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1、 基于GSM网络的仓库报警系统Storage alarm system based on GSM network摘 要随着GSM网络的迅速普及移动通信技术的飞速发展，新技术和新业务的开发和应用已提到十分重要的位置。将GSM技术运用于实现家庭智能报警具有实际应用价值。该系统以单片机AT89S52为核心作为控制模块，由GSM无线通信模块、传感器数据信息采集模块、LED显示模块和蜂鸣器报警模块组成。通过传感器模块中光电传感器采集相关信号，经运放比较器转换模块转换成单片机可处理的数字信号，经过蜂鸣器报警模块发出相关报警信号，将该信号通过GSM短信模块，借助GSM移动网络，以英文短消息，直接把报警信息的
2、情况反映到您的手机屏幕上。该系统具有安全保密性高，又不需要组建专用网络和维护网络，网络覆盖面广，因此与传统的监控系统相比有着其独特的优势。关键词：智能监控; AT89S52单片机；GSM网络；传感器；报警系统；ABSTRACT With GSM network rapid popularization of mobile communication technology rapid development, new technology and new business development and application of the mentioned very important po
3、sition. Would be the GSM technology used in the family of intelligent alarm has practical application value. The system with single-chip microcomputer AT89S52 as the control core module, by GSM wireless communication module, sensor data acquisition module, LED display module and a buzzer alarm modul
4、e. Through sensor module in the photoelectric sensor to collect related signal, the op-amp comparator switching modules into a single chip can handle digital signals, issue relevant alarm signal after the buzzer alarm module, the signal through the GSM SMS module, with the aid of the GSM mobile netw
5、ork, a short message in English, the alarm information directly reflected in the screen of your mobile. The system has high confidentiality, do not need to set up private network and network maintenance, network coverage, so compared with traditional monitoring system has its unique advantages. Key
6、Words：intelligent monitoring; AT89S52 single-chip microcomputer; The GSM network; The sensor; Alarm system1 引言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，给仓库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
7、范向家庭内部防控逐渐靠拢，家庭仓库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仓库，具有便捷、安全、舒适、高档的环境，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。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
8、。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。可见，GSM（Global System for Mobile communication）系统是目前基于时分多址
9、技术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。目前已建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。主要提供话音、短信息、数据等多种业务。基于GSM短信息功能可以做成各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，能广泛用于远程监控、定位导航、个人通信终端等。由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，建立上述系统不须再建专用通信网络，所以具有时事传输数据功能的短信息应用将得到迅速普及。目前传统的机械式（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。随着电子技术的飞速发展，报警系
