畢業設計_基于gsm模塊的單片機紅外防盜報警系統(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 BIS0001 芯片管腳如下圖所示 : BIS0001 是由運算放大器、電壓比較器、狀態控制器、延 遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。 它通過放大器將傳感器信號進行放大，通過比較器等使信號能夠穩定的輸出到單片機中。 2） 信號處理電路 熱釋電傳感器信號處理電路 東華理工大學長江學院畢業論文 方案設計 9 熱釋電傳感器 S 極輸出信號送入 BIS0001 的 14 腳，經內部第一級運算放大器放大后，由 C3 耦合從 12 腳輸入至內部第二級運算放大器放大，再經電壓比較器構成的鑒幅器處理后，檢出有效觸發信號去啟動延遲時間定時器，最后從 12 腳輸出信號（ V0）送入單片機中斷 0 端口以實現系統的控制。 BIS0001 的 1 腳接高電平，使芯片處于可重復觸發工 作方式。輸出 V0（高電平）的延遲時間 Tx 由外部 R8 和 C7 的大小調整；觸發封鎖時間 Ti 由外部 R9 和 C6 的大小調整。 Ｒ９和Ｃ６ 組成ＲＣ電路，將在３．３節中詳細介紹。 在信號處理電路中經常用到放大電路，它可以將微弱信號通過晶體管效應放大從而方便對輸入的信號進行各種處理，本文將在３．３節中詳細介紹。 時鐘電路的設計 時鐘電路是為單片機提供機器振蕩周期的電路，是單片機的重要組成部分。其中振蕩源對于 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 因為一個機器周期含有６個狀態周期，而每個狀態周期為２個振蕩周期，所以機器周期共有１ ２個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為１２ＭＨＺ，一個振蕩周期為１／１２ｕｓ，故 本單片機系統的 一個機器周期為１ｕｓ， 時鐘電路 如圖所示： 復位電路的設計 復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后，在Ｒ ＥＳＥＴ端持續給出２個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。 使用晶振頻率為１２ＭＨＺ時，則復位信號持續時間應不小于２ｕｓ。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路。如圖： 因為電容具有通交流阻直流的特性，因此當開關沒有按下時 +5V 的直流電壓無法加到單片機的 RST 端口上，因此系統并不執行復位功能；而當開關持續按下時，電源電壓直接加到復位端口，在 2 個機器周期即 2us 后系統自動復位，松開開關，系統東華理工大學長江學院畢業論文 方案設計 10 初始化后正常運行。 電路中Ｃ１和Ｒ２組成ＲＣ延時電路，將在３．３中詳細介紹。 報警電路設計 如圖所示，報警電路由一個ｓｐｅａｋｅｒ 蜂鳴器 接到單片機的 P1。 0 接口 ，而LED 報警燈接單片機 P1。 1 接口，當紅外傳感器探測到有人入侵時會自動通過中斷程序使蜂鳴器發出報警聲音，同時 LED 發出紅光警示入侵者。 本設計僅為模擬聲光報警系統，在實際應用中還需注意當報警器與單片機 相隔很遠時，電路中會產生很大噪聲等其他不穩定因素，極有可能產生蜂鳴器的工作不正常，因此應根據實際情況，適當對電路進行修改，保證系統的穩定性、可靠性達到最佳。 東華理工大學長江學院畢業論文 方案設計 11 串口模塊設計 （ 1） TC35 簡介 TC35 是 Siemeils 公司推出的新 一 代無線通信 GSM 模塊。自帶 RS232 通訊接口 ,可以方便地與 PC 機、單片機連機通訊。可以快速、安全、可靠地實現系統方案中的數據、語音傳輸、短消息服務 (Short Message Service)和傳真。 TC35 模塊的工作電壓為 —,可以工作在 900MHz 和 1800MHz 兩個頻段 ,所在頻段功耗分別為2w(900M)和 1w(1800M)。 （ 2）硬件設計及軟件設計 本設計采用型號為 TC35 的 GSM 模塊，該模塊自帶 RS232 端口，若想與單片機連接， 只需設計一個 TTL 轉 RS232 電平電路 ,連接到 AT89C51 的 UART 口 ,另一端直接連接到 TC35 即可。 如圖所示，串口模塊由一個ＭＡＸ２３２芯片和一個 COMPIM 串口端組成，COMPIM 端口負責與 GSM 連接， MAX232 負責與單片機連接 。 軟件設計上，主要通過單片機串行通信端口向 TC35GSM 模塊傳輸信息，令 TC35工作。 單片機與 TC35i 的軟件接口其實就是單片機通過 AT 指令控制手機的控制技術，首先設置 TC35i 模塊的工作模式： AT+CMGF=n， n=0 為 PDU 模式； n=1 為文本模式；通常設置為 PDU 模式，在這種模式下，能傳送或接受透明數據（用戶自定義數據）。AT+CMGR=n 為讀 TC35i 模塊短消息數據， n 為短消息號。 AT+CMGL=n 為列出 TC35i模塊內的短消息， n=0 是未讀的短消息， n=1 位已讀的短消息， n=2 位未發送的短消息， n=3 為已發送的短消息 n=4 為所有短消息。 AT+CMGD=n 為刪除 TC35i 模 塊的短消息， n 為短消息編號。 東華理工大學長江學院畢業論文 方案設計 12 TC35 中 與 SMS 相關的若干 GSM AT 指令 基于 TC35 的 短信的發送方法分成兩步： 1）發送接收的手機號碼 ,等待應答 ： AT+CMGS=13307496548回車 (目的地址 ) 對方 TC35 回應： AT+CMGS=13307496548 ２） 輸入短 信息的內容 (只能是英文 )： Test 回車 系統硬件電路 元件 的選擇及說明 硬件電路的設計見附圖示，從以上分析可知在本設計中要用到如下器件 ：AT89C5熱釋電紅外傳感器 模塊 、 LED、 電容電阻 、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路，以及單片機手工復位電路等 。 本設計主要目的在于探索基于 GSM 無線網絡報警的紅外防盜報警系統，因此重點在于對 GSM 模塊的應用的探索，其他模塊則采用已經過實踐檢驗的標準化模塊，所需元件均能在市場上找到且價格合理，根據各模塊的參數值可以輕易得到所需元件的型號，易于替換；這樣不僅有利于節省 本設計的開發成本，同時對于以后產品有更好的 維護性 和替換性 。 本系統中最常見的電路由最基本的ＲＣ電路和晶體管放大電路組成，其原理如下： 東華理工大學長江學院畢業論文 方案設計 13 （ 1） RC 電路 在模擬及脈沖數字電路中，常常用到由電阻 R 和電容 C 組成的 RC 電路，在這些電路中，電阻 R 和電容 C 的取值不同、輸入和輸出關系以及處理的波形之間的關系，產生了 RC 電路的不同應用。 RC 電路主要應用為微分電路、積分電路、耦合電路、脈沖分壓器以及濾波電路。在電路中起著重要作用。在本設計中主要用到了 RC電路的濾波作用。 在模擬電路，由 RC 組成的無源濾波電路中，根據電容的接法及 大小主要可分為低通濾波電路和高通濾波電路 ，如下所示： 低通濾波電路 高通濾波 1)低通濾波電路中，他跟積分電路有些相似（電容 C 都是并在輸出端），但他們是應用在不同的電路功能上，積分電路主要是利用電容 C 充電時的積分作用，在輸入方波情形下，來產生周期性的鋸齒波（三角波），因此電容 C 及電阻 R 是根據方波的 tW 來選取，而低通濾波電路，是將較高頻率的信號旁路掉（因 XC=1/（ 2πfC），f 較大時， XC 較小，相當于短路），因而電容 C 的值是參照低頻點的數值來確定，對于電源的濾波電路，理論上 C 值愈大愈好。 2)高通濾波電路與微分電路或耦合電路形式相同。在脈沖數字電路中，因 RC 與脈 寬 tW 的關系不同而區分為微分電路和耦合電路；在模擬電路，選擇恰當的電容 C值，就可以有選擇性地讓較高頻的信號通過，而阻斷直流及低頻信號，如高音喇叭串接的電容，就是阻止中低音進入高音喇叭，以免燒壞。另一方面，在多級交流放大電東華理工大學長江學院畢業論文 方案設計 14 路中，他也是一種耦合電路。 (2)晶體管放大電路 紅外傳感器所發出信號均為低頻小信號，因此需要放大電路對其進行放大處理方可輸入到單片機中。 