基于gsm智能家居安全系统

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1、毕毕 业业 设设 计计 基于基于 GSMGSM 的智能安全家居设计的智能安全家居设计 曾康玲曾康玲 200730580132200730580132 指导教师 罗霞老师罗霞老师 学院名称 工程学院 专业名称 电子信息工程 论文提交日期 2011 年 5 月 论文答辩日期 年 月 答辩委员会主席 _ 评 阅 人 _ 摘 要 随着智能化家居概念的不断推广及电子信息产业快速向生活领域渗透，实现家居信 息化、网络化、智能化已成为家居系统发展的新趋势。传统的机械式（防盗网、防盗窗） 安防系统在实际使用中暴露了很多隐患，例如：为其它没有安防盗窗的相近楼层形成被 盗隐患、发生火灾时不易逃生等。家庭智能防盗报

2、警系统已从原来的简单化、局部化向 智能化、集成化发展，可对家居的安全环境进行实时监控，如防火、防盗等，一旦有安 全事故发生，就会发出相应的报警信息，使得户主及时对所发生的事故进行紧急处理。 本文设计了用STC89C52单片机实现的基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统。 此系统由单片机控制模块、液晶键盘模块、GSM模块、存储器模块和传感器模块组成， 可解决传统安防系统存在的隐患，让家庭防盗更及时、使用更方便。它不再依赖有线电 话执行报警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的英文短消息形式， 直接把报警情况反映到用户的手机屏幕上。它采用主动式红外传感器进行检测，变有形 的传统防盗

3、网防盗窗为无形。该系统采用现有电话网络，结合射频无线通信技术和单片 机网络控制技术，具有自动化程度高、适用性强、电路设计可靠等优点，一般家庭都能 接受。 关键词：防盗 STC89C52 GSM 传感器 目 录 1 前言 .1 1.1 基于 GSM 安全系统简介 .1 1.2 基于 GSM 安全系统现状与发展趋势 .1 2 系统设计原理 .2 2.1 单片机控制模块 .2 2.2 传感器模块 .3 2.2.1 光电开关特点 .3 2.3 GSM 模块 .4 2.4 存储器模块 .5 2.5 液晶键盘模块 .6 2.5.1 LCD1602 液晶显示器 .6 2.5.2 4*4 矩阵键盘 .6 3

4、硬件设计 .7 3.1 系统硬件电路设计 .7 3.2 单片机控制模块电路设计 .8 3.3 传感器模块电路设计 .8 3.4 报警模块电路设计 .9 3.5 GSM 模块接口电路设计 .9 3.6 存储器模块电路设计 10 3.7 液晶模块电路设计 10 3.8 PCB 板设计 11 4 软件设计 12 4.1 传感器模块软件设计 13 4.2 GSM 模块软件设计 15 4.3 存储器模块软件设计 16 4.4 液晶键盘模块软件设计 17 4.5 密码锁软件设计 18 5 调试与结果 19 5.1 密码锁调试 19 5.2 开门功能调试 20 5.3 修改密码功能调试 20 5.4 报警功

5、能调试 21 5.5 调试存在问题 22 6 总结 23 致谢 参考文献 Abstract 附录 毕业设计成绩评定表 1 前言 1.1 基于 GSM 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

6、 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

7、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。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 系统设计原理 该设计为基于 GSM

8、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 2.1 单

9、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，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

10、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，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

11、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 器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 2.2.1 光电开关特点 光电开关具有以下特点： 对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便 对 ES 外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正常工 作。并可随时接受计算机或 可编程控制器 的中断或检测指令，外诊断与自诊断 的适当组合可使光电开关智能化 响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到0.1ms，每分钟可进行 30 万次检 测操作，能检出高速移动的微小物体 采用专用集成电路和先

12、进的 SMT 表面安装工艺，具有很高的可靠性 体积小（最小仅 203112mm） 、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能 ITR9909 的测量电路如图 3 所示。 图 3 ITR9909 测试电路图 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

13、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 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

14、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。 图 4 GSM 模块 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

15、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 5 所示。 图 5 AT24C02 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

16、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。 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，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 P