10、统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。而各种防盗报警系统之间的主要区别是在于如何让分机与主机、分机与用户之间进行通讯。目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定电话拨号、以太网、集群系统等等。但它们有各自的缺点：1 固定电话拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断电话线或恶意占线，使其在关键时刻失灵。2 以太网同样面临着线路被切断的隐患，且不易普及。3 集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要 购买固定的频点。 针对以上通信方式的优、缺点，我设计了基于GSM网络的仓库防盗报警系统。此系统可解决这些隐患，让家庭仓库防盗更及时、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
11、成熟的GSM移动网络，以最直观的中英文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。它采用主动式光电红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形。并配备信号比较器和蜂鸣器报警。本设计介绍了用AT89S52单片机实现的基于GSM短信模块的家庭仓库防盗报警系统。利用AT89S52单片机的功能特点、GSM短信模块工作原理以及传感器工作原理，通过手机终端接收报警短信。在此基础上还可以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
12、的各种突发意外情况了如指掌，使生活更安全更智能。 322 方案选择及论证2.1 方案1基于8051单片机的防盗报警监控系统设计系统可由单片机最小系统、报警信号输入和检测、驱动电路和声报警、移位寄存器和数码管等组成。 P18051最小系统RXDTXDP3.5P3.5报警信号输入 移位寄存器驱动电路声报警 图2-1 系统原理框图8051最小系统由8051、74LS373、EPROM2764组成。报警信号的输入使用P1口的P1.0-P1.7接8位开关，分别表示8个不同的报警位置。输出驱动和声报警电路由P3口的P3.5经同相放大器75451和蜂鸣器组成。数码管显示电路使用8051的串行口经一个串入并出
13、的移位寄存器扩展为并行输出口，控制一个七段数码管。其功能是输入P1口的开关状态，检测是否有开关合上，若没有则继续检测；若有则检测是哪个开关合上了，然后去控制报警、显示，使数码管显示相应的号码，同时报警。用8051单片机控制一个检测报警系统，与以往用数字逻辑电路组成的控制系统相比，用单片机组成的检测报警系统，应具有更大的灵活性，功能也更强，但是现如今的防盗监控系统需要与时俱进，这种传统的家庭报警系统，采集信号的传感器需要布线，由于集成在一个板子上，不仅有干扰，还限制了报警信号采集覆盖面，同时远程监控系统功能差，当家中没人时报警无法及时通知事主。2.2 方案2基于GSM网络的远程家庭智能监控系统设
14、计本设计以AT89S52单片机为核心，总共分为核心控制单元AT89S52、GSM无线通信、传感器数据信息采集、LED显示、报警系统五大部分。系统利用光电传感器采集可能出现的有人闯入等情况，再将报警信息发送给单片机进行处理，然后，单片机对蜂鸣器做出控制，发出警报声音，同时，LED显示体现报警信息，由此可以知道报警正在发生，处理器正在初始化短信发送环境，以发送报警短信。微处理器通过GSM模块以短信形式将特定报警信息发送于预先设定好的手机号码，通知事主家中安全信息，以便事主及时做出相应措施。GSM（Global System for Mobile communication）系统是目前基于时分多址技
15、术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。目前已建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。主要提供话音、短信息、数据等多种业务。基于GSM短信息功能可以做成各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，能广泛用于远程监控、定位导航、个人通信终端等。由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，建立上述系统不须再建专用通信网络，所以具有时事传输数据功能的短信息应用将得到迅速普及。随着全球移动通信系统(GSM)及移动通信网络的迅速普及，GSM的短信息系统以其快捷方便而且廉价的特点拥有广泛的用户。本设计是基于GSM 网络的远程家庭仓库智能监控系统，通过
16、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。系统利用可以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采集，先传输到单片机上，再通过液晶显示屏显示具体报警信息，同时报警系统发出警报声，并通过GSM网络用短消息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。由于该方案具有功耗低、精确度高、软件编程较简单，智能化强，可远程监控等。因此在本次设计中采用方案2。在设计中，采用了AT89S52单片机作为8051的升级替代产品，AT89S52解决了AT89C5
