家居智能报警系统的设计讲课稿.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。家居智能报警系统的设计-电子与信息工程学院本科毕业论文论文题目家居智能报警系统的设计学生姓名王培学号103521022专业电气工程及其自动化班级103521指导教师王晓芬2014年4月-摘要随着社会的发展,生活水平的提高,人们越来越重视生命财产的安全,但现在各社区发生偷盗、火灾、燃气泄漏等事故依然很多,这就使得更多的家庭愿意选用一种简捷安全的智能报警系统。本设计以单片机STC89C52为核心,并由GSM无线通信模块、传感器数据信息采集模块、和报警模块组成。首先通过传感器模块中的传感器采集相关信号,经A/
2、D转换模块转换成数字信号后,通过单片机的处理,将该信号传递到报警模块和GSM模块,报警模块接收到信号后,发出相应报警信号,GSM模块接收到信号后,借助GSM移动网络,以中文短信形式,把报警信号发送到用户手机上。本设计系统能有效的保证居民的生命和财产安全,大大的提高居民自身的安全感,为人们创造出一个安全舒适的生活环境。关键词:GSM;传感器;单片机;智能报警ABSTRACTWiththedevelopmentofsocietyandthelivingstandardsimproved,moreandmoreattentionispaidtothesafetyofpeopleslivesandpr
3、operty,butnowtherearestillalotofaccident,theft,fireorgasleaks,occurredinourcommunity,whichmakesmorefamilieswouldliketochooseasimpleandsafeintelligentalarmsystem.ThisdesignincludesaSTC89C52microcontrollerasitscontrolmodule,aGSMwirelesscommunicationmodule,asignalsamplingsensormodule,andanalarmmodules.
4、Afterthesignalsamplingsensorcarryingouttheacquisitionofcorrespondingdata,itwillbeconvertedintoaprogressingdigitalsignal,thenthealarmmodulegiveanalarmsignal,whichpassesthroughGSMSMSmodule,withtheGSMmobilenetwork,theconditionofalarmlocationdirectlydisplayonyourphonescreenbyaChineseshortmessage.Thedesi
5、gnofthesystemcaneffectivelyguaranteethesafetyoflivesandpropertyofresidents,greatlyimprovetheirsenseofsecurityandcreateasafeandcomfortablelivingenvironmentforthem.KEYWORDS:GSM;Sensor;MCU;IntelligentAlarm目录1绪论11.1选题背景11.2设计意义11.3目前国内外研究现状11.4课题的研究内容22系统总体设计方案32.1设计原理32.2原理框图32.3系统的功能要求43硬件电路设计53.1单片机控
6、制模块53.1.1电源供电模块53.1.2复位电路63.1.3振荡电路63.2GSM模块TC35i63.3传感器模块73.3.1人体红外传感器模块73.3.2火焰传感器模块83.3.3可燃性气体传感器模块93.4声光报警模块94软件设计114.1程序流程114.2GSM发送短信的软件设计124.3传感器模块软件设计134.4报警模块软件设计135调试与实现155.1TC35i模块的调试155.2传感器模块的调试155.3声光报警模块的调试155.4实现设计功能166总结与展望176.1总结176.2展望17致谢19参考文献21附录123附录2331 绪论1.1 选题背景由于入室抢劫、偷盗等现象
7、的增多,在许多城市,人们安装上了防盗门、防盗窗、防盗网等传统式的防盗设施。可是这些设施在给主人带来安全的同时,也留下了一些不安全的隐患。比如说,一旦发生火灾、地震、行凶等意外事故,人们将很难逃离出去而危及到人身安全。其次,这些防盗设施也影响了城市形象。近年来,随着城市建设的日趋完美,防盗窗、防盗网等传统式的防盗设施将会被逐步拆除,取而代之的将是智能化的电子报警器。可以预见的是,智能家居报警系统的安装将成为现代家居装修必不可少的一部分。目前,GSM网络已经基本覆盖全国,据工信部统计数据,截至到2014年,我国移动通讯用户达12.35亿人。手机收发短信的费用非常便宜,而且,手机有汉字显示和输入功能
8、,使得对系统的操作变得更为直观和方便。因此若要实现智能家居的普及和推广,有必要将智能家居这一先进理念和手机这一大众媒介相结合。基于以上原因,在总结前人理论和当前国内外同行研究现状的基础上,设计并提出了基于GSM短消息的家居智能报警系统这一理论。1.2 设计意义本设计是基于GSM短信报警的家居智能系统,该系统有防盗报警系统、火灾报警系统和燃气泄漏报警系统。当出现警情的时候,会通过声光报警和短信报警快速的传达给用户,使其有充分的时间来处理或逃生。这样的家居智能报警系统能有效的保证居民的生命和财产安全,大大的提高居民自身的安全感,为人们创造出一个安全舒适的生活环境。1.3 目前国内外研究现状智能家居
