为SIM座接口电路图,由图可以看出SIM座直接与TC35模块的ZIF连接器对应的SIM卡管脚进行连接,在需要的地方加了电容进行滤波处理。当SIM座的管脚7与TC3
18、5模块的SIMDATA进行连接时,则用来模拟SIM卡插入的情况;当SIM座的管脚7不与TC35模块的SIMDATA进行连接时,则用来模拟SIM卡没有插入的情况。图2.7为sim座接口电路。 图2.7 SIM座接口电路图2.3 传感模块 2.3.1 DS18B20DS18B20是可编程单总线温度传感器。DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。测量温
19、度范围为 -55C+125C,在-10+85C范围内,精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同,新的产品支持3V5.5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜,体积更小。DS18B20的管脚排列如图2.8 所示: 图2.8DS18B20的管脚排列a) 功能特点 单总线技术,与单片机通讯只要一根IO线; 比较系列号可以在一根线上挂接多个DS18B20; 电压供电范围从3V5V,也可以直接从数据线上窃取电源; 测温范围-5501250摄氏度
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