学士学位论文--gsm家庭智能防盗系统设计.doc
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1、河南理工大学GSM家庭智能防盗系统设计摘 要随着超大规模集成电路、通信技术、单片机技术的迅猛发展和人们保护意识的日渐增强,利用单片机及其它外围芯片实现自动报警已成为可能,而且是一种发展趋势。现有市场上的家用报警器都有一些不足之处,在现行产品基础上研制一种新型家用智能防盗报警器,进一步完善报警器的功能,提高可靠性,具有实际意义。因此本论文设计GSM家庭智能防盗报警系统。 采用模块化的设计思想,系统功能划分为三个部分:主模块、移动通信模块、警情采集模块。用户可以根据自己的需要和经济承受能力,购买相应的模块组合成满意的家庭报警器。主模块是系统的核心模块,其它部分作为功能模块。在主模块中预先留有各个功
2、能模块的接口,并且将它们相应的软件驱动程序存入主模块之中,可以实现即插即用。增加万年历的功能,待机状态显示万年历和温度,监视室内温度,对火灾报警。本设计研制了一款新型家庭报警器,在现有的家庭报警器基础上,通过引入无线通信模块,使系统通过无线通信模块向外界报警,这样就克服了报警器因电话线被恶意剪断而失去报警功能的问题。 关键词:报警器;GSM;万年历;DS18B20;DS1302AbstractWith the dramatic development of very large-scale integrated circuit, the telecommunication technology
3、 and micro-control unit and the improvement of peoples awareness of security it is possible to realize alarm automatically by micro-controller and other chips. It also becomes a trend. But the product of alarm for family has some disadvantages. It is necessary to do some research on a new type of pr
4、oduct based on the former product. So in this article an automatic alarm system is presented in this article.The alarm is designed by modular method. The alarm is subdivided into three parts at include the main module, mobile module, collecting information on alarm module. According to different req
5、uirement and expense, the custom can purchase different modules combine the product that is suitable for them. The main module is the key group of the alarm. The others are the function components, which are connected conveniently with the main module. The calendar function is increased in the syste
6、m.The alarm show calendar and temperature, monitoring the indoor temperature on standby mode.A type family alarm is presented in the article. The wireless communication module is introduced in the existing home alarm. This system can alarm by a wireless communication module. This system can also rea
7、lize alarm when phone lines are maliciously cut.Keywords: alarm, GSM, permanent calendar, DS18B20,DS1302III目 录摘 要IAbstractII目 录11绪 论41.1课题来源及研究意义41.2报警器发展历程41.3国内外研究现状简述42总体方案设计62.1 报警器的功能要求62.2 总体设计方案62.2.1基本设计62.2.2设计原则62.2.3总体设计方案72.2.4系统的预期效果82.3 相关知识介绍数字移动通信系统82.4 单片机开发工具92.4.1 单片机的软件开发工具92.4.2
