物联网智能家居报警系统设计

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1、物联网智能家居报警系统设计物联网智能家居报警系统设计 前言 以智能中控主机为核心，采用国际领先的室内无线组网技术，实现门禁、空调、地 暖、灯光、热水器、家庭影院、窗帘、各类报警器等家庭电子设备与控制主机之间的通 讯组网，用户可以通过手机、座机、遥控面板以及互联网通信终端等方式，一键搞定所 有家电设备，随时了解家中的实时信息，远程完成对家里各项设备的控制。只要手指轻 轻一触，家里所有电器都可以通过用手机平板电脑或者遥控面板一键操控，轻松对家居 中的灯光、电视、空调、窗帘、摄像头等进行实时查看与控制，让你提前享受未来生活， 一切变化尽在你的指尖！ 1.总体设计方案1.总体设计方案 1.1 基于 G

2、SM 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。 GSM 网络智能防盗器符合全能的防盗技术特点： 及时通知：全球范围 最高安全：杜绝解码 操作方便：手动

3、自动 实用功能：防盗防火 GSM 防盗被喻为继第一代机械锁， 第二代电子式防盗锁， 第三代芯片式数码防盗器， 第四代 GPS 防盗之后的第五代防盗器。本系统充分运用 GSM 移动通讯网络，结合数字通 讯技术，实现对家居进行状态监控、调度、防盗报警、防火报警等功能。GSM 网络防盗 主要是突破了无距离的限制。无服务费、无月租、房屋遇到入侵，5 秒钟通知到户主， 户主可以第一时间制止盗窃行为的发生，防止火灾蔓延。 1.2 基于 GSM 安全系统现状与发展趋势 城市规模迅速扩大，外来人口大量涌入，使本来就复杂的城市管理更加复杂。家庭 被盗，住户被抢，常有发生。对此，公安部门虽作了大量投入，仍不尽人意

4、。其原因大 体是： （1）有的家庭被盗，损失数目极少，公安部门没有用常规的方法立案侦察。 （2）有的住户虽然损失严重，但法律意识浅薄，不能将当时的情况和线索作一个 明确的表述，自然增加了破案难度。 （3）作案人诡计多端，狡猾、飘忽不定，没有固定的着落和去处。 （4）公安部门时时有很多大案要案要办，使破案周期变长，破案率下降。 综上所述，GSM 家庭防盗系统是一个尖端科技的安防产品，性能可靠操作简单，具 有深远的发展意义。 2.设计正文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

5、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

6、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

7、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。 2.1 基于 GSM 的安全系统简介 GSM 安全系

8、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，系统设计如图 1 图 1 系统设计图 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。 STC89

9、C52 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，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、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

10、 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，允许 RAM、定时器/计数器、串口、 中断继续工作。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 传感器模块 传感器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（光电传感器） 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

11、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，接收器再根据接 收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 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， T

12、C35T 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 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

13、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，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。 2.4 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。 AT24C0

14、2 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 3AT24C02 引脚图 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

15、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。 2.5.1 LCD1602 液晶显示器 LCD1602 是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 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，

16、E1 输出：D0D7=数据 写数据： 输入：RS0，RW1，E1 输出：无 2.5.2 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，一个端口（如 P1 口）就可以构成 4*4=16 个按键，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。 3.硬件设计3.硬件设计 3.1 系统硬件电路设计 系统硬件电路主要由单片机控制模块电路、报警模块电路、GSM 模块电路、存储器 模块电路、液晶键盘模块电路和传感器模块电路组成。系统硬件电路如图 4 所示。 图 4 系统电路图 3.2 单片机控制模块电路设计 单片机电路主要