17、2的致命缺陷：支持ISP（在线更新程序）功能，但其芯片在整个电路中的工作控制原理不变。同时加入了GSM模块，可轻松实现远程监控功能。3 系统硬件电路的设计根据系统设计功能的要求，初步确定系统由5大模块组成：1)核心控制单元AT89S52模块；2) GSM无线通信模块；3)传感器数据信息采集模块；4)LED显示模块； 5)报警模块。系统原理框图如图3-1所示。传感器AT89S52(核心控制)报警系统GTM900(GSM模块)手机终端GSM采集信号传输信息LED显示图3-1 系统原理框图3.1 核心控制单元AT89S52模块闪电存储型器件AT89S52作为设计的核心部分之一，由AT89S52担任的
18、主控制器构成了系统的主控模块，它不仅用于设计的硬件实现，对于设计程序的软件输入和实现也起到控制作用，将控制整个报警系统能否正常工作。3.1.1 AT89S52单片机概述 AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。该器件采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业标准的80C51指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，AT89S52便成为一个高效的微型计算机。它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问
19、题，且成本较低。其结构框图如图3-1-1所示。图3-1-1 AT89S52结构框图3.1.2 AT89S52单片机特性AT89S52的主要特性如下：兼容MCS51产品8K字节可擦写1000次的在线可编程ISP 闪存4.0V到5.5V的工作电源范围全静态工作：0Hz 24MHz3级程序存储器加密256字节内部RAM32条可编程I/O线3个16位定时器/计数器8个中断源UART串行通道低功耗空闲方式和掉电方式通过中断终止掉电方式看门狗定时器双数据指针灵活的在线编程（字节和页模式）3.1.3 AT89S52引脚功能与封装图3-1-3 AT89S52封装引脚图按照功能，AT89S52的引脚可分为主电源
20、、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。多功能I/O口AT89S52共有四个8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，对应的引脚分别是P0.0 P0.7，P1.0 P1.7，P2.0 P2.7，P3.0 P3.7，共32根I/O线。每根线可以单独用作输入或输出。P0端口，该口是一个8位漏极开路的双向I/O口。在作为输出口时，每根引脚可以带动8个TTL输入负载。当把“1”写入P0时，则它的引脚可用作高阻抗输入。当对外部程序或数据存储器进行存取时，P0可用作多路复用的低字节地址/数据总线，在该模式，P0口拥有内部上拉电阻。在对Flash存储器进行编程时，P0用于接收代码字节；在
21、校验时，则输出代码字节；此时需要外加上拉电阻。P1端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash编程和程序校验时，P1口接收低8位地址。另外，P1.0与P1.1可以配置成定时/计数器2的外部计数输入端（P1.0/T2）与定时/计数器2的触发输入端（P1.0/T2EX），如表1-1所示。表3-1-3-1 P1口管脚复用功能端口引脚复用功能P1.0T2（定时器/计算
22、器2的外部输入端）P1.1T2 EX（定时器/计算器2的外部触发端和双向控制）P1.5MOSI（用于在线编程）P1.6MISO（用于在线编程）P1.7SCK（用于在线编程） P2端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P2口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位的外部数据存储器（如执行MOVX DPTR指令）时，P2口送出高8位地址，在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI
23、指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序校验期间，P2口也接收高位地址或一些控制信号。 P3端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在AT89S52中，同样P3口还用于一些复用功能，如表1-2所列。在对Flash编程和程序校验期间，P3口还接收一些控制信号。表3-1-3-2 P3端口引
24、脚与复用功能表端口引脚复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）RST 复位输入端。在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。看门狗定时器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期的高电平。在SFR AUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。DISRTO位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。ALE/ 地址锁存允许信号。在存取外部存储器时