8、 单片机的硬件开发工具113硬件设计133.1 核心控制模块133.1.1 单片机芯片介绍133.1.2 单片机功能特性133.1.3 单片机端口特性143.1.4 I/O分配表153.1.2 最小系统硬件电路设计153.2 热释电传感器163.2.1 热释电红外线传感器简介163.2.2 敏感单元163.2.3 滤光窗173.2.4 菲涅尔透镜183.3 温度传感器193.3.1 温度传感器简介193.3.2 温度传感器的外形和内部结构193.3.3 温度传感器工作原理203.3.4 测温电路图233.4 时钟模块253.4.1 功能与特点253.4.2 结构263.4.3 寄存器263.5
9、 显示模块273.5.1 显示模块引脚功能273.5.2 内部显示地址283.5.3 指令系统293.5.4 时序图293.5.5 液晶显示字符代码表303.5.6 显示模块电路图313.6 按键模块323.7 蜂鸣器模块设计333.7 无线通讯模块333.7.1电源电路343.7.2 数据通信电路343.7.3 语音通信电路353.7.4 SIM卡电路353.7.5 TC35模块管脚功能353.7.6 TC35i功能363.7.7 SIEMENS AT命令集373.7.8 移动通讯模块电路图374软件设计394.1 主程序394.1.1 主程序设计流程394.1.2 主程序关键程序404.2
10、 显示程序404.3 按键扫描程序404.4 无线通讯模块程序设计414.4.1 常见指令及使用方法414.4.2 短消息的编码方式424.4.3 发送短信关键程序46致 谢47参考文献481绪 论1.1课题来源及研究意义随着超大规模集成电路、通信技术、单片机技术的迅猛发展和人们保护意识的日渐增强,利用单片机及其它外围芯片实现自动报警已成为可能,且是一种发展趋势。它不仅有体积小、安装方便、功能较齐全等优点,而且有很高的性价比,因此应用前景广泛。但是现在市场上的家用报警器都有明显的不足之处,在现行产品的基础上研制一种新型的家用防盗报警器,提高可靠性,具有实际意义。这对于保障居民的生命财产安全,提
11、高公安、消防、医疗、保安等部门的快速反应能力,有着重要的价值。1.2报警器发展历程报警器的发展与微电子技术的发展息息相关,大致可分为三个发展阶段,对应着三代产品: 第一代是利用纯分离元件组成的产品,其特点是电路组成复杂,功能单一,可靠性较差,体积较大。第二代是利用集成芯片IC(Integrated Circuit)和分离元件组成的产品,其特点是电路组成较复杂,但是可以实现多种功能,可靠性比第一代产品高。 第三代是以单片机为核心,外加其它集成芯片和分离元件组成的产品,其特点是功能齐全,可靠性高,具备一定的智能化功能,但电路组成较复杂。1.3国内外研究现状简述随着科学技术的迅猛发展,人类已经步入了
12、信息时代,智能化住宅也应运而生,计算机技术、网络技术、控制技术、通信技术等各种技术的发展为智能建筑的发展打下了坚实的基础。另一方面社会上广大的开发商、工程业主等也逐渐加大了智能建筑的投资。住宅智能化现在还没有确切的定义,它一般包括住宅安全自动化,通信自动化,保健自动化和管理自动化。安全技术防范行业是智能住宅安全自动化的一个重要内容,随着近几年国际互联网技术的发展,安防行业得到快速发展。在我国,家庭安全防范报警系统已成为智能小区中实现安全管理的基础,根据我国建设部的规定,主要包括电视监控、防盗报警、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等内容。家庭智能报警便是其中的一项内容,报警器应具有多个探测器接口
13、,可接收红外及微波探4河南理工大学毕业设计(论文)说明书测器、感烟探测器、温度探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号,然后通过通讯网络将报警信息传送到相关通讯设备上,以使灾情得到及时处理,保护人们的生命财产安全。报警设备主要是在两方面发展较快,一方面是探测器技术和探测器的发展,另一方面是远程报警系统的发展。探测器的发展主要表现在出现了被动红外、超声波和微波三种不同的探测技术,各种不同类型的探测器也纷纷涌现。最有前途的是复合式探测器,即在同一个封装盒里安装两种以上不同的探测器,两者组合后误报率将会大大降低。复合式探测器一般有超声波/被动红外复合式探测器、微波/被动红外复合式探测器。远程报警系统的
14、发展主要表现在出现了有线式报警系统、无线式报警系统,报警联防网络等。目前我国有关报警系统方面的产品也愈来愈丰富。按照报警系统的规模可分为小规模、中规模和大规模防盗报警系统:小规模防盗报警系统近年来在市场上较多见,例如无线式系统。它具有安装方便、简单,一次性投资小的特点,但是存在覆盖面积小、误报率高等问题,使用场合受到一定限制。但是此类产品具有体积小、耗电低、成本低、功能单一等优点,对于一些简单的报警场合和个人家庭,具有很大的市场潜力,目前此类产品在市场上非常活跃。中规模防盗报警系统,例如闭路电视监控系统、智能监控系统,无论从功能上,还是从结构上,都介于小规模防盗报警系统和大规模防盗报警系统之间
15、。其报警功能、有关技术指标和系统性能与真正的报警系统相比还较差,与微机系统相比,此类系统缺乏人机界面、图形功能和管理功能,性价比低。目前市场上有不少此类产品,例如美国C&K公司的2300系列,美国ADEMCO公司的4110系列防盗报警系统,国内此类产品如康必特电子技术研究所生产的CPT-302传呼报警系统,中国金辰安全技术公司研制的TW-A防盗驱逐报警系统等。大规模防盗报警系统一般都是指微机监控系统,微机监控系统能充分发挥微机的作用,利用微机软件灵活多变,人机界面友好,管理操作简单、方便,图形丰富等特点而做成的监控软件,可监控数十个甚至上百个控制分机,性能价格比较高。国外在此方面的系统研究得较
