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1、常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别： 电子与电气工程学院专 业： 电子信息工程技术 班 号： 电子081班 设计（论文）题目： 基于单片机与GSM通 信家用安防系统的设计 设 计 地 点： 常州信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书专业 电子信息工程技术 班级 电子081班 姓名 一、课题名称： 基于单片机与GSM通信家用安防系统的设计 二、主要技术指标：1. 火灾或温度超标时短信报警；2. 3米内有人闯入短信报警；3. 系统可靠工作温度：-1080。三、工作内容和要求：1. 理解并确认毕业设计任务书；2. 撰写完成毕业设计开题报告并经指导老师审核通过；3. 加深单片机原理及接
2、口技术的学习，并了解掌握GSM短信模块的原理及应用；4. 从网上或图书馆学习单片机系统设计方法与传感器的应用；5. 确定并完成方案论证；6. 根据论证的可行性确定并绘制系统的原理框图；7. 选用合适的零部件并编写元器件明细表；8. 设计绘制原理图并用Proteus仿真；9. 设计PCB；10. 编写电路相关模块功能及电路工作原理说明；11. 撰写毕业设计报告并整理装订。四、主要参考文献：1 红外探测器的性能与安装 2 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社，19983 吴戈，李玉峰.案例学单片机C语言开发.河北：人民邮电出版社，20084 边春元.C51单片机典型模块设计与应用.
3、河北：人民邮电出版社，2008 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目基于单片机与GSM通信家用安防系统的设计一、 选题的背景和意义：古人就有云：防人之心不可无。在21世纪的今天，人们生活质量大大提高，物质生活日渐丰富，个人财产问题也就逐渐受到更多人的重视，于是各种安防系统也就有了市场。本次基于单片机与GSM通信家用安防系统设计正是符合了市场的需求。系统模块化使得系统本生工作可靠，使用简单，安装方便。有了它，人们可以安心的外出旅游而不用时刻挂念家里是不是有“不速之客”而
4、影响旅游的心情，它将会准确地向您汇报家里的情况，此时您可及时的向警方报警，将“客人”绳之以法。在无人看守的岗位、人们不便于看守的岗位都可以广泛的使用，实现无人看守。本设计顺应了市场的需求与人们的需要，相信在以后的生活当中会有更大的市场。二、 课题研究的主要内容：1. 利用红外探测，有人闯入特定区域时，实现短信报警功能；2. GSM短信模块、红外探测与温度传感器的原理与应用；3. 单片机原理及接口技术；4. 完成方案论证；5. 设计原理图并使用Proteus软件进行仿真； 6. 利用EDA软件画出整体原理图与PCB。三、 主要研究（设计）方法论述：做好调研，分析借鉴已有的类似产品、设计方案与成功
5、经验，分析对比几种可行方案，综合各方案的利弊为己所用，择优进行深入分析与研究，确定出系统框架、控制方式、电路形式等，同时学习掌握模拟电路与数字电路设计方法与原则，理解相关模块工作原理，根据实际情况对方案进行改进与完善通过Multisim软件对系统进行模拟仿真，进一步对电路功能与性能进改进与完善，保证电路的工作可靠性。学习电子产品的设计方法，最终设计出具有可造性的PCB版图。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2010.5.17-5.23（第1周）理解确认毕业设计任务书,完成毕业设计的开题报告2010.24.17-5.30（第2周）完成调研与资料收集、整理2010.5.31-
6、6.6（第3周）确定设计方案及原理框图2010.6.7-6.20（第4、5周）电路资料收集，单元电路设计2010.6.21-6.27（第6周）完成软件设计并进行仿真，进一步改进与完善2010.6.28-7.4（第7周）PCB设计及资料整理2010.7.5-7.11（第8周）撰写毕业设计报告2010.7.12-8.7（第9-14周）修改毕业设计报告、整理装订五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日基于单片机与GSM家用安防系统的设计目录摘要Abstact第1节 前言1第2节 系统概述22.1 单片机STC89C52简介2.1.1 STC89C52的基
7、本组成32.1.2 DIP40封装引脚图32.1.3 内部资源介绍42.2 GSM MODEM简介52.2.1 AT指令52.2.2 SMS（Short Massage Service）62.3 传感器82.3.1 热释电红外传感器82.3.2 DS18B2092.4 液晶显示器122.5 存储器142.5.1 ST24C02142.5.2 I2C二线制协议14第3节 系统的硬件设计163.1 原理框图163.2 电源模块163.3 指示灯电路173.4 蜂鸣器报警电路183.5 MCU模块183.6 串口电平转换电路193.7 系统局部仿真193.8 系统PCB设计203.8.1 PCB装配
8、图203.8.2 PCB底面图213.8.3 PCB 3D预览21第4节 软件设计224.1 主程序流程224.2 外部中断0服务程序23第5节 系统的安装与调试24第6节 结束语25答谢辞26附录 A 系统元器件清单附录 B 程序清单参考文献摘要在21世纪的今天，人们生活质量大大提高，物质生活日渐丰富，人们更看重生活的质量，更懂得享受生活，智能家居就应运而生了，而家用安防系统是智能家居领域中人们尤为关注的一块，于是各种安防系统也就有了市场。系统主要基于单片机与GSM通信技术，单片机不断读取外部传感器信号量，通过串口向GSM Modem发送相应的AT指令，控制GSM Modem TC35i做出