25、，这个输出信号用于锁存低字节地址。在对Flash存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号，可用于外部定时或时钟。但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一个ALE脉冲。在需要时，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置为“1”，从而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令执行时ALE才被激活。在单片机处于外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。程序存储器允许信号。它用于读外部程序存储器。当AT89S52在执行来自外部存储器的指令时，每一个机器周期PSEN被激活2次。在对外部数据存储器的每次存取中，PSEN的2次激活会被跳过。
26、/Vpp 外部存取允许信号。为了确保单片机从地址为0000HFFFFH的外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果锁定位1被编程，则EA在复位时被锁存。当执行内部程序时，EA应接到Vcc。在对Flash存储器编程时，这条引脚接收12V编程电压Vpp。XTAL1 振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。XTAL2 振荡器的反相放大器输出。3.2 GSM无线通信模块GTM900目前，国内已经开始使用的GSM模块有很多，而且这些模块的功能、用法差别不大。本设计采用的是华为系列的GTM900 。这种无线模块功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。GT
27、M900与GSM2/2 TC35I完全兼容、双频（GSM900/GSM1800）、RS232数据接口，GTM900在功能上完全媲美TC35I；且信号好，使用方便稳定，器核心射频板也和TC35i完全一样，基本上GTM900和TC35i完全可以互换通用，该模块及射频电路和基带与一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。设计选用GSM模块GTM900,给出其和PC机的通信电路，实现远地数据的传输。下图以TC35i为例（GTM900完全一样），其工作模式如图1、图2所示。GSM模块中电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分：充电
28、电池主要为整个系统提供3.6V工作电压,同时产生MAX3238所需要的高电平;三端电源模块LM7806将外部12V直流电源转换为6V,连到ZIF连接器的11、12引脚,在充电模式下,为GTM900提供6V、500mA的充电电源。启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。模块上电10ms后(电池电压须大于3V),为使之正常工作,必须在15脚()加时长至少为100ms的低电平信号,且该信号下降沿时间小于1ms。启动后,15脚的信号应保持高电平。GTM900外围电路如下图所示： 图3-2-5 GTM900外围电路3.2.1 AT指令说明常用AT指令如下：AT指令 功 能 AT+CMGC Send a
29、n SMS commend(发出一条短信息命令) AT+CMGD Delete SMS message (删除SIM卡内存的信息) AT+CMGF Select SMS message format(选择短消息信息格式：0-PDU；1-文本) AT+CMGL List SMS message from preferred store(列出SIM卡中的短消息格式PDU/TEXT：0“REC UNREAD”为未读，1“REC READ”为已读，2“STOU NSENT”为待发，3“STOSENT”为已发，4“ALL”为全部 AT+CMGR Read SMS message (读短消息) AT+CM
30、GS Send SMS message (发短消息) AT+CMGW Write SMS message to memory (向SIM内存中写入待发的短消息) AT+CNMI New SMS message storage(显示新收到的短消息) AT+CPMS Preferred SMS message storage (选择短消息内存) AT+CSCA SMS service center address(短消息中心地址) AT+CSCB Select cell broadcast message messages (选择蜂窝广播信息) AT+CSMP Set SMS text mode