本設計采用低頻小信號放大器，對電壓進行放大， 主要要求是使負載得到不失真的電壓信號， 主要指標是：電壓增益、輸入輸出阻抗 。本設計采用的是晶體三極管（ BJT）放大器， 根據輸入和輸出回路的共同端的不同接法，可以組成三種連接方式： a． 共基極 b． 共射極 c． 共集極 綜述三種接法的主要特點和應用，可以大致歸納如下： 1)共射電路同時具有較大的電壓放大倍數和電流放大倍數，輸入電阻和輸出電阻東華理工大學長江學院畢業論文 方案設計 15 值比較適中，所以，一般只要對輸入電阻、輸出電阻和頻率響應沒有特殊要求的地方，均常采用。因此，共射電路被廣泛地用作低頻電壓放大電路的輸入級、中間 級和輸出級。 2)共集電路的特點是電壓跟隨，這就是電壓放大倍數接近于 1 而小于 1，而且輸入電阻很高、輸出電阻很低，由于具有這些特點，常被用作多級放大電路的輸入級、輸出級或作為隔離用的中間級。 首先，可以利用它作為測量放大器的輸入級，以減小對被測電路的影響，提高測量的精度。 其次，如果放大電路輸出端是一個變化的負載，那么為了在負載變化時保證放大電路的輸出電壓比較穩定，要求放大電路具有很低的輸出電阻。此時，可以用射極輸出器作為放大電路的輸出級。 3)共基電路的突出特點在于它具有很低的輸入電阻，使晶體管結電容的影響 不顯著，因而頻率響應得到很大改善，所以這種接法常常用于寬帶放大器中。另外，由于輸出電阻高，共基電路還可以作為恒流源。 軟件的程序實現 本系統的軟件 程序主要功能是循環檢測中斷端口有無信號，因為紅外控制信號由中斷 0 端口輸入。當有外人入侵時系統產生中斷，自動進入中斷程序，即進入防盜報警程序 。此時單片機會由串行通信端口（ UART）向 TC35 發出指令，通過 TC35GSM模塊將報警信息傳送指定手機上或者傳送其他 GSM 模塊后匯入 PC 控制終端以便統一控制；同時單片機還會控制報警電路進行報警，通知附近工作人員盡快趕到現 場進行處理。 主程序工作流程 按上述工作原理和硬件結構分析可知 ， 主要功能是對系統進行初始化并對系統進行檢測有無中斷信號產生 。程序流程圖 如下所示： 東華理工大學長江學院畢業論文 方案設計 16 由流程圖可以看出，系統電源打開后進入初始化階段， 初始化主要由程序中初始化函數模塊來完成；程序初始化后將循環檢測各端口的變化，當沒有中斷產生時系統維持原狀，當有中斷產生時將進入中斷服務程序模塊 。 初始化函數模塊功能是 將單片機 P1 端口全部置 0，可使紅色燈亮，提示工作正常，同時也使得蜂鳴器 進入工作狀態但 不產生報警。在初始化階段系統還要 設置中斷模式——令 TMOD 寄存器（工作方式寄存器）為 0x10，該模式允許定時器 1 和外部中斷0 程序同時啟用；同時關閉 中斷端口，即將寄存器 EA（ 中斷允許控制位，置 0 表示關中斷 ）、 EX0（ 外部中斷 0 請求標志位 ，置 0 表示關閉請求 ）、 TR1（定時器 1 運行控制位，置 0 表示關閉）全部置 0。 中斷服務程序工作流程 由于本設計是針對倉庫的防盜報警系統設計，因此有別于家庭的防盜報警系統，當檢測有外人入侵時，管理人員必須到現場進行確認后手動復位電路，否則 無法徹底達到防盜效果 。本主程序實現的功能是當單片機檢測到外部檢測模塊送來的脈沖信號后， 表示有人闖入監控區，從而經過單片機內部程序處理，啟動中斷服務程序，進行聲光報警和 GSM 報警。 其中斷工作流程如下圖所示： 中 斷 源 發 出 中 斷 申 請關 中 斷 、 保 護 現 場啟 動 報 警 模 塊 、 G S M 模 塊恢 復 現 場 、 開 中 斷中 斷 返 回 中斷報警程序主要靠兩個函數模塊來完成，報警函數模塊負責進行聲光報警，而GSM 模塊負責 GSM 無線網絡報警 ，當警報結束后對現場進行恢復。 東華理工大學長江學院畢業論文 系統仿真及測試 17 4 系統仿真及測試 本設計是對基于 GSM 模塊的防盜報警系統的網絡化的探索，所以應盡可能的對系統進行模擬以測試是否符合預期效果。 仿真條件及預期效果 本設計 利用 Proteus 仿真， 并 將所編寫的 程序用 Keil 軟件編譯， 同時將電路圖及程序結合模擬， 仿真原理圖 和