9、是信息时代和计算机应用科学的产物,是现代建筑、现代科技与现代生活理念的完美结合。它最早是以智能建筑的形式诞生于美国的。概念起源于美国联合科技建筑集团所介绍的康涅狄格州市政大楼。目前,国外智能家居标准和产品较多,下面列举几种典型代表。美国的X-10系统是全球第一个利用电力线作为信息传输媒介的灯饰及电子电器的控制产品。X-10系统采取集中控制方式实现各种功能,目前已制订出一整套完善的控制标准,在家庭自动化,如安全监控、电器控制等方面得到了广泛应用。X-10的控制规格已成为当今美国家庭自动化控制规格的主要领导者。国内已有代理商推出了适用中国住宅的改进版X-10系统。欧洲设备安装总线协议EIB(Eur
10、opeanInstallationBus)是电气布线领域使用范围最广的行业规范和产品标准。EIB的控制方式为对等控制方式,方便扩容与改装,其元器件均为模块化元件。EIB在国内应用不多,主要原因是其工程要求较为复杂,且价格较高。在中国市场上ABB(AseaBrownBoveriLtd)公司和西门子公司推出了各自的EIB楼宇智能控制系统。目前,国内厂家也在探询通过互联网和信息处理技术对EIB的功能进行扩展,以实现短信和电话监控、互联网远程监控等功能。国内的智能家居相对于国外起步较晚,一些企业推出了自己的产品,但更多的是从实用的角度出发,其中典型产品列举如下。海尔的“物联之家”U-Home使用短距离
11、无线射频技术、多媒体处理技术、家电管理技术,将传统的家电PC(PersonalComputer)手机等家用产品升级为网络家电产品,从而形成家庭网络。海尔U-Home数字家庭系统以家庭网关为控制中心,可以通过电话网、Internet、移动手机网等方式对家庭内部的电器设备进行访问及控制。目前,海尔已推出了网络洗衣机、网络冰箱、网络空调、网络热水器、网络微波炉等一系列信息家电产品。1.1 中讯威易智能家居系统是以信息化为平台,将照明、电动窗帘、安防、监控、背景音乐、可视对讲等系统进行统一管理,室内通过遥控器任意控制,室外可通过手机或电脑进行远程控制。智能灯光及电器控制部分采用电力线载波控制协议。综合
12、控制系统由智能家居网关、智能化遥控器、智能家居综合管理软件、手机客户端软件等组成,实现对房间设备的综合管理。1.2 课题的研究内容本课题研究的基于GSM通信的智能家居报警系统包括GSM通信模块、单片机控制模块、传感器采集模块以及声光报警模块。本课题主要完成的任务包括:(1)硬件部分:包括GSM通信模块的选择,传感器的选择,单片机控制模块的设计以及报警电路的设计。(2)软件部分:包括各种传感器的检测、声光报警程序的设计、单片机控制GSM模块发送短信程序的编写。(3)系统的调试与分析:在系统软硬件完成以后,要进行综合的测试与实验,分析系统的可靠性与实用性,完善系统的不足之处。2 系统总体设计方案该
13、设计方案的关键问题在于实现GSM通信模块与单片机进行数据传输,此问题也是本设计成败的关键所在。因此实现单片机与GSM通信模块之间的数据传输以及GSM模块与手机之间的通讯是本文的设计关键。2.1 设计原理本设计是一种基于单片机控制的智能家庭监控系统的硬件电路及软件设计。单片机通过向TC35i发送AT指令,利用GSM网络模块的SMS短信业务,实现家庭安全智能监控与报警等功能。系统利用各种传感器对可能出现的煤气泄漏,火灾,家中有盗贼入侵等意外情况的检测发出相应的报警信号,并将信号传递给单片机,经过分析,做出相应的报警反应,并给GSM发信号,通过GSM网络发送短信到主人手机上,达到通知主人的目的,使主
14、人即使远在千里之外也能对家中发生的各种情况了如指掌。硬件部分实现对家庭系统的监控和报警,包括检测可燃性气体的电路,检测人体红外的电路,以及检测火焰的电路。其中包括传感器模块,单片机控制模块,GSM模块,声光报警模块等各种模块实现系统的功能。1.2 软件部分实现对串口的初始化,发送初始化指令,检测短信息,检测报警,发送短信等功能。主要思想是,对TC35i模块初始化之后,检测短信息的内容,之后执行相应的功能,同时利用单片机中断技术,检测传感器输入单片机的信号,从而不占用单片机整体资源,达到快速相应传感器输入单片机的信号,真正起到时时响应信号,快速报警。原理框图2.2 根据设计原理与设计要求画出了硬
15、件部分的原理框图,为了方便均以各种模块表示出来。其中包括单片机控制模块,GSM模块,声光报警模块,火焰传感器模块,MQ-2传感器模块,人体红外传感器模块等几大模块,各模块之间的联系如图2-1。单片机控制模块火焰传感器模块MQ-2传感器模块人体红外传感器模块声光报警模块GSM模块用户手机图2-1系统原理框图2.3 系统的功能要求本系统的设计主要包括以下几项功能:(1)系统探测功能:为提高家居智能报警的准确性和及时性,本系统需采用多种传感器对家庭环境进行探测。在实际使用中,根据不同情况,用户可以选用红外传感器、火焰传感器、温度传感器、气体传感器等合适的传感器,来有效的探测家中可能出现的意外情况。(
16、2)声光报警功能:当有异常情况发生时,报警器要进行声光报警。1.1 (3)GSM通信功能:当传感器检测到有异常情况发生时,单片机要启动GSM通信模块将探测器检测的情况通过GSM模块以短消息的形式发送到指定的手机上。3 硬件电路设计硬件电路主要包括单片机控制模块、GSM模块、传感器模块、声光报警模块,下面依次进行详细说明。3.1 单片机控制模块1.1 单片机控制模块主要由一个单片机最小系统组成,单片机最小系统主要有电源、复位、振荡电路等几个部分。最小系统原理图如图3-1所示。图3-151单片机最小系统电路图1.1.1 电源供电模块对于一个完整的电子设计来讲,首要问题就是为整个系统设计电源供电模块