31、parameters(设置短消息文本模式参数) 3.2.2 PDU编码规则目前，发送短消息常用Text和PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)模式。使用Text模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但最大的缺点是不能收发中文短信；而PDU模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。PDU模式收发短信可以使用3种编码：7-bit、8-bit和UCS2编码。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符，8-bit编码通常用于发送数据消息， UCS2编码用于发送Unicode字符。一般的PDU编码由ABCDEFGHIJKLM十三项组成。 A：短信息中心地址长度，2位十六进制数（1字
32、节） B：短信息中心号码类型，2位十六进制数。 C：短信息中心号码，B+C的长度将由A中的数据决定。 D：文件头字节，2位十六进制数。 E：信息类型，2位十六进制数。 F：被叫号码长度，2位十六进制数。 G：被叫号码类型，2位十六进制数，取值同B。 H：被叫号码，长度由F中的数据决定。 I：协议标识，2位十六进制数。 J：数据编码方案，2位十六进制数。 K：有效期，2位十六进制数。 L：用户数据长度，2位十六进制数。 M：用户数据，其长度由L中的数据决定。J中设定采用UCS2编码，这里是中英文的Unicode字符。 3.2.3单片机与GTM900的软件接口及控制原理单片机与GTM900的软件接
33、口其实就是单片机通过AT指令控制手机的控制技术，首先设置GTM900模块的工作模式：AT+CMGF=n，n=0为PDU模式；n=1为文本模式；通常设置为PDU模式，在这种模式下，能传送或接受透明数据（用户自定义数据）。AT+CMGR=n为读TC35i模块短消息数据，n为短消息号。AT+CMGL=n为列出TC35i模块内的短消息，n=0是未读的短消息，n=1位已读的短消息，n=2位未发送的短消息，n=3为已发送的短消息n=4为所有短消息。AT+CMGD=n为删除TC35i模块的短消息，n为短消息编号。3.2.4 RS-232串行接口RS-232是在任何时候都常用的接口之一。它不仅已经被内置于每台
34、PC，而且已被内置于从微控制器到主机的多种类型的电脑和与它们连接的设备。RS-232的最通常得用处是连接到一个Modem，其他拥有RS-232接口的设备包括打印机，数据采集模块，测试装置和控制回路。你也可以将RS-232用在任何类型得计算机之间的简单连接中。RS-232是设计来处理两台设备之间的通信的，距离限制为50到100f，这决定于波特率和电缆类型。因为RS-232端口被广泛应用，它的另一个用途是与一个将这个接口转换成另一种类型的适配器相连。例如，一个简单的回路将一个RS-232端口转换成一个RS-485端口，这个端口可以和多台设备相连并且可以使用更长的导线连线。RS-232连接使用非平衡
35、导线。尽管一个非平衡的状态听起来像是一些应该避免的东西，在这里它仅仅是指导线中的信号的电气特性。在一条非平衡导线中，信号电压加到一条导线上，所有的信号电压都使用一个公共的接地线。这种类型的接口的另一个术语是单端。特性RS-232有几个优点：它是无处不在的。每一台PC机都有一个或更多的RS-232端口。更新的计算机现在支持其他诸如USB这样的串行接口，但是RS-232可以做很多USB无法做的事情。在微控制器中，接口芯片使得将一个5V串口转换成RS-232变得很容易。连接距离可以达到50到100ft。大多数的外设接口都不会用于太长的距离。USB连接最长可以达到16ft，PC机的并口打印机接口与主机
36、的距离可以达到10到15ft，或者利用IEEE-1284B型驱动器可以达到30ft。但是RS-232可以使用更长的电缆。如果每一个RS-232端口与一个Modem相连，你可以使用电话网在世界范围内发送数据。对于一个双向连接，你只需要3条导线。一个并行连接一般需要8条数据线，两条或者更多的控制信号线，和几条接地线。所有的导线和更大的连接器使得价格累计起来就比较高了。RS-232的缺点包括以下这些：如果连接的另一头需要并行数据，它不得不将这个串口数据转换成并行数据。但是利用一个UART，这很容易实现。串口是如此的有用，以至于寻找一个未用的串口可能会比较困难。PC机可以有多个串口，但是一个系统可能无
37、法为每一个串口分配一个唯一的中断请求信号。大多数的微控制器只有一个硬件串口。其中，RS-232电平转换电路如下所示：图3-2-4 RS-232电平转换电路在一个连接中不能有超过2台以上的设备。指定的最大数据传输速率是每秒20000位。但是，很多接口芯片可以超过这个数值，尤其是在短程连接上。很长的连接需要一个不同的接口。双向RS-232通信的3个基本信号如下：TD：将数据从DCE传输到DCE也被称作TX和TXD。RD：将数据从DCE传输到DTE。也被称作RX和RXD。SG：信号地。也被称作GND和SGND。电压 RS-232的逻辑电平用正负电压表示，而不是只用5V TTL和CMOS逻辑的正电压信
38、号表示。在一个RS-232的数据输出（TD），一个逻辑0被定义为等于或者高于+5V，而一个逻辑1被定义为等于-5V或者比低于-5V。换言之，信号使用负逻辑，在这种逻辑中，负的电压为逻辑1。 控制信号使用相同的电压，但是使用的是正逻辑。一个正的电压表示这项功能为开，而一个负的电压表示这个功能为关。 RS-232接口芯片反向转换这些信号。在一个UART的输出引脚，一个逻辑1 数据位或者一个关控制信号接近于5V，它在RS-232的接口产生一个负电压。一个逻辑0数据位或者一个开控制信号接近于0V，它在RS-232接口产生一个正电压。 因为一个RS-232接收器可能位于一条长电线缆的末端，等到信号到达接