16、早,有系列的商品,如美国C&K 公司的“MONITOR”监控软件等。国内在此方面的系统较小,产品没有形成系列化和商业化,只有一些简单的微机软件监控系统。2总体方案设计现行家用报警器的功能虽然己经比较齐全,但是并不完善。一个明显的不足之处是:因为它们是通过电话线实现向外界报警功能,所以当电话线被恶意剪断时则失去向外界报警的功能。因此,本文将提出一种整体设计方案,以求解决原有家用报警器的不足,完善其功能,提高其可靠性。根据产品功能要求和产品的性价比,决定采用单片机技术与移动通信技术进行总体方案设计。2.1 报警器的功能要求根据用户提出的实际要求,本文所研制的报警器的功能要求如下:(1)可实现非法侵
17、入、火灾紧急情况的报警。(2)可通过GSM(Global System for Mobile Communications)全球移动通信系统模块与电话网络联接,报警时能迅速拨打发送短信。(3)发送短信内容为中文,显示报警时间。(4)可预先存储1组号码,且掉电不丢失。(5)待机状态液晶屏显示万年历,时间日期可调。2.2 总体设计方案2.2.1基本设计对于单片机系统来说,要想其能够可靠的工作,具有良好的性能,硬件设计是最为关键的地方之一。硬件就好比系统的骨架,只有硬件具有了高可靠性,才能支撑起软件良好实现系统所要达到的功能。正是由于硬件系统的这种特殊地位,所以在硬件的设计过程中必须有一个可靠的设计
18、原则。2.2.2设计原则1、可靠性高高可靠性是系统应用的前提,是防盗报警产品的生命线。在系统设计的每一个环节,都应该将高可靠性作为首要的设计准则,系统一旦失去了可靠性也就失去了产品的生命力。因此,针对系统在具体使用过程中可能存在的情况根据理论原理对系统的设计方案深刻论证严格把关。2、性价比高本家用防盗器具有体积小、速度快、功耗低等特点,并且集成了丰富的硬件资源,具有很高性价比。在设计硬件时,做到简化设计,减少元器件的使用数量,提高复用度。3、功能完备,操作简便,高度人性化强大、完备的功能将受到更多用户的欢迎,显著增加产品在市场上的竞争力。在设计家用无线防盗报警器的硬件、软件系统时,针对很多同类
19、产品的不足,相应地增加了家用无线防盗报警器的功能。实现功能完备的同时,系统的操作使用上,尽量做到简单、方便,高度的人性化。比如说设防时只需要拨动一个按键就可以;系统状态全面直观,一目了然。4、功能可扩展一个有广泛使用性和强大市场生存力的系统必须在系统设计时考虑以后系统的可扩展性。能够实现不用改变或者改变很少即可用于其它的场合,或者根据要求能够增加系统的处理能力,使系统具有良好的可升级能力。只有具备可扩展性,产品才能够在市场上长时间的存在下去,否则会很快的被市场所淘汰。因为这样的产品属于阶段性产品,只能满足社会某个特定时期的要求。本系统的设计充分考虑到了以后的系统升级需要。 5、模块化设计根据本
20、系统是用于防盗报警的这一特殊应用目的,系统尽量使用模块化设计,实现模块化积木式组合与拆分的功能,便于升级换代,减少二次投资,可以满足报警场合对功能和价格的选择。2.2.3总体设计方案根据系统功能的要求和系统构成的需要来设计报警器,其总体设计方案如图2-1所示。采用单片机作为控制中心,配有移动通信模块、温度采集电路、红外采集电路、声光报警电路、时钟模块电路、显示电路。图2-1报警器总体设计方案框图2.2.4系统的预期效果红外微波探测器安装在用户家里需要防范的部位,例如大厅,卧室等,报警主机放在家里比较隐蔽的区域,当系统设定为布防状态时,一旦有人入侵,报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号
21、,接到警情事件后,自动报警主机立即进行确认,确认无误后,蜂鸣器发出声响报警、驱赶侵入者,同时发送短信提醒主人;当温度达到设定的火警级别时,延时5s报警主机再次确认,温度仍然超限红灯亮,发送火灾短信,三灯同时亮,蜂鸣器响,直到温度降到警戒值。用户端自动报警器的面板上的三个LED灯用来指示系统的工作状态,红色警灯指示系统处于报警状态、黄色灯指示系统处于布放状态、绿色灯来指示布放待机状态、三灯都亮指示系统处于温度报警状态、红灯绿灯亮指示系统检测到温度高于警戒值。2.3 相关知识介绍数字移动通信系统移动通信模块采用的是基于GSM数字移动通信系统的通信模块。通信就是信息交流。随着社会的发展,人们对通信的
22、要求越来越高,希望无论何时何地都能及时可靠地实现与任何人之间的通信。因此,传统的固定通信手段已不能满足人们的需要,移动通信就是在这种要求下发展起来的。移动通信就是指通信的双方,至少有一方是在移动中进行的通信。例如固定点与移动体(车辆、船舶、飞机)之间、移动体之间、活动的人与人之间以及人与移动体之间的通信都属于移动通信的范畴。要使通信的一方或双方在移动中实现通信,就必须采用无线方式。当前所使用的无线频段主要为VHF频段的150MHz和UHP频段的450MHz,800MHz,900MHz。最近已经出现使用1.8GHz频段的GSM数字蜂窝移动电话系统。GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制
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