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1、- 0 -基于 GSM 的智能家居设计1、设计目的通过手机终端接收报警短信，并且可以发送命令短信异地遥控系统实现各种操作。利用各种传感器对可能出现的煤气泄露、火灾、家中门窗被打开并有人闯入等意外情况进行，并通过短信发送特定报警信息于预先设定好的手机号码，通知事主做出相应措施。通过GSM 网络，即使远在千里之外也能对家中发生的各种突发意外情况了如指掌，使生活更安全更智能。 2、设计正文随着生活水平的提高，提别是物质生活水平的不断提高，人们对自己的个人安全和家庭财产安全越来越重视，安全已成为一种市场需求；同时经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给家庭防控增加了新的难题和提出了新的课题，传统
2、的人防物防的形式已难以适应社会形式发展的需求。科学技术的进步和普遍应用，进一步同动了智能化家庭的建设步伐，家庭安全技术防范系统已经从本地向远程监控发展，从社会的周边防范向家庭内部防控逐渐靠拢，家庭防盗报警系统在人们对美好生活的追求中迅速崛起。一个完善的职能家庭，具有便捷、安全、舒适、高档的生活环境，确保每一个家庭住户的声明财产安全，是建设本系统的最大意义和根本目的。GSM 模块将 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。因此，GSM 模块具有发送 SMS 短信，语音通话，GPRS 数据传输等基
3、于 GSM 网络进行通信的所有基本功能。简单来讲，GSM 模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部手机。目前，GSM 模块依然在广泛的工业应用领域使用，在更行各业都能看到 GSM 模块应用的产品。例如，在车载监控领域，使用 GSM 模块将车辆行驶的 GPS 数据传输到车辆管理中心；在电力、水务系统，通过 GSM 模块实现了远程智能抄表，可以实时监控用户的用电和用水量；在测绘行业，为很多偏僻的测绘点安装了 GSM 模块实现了实时的监控，不必再人工收集数据；在家庭，可以安装无线报警系统，一旦发生火情或盗窃行为，可以立即通知户主和报警；在国外，很多老人小孩带了个人跟踪器，防止老人和小孩走失或意外发生，里
4、面也是集成了 GSM 模块。可以说，随着 GSM 的网络建设的完善，GSM 模块的应用范围也越来越广。通过手机终端接收报警短信，并且可以发送命令短信异地遥控系统实现各种操作。利用各种传感器对可能出现的煤气泄露、火灾、家中门窗被打开并有人闯入等意外情况进行，并通过短信发送特定报警信息于预先设定好的手机号码，通知事主做出相应措施。通过GSM 网络，即使远在千里之外也能对家中发生的各种突发意外情况了如指掌，使生活更安全更智能。 - 1 -2.1 基于 GSM 的安全系统简介GSM 安全系统是基于移动通信网络的监控报警技术，彻底解决了普通防盗器、监控器无法解决的远程报警和易于破解的难题。利用通信加密技
5、术，让用户的家居安全无忧，是继单向防盗器、双向防盗器后的新一代防盗产品。GSM 智能防盗器，是利用最新材料技术、最新信息技术、最新人工智能设计让防盗器具备智慧灵魂，使人与财产的安全保障突破时空限制。在性能上必须要在各种情况条件下的高可靠性，在功能上必须既要让用户有不可破解的最高安全等级，又要让用户操作方便，甚至系统为用户自动服务。2.2 系统设计原理该设计为基于 GSM 的家庭防盗系统，主要由单片机控制模块、液晶键盘模块、GSM 模块、存储器模块和传感器模块组成，它能实现智能密码锁、煤气泄漏报警、入屋盗窃报警和修改系统密码等功能。系统主要采用 STC89C52 单片机作为主控制器， P1 引脚
6、通过分时扫描方式控制键盘，从而实现输入功能。P2 引脚控制 LCD1602 液晶，可以更直观灵活地向用户反映系统信息。同时，传感器检测到报警信息时，向单片机发出中断信号，中断引脚INT0 和 INT1 通过单片机内部的中断功能实现系统报警功能。利用串口向 GSM 模块发送 AT指令，可向用户发送报警信息。系统框图如图 1 所示。图 1 系统框图2.2.1 单片机控制模块单片机控制模块主要采用 STC89C52 单片机作为主控制芯片。STC89C52 作为普通 51 单片机已广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大。 STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，
7、具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52 具有以下标准功能：8K 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作
8、，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续传感器模块报警模块存储器模块 液晶键盘模块GSM 模块单片机控制模块- 2 -工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其引脚图如图 2 所示。图2 STC89C52 引脚图2.2.2 传感器模块传感器模块模块主要由红外传感式集发射接收于一体的 ITR9909。这是一种光电开关。光电开关是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根