39、收者的时候，它的电压可能已经削弱了或者加载了噪声信号。考虑到这种情况，在接受方最低要求的电压要比在驱动器处要低。一个比+3V高得多的输入在RD处是一个逻辑0，或者在一个控制输入处是一个开。一个比-3V要低得多的输入在RD处为一个逻辑1，或者在一个控制输入处为一个关。根据这个标准，在-3V和+3V之间的一个输入的逻辑电平没有定义。 噪声容限，或者电压容限，是输出电压和输入电压的区别所在。RS-232的大电压波动导致一个比5V TTL逻辑宽得多的噪声容限。例如，即便一个RS-232驱动器的输出为最小的+5V，它也会在接受方削弱或者噪声峰值大到2V，并且仍旧是一个有效逻辑0。很多RS-232输出有更
40、宽的电压波动：9V和 12V是很平常的事情。这些都导致更宽的噪声容限。最大允许的电压波动是 15V，尽管接受方必须不受任何损害地处理高达 25V的电压。使用的另外两个与RS-232有关的术语是Mark和Space。Space是逻辑0，而Mark是逻辑1。这两个术语是多年以前机械记录仪二进制数据的，他们分别代表物理标记和空白。计时限制TIA/EIA-232包括最小和最大计时规定。所有的RS-232接口芯片都符合这个规定。指定的旋转速度限制了接口的最大比特率。旋转率是当输出切换时电压变化的快慢的量度，并且描述了一个输出的电压变化的瞬间速度。一个RS-232驱动器的旋转速度必须是每毫秒30V或者更少
41、。限制旋转速度的好处是它通过事实上消除由于电压偏转引发的问题来改进信号质量，电压偏移发生在传输有着快速上升和下降节拍的信号的长距离连线上。但是旋转速度也限制了一个连接的最大速度。在30V/us的速度下，一个输出需要0.3us从+5V切换到-5V。RS-232的规定的最大波特率为20kbps，这个速度转换成一个比特宽度为50us，或者在允许的最快旋转速度下为166倍的切换时间。事实上，因为UART在位的中间附近读取输入数据，并且还因为大多数的时间参考时钟是非常准确的，你可以安全的使用短到5到10倍的切换时间的位的宽度。考虑到这些，有的接口芯片允许115kbps或者更高的波特率，即使这违反了这个标
42、准的建议。除了有一个最大的切换速度之外，RS-232 驱动器还必须符合最低标准以确保信号不在逻辑状态之间的未定义区域停留。对于控制信号和其他40bps和更低的信号，信号线必须花费不超过1ms的时间在有效的逻辑1和逻辑0之间的传送区域，对于其他数据和时间信号，这个限制是4%的位宽，或者在20bps下为2us。信号的上升和下降次数也要尽可能的接近相等。在5V逻辑和RS-232之间转换很多微控制器有异步串口，但是它们的输出和输入使用5V逻辑而不是使用RS-232电压。将5V落连接到一个RS-232端口需要转换到RS-232电平和从RS-232电平转换到5V逻辑。利用5V逻辑，我假定了TTL或者CMO
43、S逻辑芯片使用的逻辑电平，这些芯片是由一个单一的+5V电源供电，信号电平以接地电平作为参考。对于TTL逻辑，一个逻辑低输入不高于0.8V。一个逻辑高输出必须至少为2.4V，而一个逻辑高输入必须至少为2V。利用这些逻辑电平，一个接口可以有0.4V的噪声信号而不至于产生错误。这些逻辑电平应用在初期的，标准的7400系列的TTL逻辑和他的派生系列，包括74LS74F和74ALS TTL。较早的利用NMOS技术制造的微控制器也使用这些逻辑电平。大多数的CMOS芯片定义了不同的逻辑电平，并且有更宽的噪声容限。一个逻辑低CMOS输出不高于0.1V，而一个逻辑低输入可以高达20%的电源电压，或者对于5V的电
44、源输入可以达到1V。一个逻辑高输出至少为4.9V，而一个逻辑高输入必须至少达到电源电压的70%，或者对于5V电源输入而言达到3.5V。使用这样的逻辑电平的系列包括4000系列，74HC和74AC。有的CMOS芯片有TTL兼容输出。这使得他们可以直接和CMOS或者TTL逻辑项链。遵循这个惯例的芯片包括74HCT逻辑系列和大多数的微控制器。3.3 传感器数据信息采集模块传感器数据信息采集模块主要是采集外部信息：光电传感器是用来感测是否有异物进入，若出现感应，则会出现“Warning!Someone broke into!”报警信息。再将这些信息传输到AT89S52单片机控制模块，以进行后面的报警操
45、作。 图3-3 传感器采集模块电路原理图3.3.1光电传感器光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化。早期的用来检测物体有无的光电传感器光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯作为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器光电传感器的雏形。 图3-3-2 光电传感器的介绍1、 工作原理光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一
46、般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。2、 分类和工作方式槽型光电传感器 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电
47、。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就输出一个开关控制信号。反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来
