智能家居报警系统设计_物联网实训设计报告(30页).doc
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1、-智能家居报警系统设计_物联网实训设计报告-第 29 页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1.1 基于GSM安全系统简介GSM安全系统是基
2、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
3、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。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
4、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
5、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
6、。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
7、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
8、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。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Flas
9、h,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
10、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
11、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,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
12、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,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。AT24C02
13、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统信息,协助用户操作系统。下面分别简单介绍矩阵键盘和L
14、CD1602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
15、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3.1 系统硬件电路设计系统硬件电路主要由单片机控制模块
16、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包括晶振电路、复位电路、P0口的上拉电阻等组成,电路如图7所示。接口P3为单片机P0引脚的上拉电阻,接口P2为矩阵键盘的接入口。在晶振电路中,晶振频率选为11.0592MHz,原因是使初值为整数,从而产生精确的波特率,如图5 图5 单片机控制模块电路图3.3 传感器模块电路设计在本设计中,为了提高传感器的精确度和方便性,传感器都通过引线连接到相应的接口上,而非直接焊接到电路板上。由于传感器的信号为弱电平信号,容易造成单片机
17、的误操作。为保证系统具有较高的灵敏度,故加入由LM324组成的放大电路,电路如图8所示。接口P6为烟雾传感器的接口;接口P7为人体感应传感器的接口。通过分别调整可变电阻R2和R7,可以改变烟雾传感器和人体感应传感器信号的放大倍数。由于单片机的中断方式为低电平中断,所以经放大器放大后的信号要先接入反相器,才能再连接到单片机的中断引脚上如图6。图6 传感器模块电路图3.4 报警模块电路设计由于单片机STC89C52提供的工作电流只有20mA,而蜂鸣器正常工作电流一般比较大,片机的I/O口是无法直接驱动的,因此需要一个外部的驱动电路,提供正常工作所需要的电流。报警模块电路图如图7所示,在该电路中,s
18、peaker连接在单片机引脚上,接口P4为蜂鸣器,晶体管工作在饱和状态,相当于一个开关。图7 报警模块电路图3.5 GSM模块接口电路设计GSM模块的工作主要由单片机通过串口将AT指令发送到GSM模块。串口电路主要由芯片MAX232进行电平转换,实现串口电压与单片机电压的转换,确保双方可以相互通信,电路如图8所示。单片机的TXD引脚接到MAX232的T2IN引脚,单片机的RXD引脚接到MAX232的T2OUT引脚。图8GSM模块接口电路图3.6 存储器模块电路设计存储器模块电路主要由芯片AT24C02构成,存储器模块电路图如图9所示。在本设计中,只有一个AT24C02被总线寻址这三个地址,故输
19、入脚A0 A1 A2 可悬空或连接到Vss。串行时钟SCL和串行数据/地址引脚SDA分别接到单片机引脚P3.6和P3.7上,通过单片机编程控制存储器的读写。图9存储器模块电路图3.7 液晶模块电路设计液晶模块电路如图10所示。可调电阻R1调节液晶偏压,RS、RW和EN分别接到单片机的P0.5、P0.6、P0.7引脚,通过单片机按相应时序编程控制液晶显示。Data0Data7为液晶数据位,接到单片机P2引脚。图10 液晶模块电路图3.8 PCB板设计在本设计中,硬件部分采用PCB板制作。首先,利用Protel DXP软件绘制电路图并生成PCB板,利用人工布局,对PCB图进行布线。如果使用自动布线
20、,很容易出现飞线或者布线错误。所以在布线时,应该先使用自动布线,然后再手动布线,对部分线路进行修改。在布线过程中,调整元器件的位置和方向,可以改善电路板布线,减少飞线。生成的PCB图如图11所示。图11 PCB板图焊接时,需要特别注意避免造成短路。相距很近的引线要用万用表测量是否存在通路,若通过可能会造成短路等严重的后果。电器元件焊接中应避免烫坏元件.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发送短信通知用户。成功进入系统后可以选择不同的功能:开门、修改系统密码和开启报警系统。
21、选择开门功能。则开门的指示灯会亮。选择修改系统密码功能,则按照系统指引输入旧密码、新密码和重复新密码。若输入的密码都正确,则修改密码成功。若输入的密码错误,则需要重新输入,当错误次数达到3次时,系统也会进入自锁状态和通过GSM发送短信通知用户。选择开启报警功能,烟雾传感器和红外热释能传感器便开始工作,一旦检测到信号,报警音响并通过GSM发送短信通知用户。若需要关闭报警功能,只要按关闭报警的按键,并正确输入密码后,报警功能就会关闭。主程序流程图如图17所示。4.1 传感器模块软件设计在本系统中,LCD1602液晶显示是通过调用void display(uchar pos,uchar *q)函数实
22、现的,其流程图如图12所示。在void display(uchar pos,uchar *q)函数中,pos是写入的位置,q指向要写入的数据所在的数组。该函数主要调用lcd_wcmd(),lcd_pos()两个函数,先写显示地址,后写显示数据。单片机P2口接LCD1602的数据引脚,P05、P06、P07分别接LCD1602的RS、RW、EP引脚,通过单片机控制液晶显示图12 流程图在本系统中,键盘的软件实现通过分时扫描、键盘编码的形式来实现,其流程图如图13所示。P1口低4位作为键盘的行,高4位作为键盘的列。P1口低4位先循环输出0,单片机扫描P1口高4位。如果有键按下,P1口高4位不会全为
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