17、,电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广,但是在实际使用过程中,一个很典型的问题就是相比其他系列的单片机,51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象,克服这种现象的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。此最小系统中的电源可以通过单片机开发板供给,也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。1.1.2 复位电路单片机的置位和复位,都是为了把电路初始化到一个确定的状态,一般来说,单片机复位电路作用是把一个状态机初始化到空状态,而在单片机内部,复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。单片机复位电路原理是在单片
18、机的复位引脚RST上外接电阻和电容,实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。(1)上电复位:STC89系列单片机为高电平复位,通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC,再连接一个电阻到GND,由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位,随后回归到低电平进入正常工作状态,这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。(2)按键复位:按键复位就是在复位电容上并联一个开关,当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平,而且由
19、于电容的充电,会保持一段时间的高电平来使单片机复位。1.1.3 振荡电路单片机系统里都有晶振,在单片机系统里面,晶振的作用非常大,它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振提供的时钟频率越高,那么单片机运行速度就越快,单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率的基础上的。STC89C52使用11.0592MHz的晶体振荡器,由于单片机内部带有振荡电路,所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可,电容容量一般在15pF至50pF之间。1.2 GSM模块TC35i本系统使用的GSM模块是Siemens公司的TC35i,Siemens公司的TC35i模块主要由GSM基带处理器
20、、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35i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和EFR语音信道编码。单片机与GSM模块的硬件连接TC35i的数据接口采用串行异步收发,数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位,可以在300115kbps的波特率下运行。由于数据通信电路中TC35i数据接口工作在CMOS电平,而STC89C52芯片工作在TTL电平,所以在STC89C52芯片和TC35i之间加入TI公司的电平转换芯片MAX232。实现串口通讯的
21、功能1.1 如图3-2所示为TC35i模块外围引脚图。15引脚为正电源输入脚,通常推荐值4.2V;610引脚是电源地;11、12为充电引脚,可以外接锂电池;13为对外输出电压;14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻,用于锂电池充电保护控制;15脚是启动脚IGT,系统加电后为使TC35进入工作状态必须给IGT加一个大于100ms的低脉冲,电平下降持续时间不可超过1ms;1623为数据输入/输出,分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。模块的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器,符合ITU-TRS232接口标准,有固定的参数:8位数据
22、位和1位停止位,无校验位,波特率在300bps115kbps之间可选,默认9600kbps,支持标准的AT命令集;30、31、32脚为控制脚,其中30为RTCbackup,31为Powerdown,32为SYNC;3538为语音接口,35、36接扬声器放音,37、38可以直接接驻极体话筒来采集声音。图3-2TC35i外围引脚图传感器模块1.1.1 人体红外传感器模块本模块选用的是HC-SR501人体感应模块,本模块是基于红外线技术的自动控制模块,采用德国原装进口LHI778探头设计,灵敏度高,可靠性强,超低电压工作模式,广泛应用于各类自动感应电器设备,尤其是干电池供电的自动控制产品。其电路图如
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