9、据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。2.2.3 GSM 模块GSM 模块主要采用 SIEMENS 公司的 TC35 模块，通过串口接入电路与单片机控制模块相连，主要负责实现远距离报警的功能。采用 GSM 的短信功能，可以使某些控制达到“零距离”。由于短信息的费用低廉，可以取代传统的无线遥控。因此本系统采用单片机控制 GSM 模块发送 GSM 短信，实现远距离报警的功能。TC35 模块是 SIEMENS 公司为嵌入式设备设计的 GSM 双频通讯核心模块，如图 6 所示。TC35T 内含 TC35/SIM 卡座/电源/天线/RS232 接口，是可独立使用的通讯终端。TC35 支持标准的
10、AT 命令集，通过 AT 指令可实现发送短信功能。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。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- 3 -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。设置以下 AT 指令，GSM 模块可以发送短消息：AT+CMGF=1 回车(采用文本格式发送
11、，如用 PDU 格式，则 AT+CMGF=0)AT+CMGS=“+8613xxxxxxxxx”回车输入短消息。Crtl+Z 结束并发送。2.2.4 存储器模块为了实现对密码的存储，防止不法分子切断电源造成密码丢失，本系统采用了AT24C02 存储器对密码进行存储。AT24C02 是一个 2K 位串行 CMOS E2PROM，内部含有 256 个 8 位字节。内部有一个 16 字节页写缓冲器，该器件通过 I2C 总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。AT24C02 支持 I2C 总线数据传送协议。I2C 总线协议规定，任何将数据传送到总线的器件为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据
12、传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式。 AT24C02 通过 8 个引脚实现数据的存储功能，其引脚图如下图 3 所示。图 3 AT24C02 引脚图2.2.5 液晶键盘模块液晶键盘模块主要由 4*4 矩阵键盘和 LCD1602 液晶显示器组成。4*4 矩阵键盘主要提供用户操作输入功能，是实现人机通信的主要控制部分；LCD1602 液晶显示器主要负责显示系统信息，协助用户操作系统。下面分别简单介绍矩阵键盘和 LCD1602 液晶显示器的性能和工作原理。 LCD1602 液晶显示器LCD1602 是
13、一种字符型液晶显示模块，是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式的 LCD。该液晶显示器使用方便，功耗小，因此本系统采用 LCD1602 作为系统的显示部分。LCD1602 包括 4 种工作状态，通过 MCU 设置 RS、RW 和 E 值，可使液晶工作在不同的状态。读状态：输入：RS0，RW1，E1- 4 -输出：D0D7状态字写指令：输入：RS0，RW0，D0D7=指令码，E高脉冲输出：无读数据：输入：RS1，RW1，E1输出：D0D7=数据写数据：输入：RS0，RW1，E1输出：无 4*4 矩阵键盘在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个
14、端口（如 P1 口）就可以构成 4*4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，从而节省 I/O 资源，因此在本设计中采用 4*4 矩阵键盘。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V 上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高 4 位是行号，低4 位是列号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。2.3 系统程序的设计该系统的软件设计采用 C 语言实现。分主程序与子程序
15、，子程序中又主要包括传感器采集信息程序、单片机最系统控制程序、液晶显示程序、报警程序、GSM 短消息程序等几个子程序模块。2.3.1 主程序流程图单片机与 GSM 模块的通信程序按欧洲 GSM 的 AT 命令协议要求编写程序，其程序流程如图 4 所示。2.3.2 中断子程序流程图温度传感器子程序 DS18B20 的操作中，延时分两种：短时间延时和较长时间延时。片机系统所用的晶振频率为 12 MHz，根据 DS18B20 的初始化时序、写时序和读时序，分别编写 3 个子程序：INIT 为初始化子程序，WRITE 为写（命令或数据）子程序，READ 为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。
16、液晶显示子程序根据系统需要设计相应的 1602 显示程序，在 Proteus 中可以先仿真成功后在烧制到单片- 5 -机 AT89S52 中。汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占 32B，分左右两半，各占 16B，送上要显示的汉字根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，直到 32B 显示完就可以 LCD 上得到一个完整汉字。 开始AT89S52 初始化SIM 卡在否TC35i 初始化是否收到短信命令 处理短信并删除等待 TC35i启动完毕传感器采样采样值正常与否调用液晶显示子程序判断故障类型调用蜂鸣器报警子程序调用短信报警子程序YYYNNN- 6 -图 4 主程序流程图2.4 软件设计该系统主要实现的功能是：输入密码，密码正确则进入系统。当输入密码错误次数小于3 次时，可以重新输入。当错误次数达到 3 次，系统便进入自锁状态并通过 GSM 发送短信通