9、相应的动作，发送短信息向房主汇报家里实况，实现防盗、火灾报警的安防功能。为了方便读者对本设计文件的阅读，作者将从系统组成及各模块的工作原理、系统硬件电路的设计、系统软件的设计和系统的安装使用说明这四个方面来描述整个系统的设计过程。该课题的主要任务是通过各功能模块的结合，充分运用EDA软件设计、仿真系统，令设计的系统具有可制造与实用性。关键词：单片机、通信、GSM Modem、传感器AbstactIn the 21st century, people will greatly improve the quality of life is abundant, the material life p
10、ersonal property problems will gradually be more peoples attention, and various security systems have a market.This system mainly based on SCM and GSM communication technology, the microcontroller continuously reading outside of sensor signals, through a serial port to GSM Modem send corresponding i
11、nstruction, control the GSM Modem mig-at make corresponding action, sending short messages to the owner, realize report home security, fire alarm security function. In order to facilitate readers of this design documents, the author will read from each module system and the working principle, system
12、 hardware circuit design, the design of the system software and system installation instructions on how to use these four aspects to describe the whole system design process.This topic is the main task of the functional modules combination by using EDA software, design and simulation system, the sys
13、tem can be designed and practicability.Keywords： MCU, communication, GSM Modem, sensors第1节 前言控制着整个家用安防系统是智能家居的重要组成部分，在本次基于单片机与GSM通信家用安防系统的设计中，充分利用了我们平时生活中所广泛接触的GSM（Global System For Mobile Communication）移动通信系统，它是目前基于时分多址移动通信中技术较为成熟、使用最为广泛的通信网络，在系统中着重用到其短信功能，通过文本的形式做到信息的传送；控制模块采用当下大受电子小系统所欢迎的单片机，我们都知
14、道单片机以其成本低、工作可靠、强大精确的控制功能而闻名，也正是它将系统有有条不紊的工作。本课题涉及到的内容比较新，特别是GSM通信在各种控制过程中的应用现在各种领域中都在走智能化道路，这也应该是物联网的一种形式，其中更接近于人们日常生活的便是楼宇智能化，我相信这个方向将会有大大的开发价值与非常广阔而美好前景，这也正是我选择本课题的原因，希望可以从本次课题试着去接近、去熟知、去掌握这个领域的相关知识。本系统的设计是符合市场需求的，我相信在以后的物联网时代，它将会有更大的施展空间与消费前景。第2节 系统概述从信号流程上来看，当有人闯入被红外探测器监测到或者家里温度超过预设值，单片机读取信号后执行相
15、应程序，然后又单片机发送AT指令控制GSM Modem使短信猫处于待发射状态，在单片机读取到相应信息数据通过UART传送到Modem后，由Modem以GSM为媒介发送到短信息中心，最后发传送到用户手机中显示。接到短信息报警的用户便可以采取相应的措施以减小自身财产的损失。从组成可将整个系统分三个模块来看，分别是：MCU控制模块、短信发射模块、传感器以及房主信息接收模块。1. 在MCU控制模块中我们采用的是STC89C52，采用串口下载；2. 短信发射模块是由西门子公司最新开发的TC35i完成；3. 传感器分别使用到热释电红外传感器和DS18B20温度传感器；4. 房主接收模块则为用户手机。系统的
16、框架图：传感器MODEMTC35iMCU系统GSM用户接收图 2-1 系统框图2.1 单片机STC89C52简介单片机Single Chip Microcomputer又叫微控制器MCU。自从20实世纪70年代末期诞生以来，由4位、8位单片机迅速发展到如今的16位甚至32位单片，各种单片机层出不穷，生产厂商也是百花齐放，但其中最为成功的当属Intel公司的8031，后来Intel又在其基础上发展到MCS-51,8位单片机从此几乎称霸了各个工控领域。后来也有16位单片机，但其性价比实在不敢恭维，且很多领域8位单片机足以胜任工作，所以现在还是以8位单片机主导着市场。我们系统中用的STC89C52,
17、便是其中一员。2.1.1 STC89C52的基本组成图 2-2 单片机的基本组成如图2-2所示，单片机STC89C52的基本组成包括CPU、ROM、RAM和4个全双工的I/O口，一个串口通信借口和5个中断源。单片机的一切工作都在CPU的控制下根据指令按一定的时序有条不紊的进行。2.1.2 DIP40封装引脚图STC89C52多采用DIP40双列直插式封装，如图2-3所示，四个全双工8位I/O口有序的分布在单片机两侧，其余8个引脚分别为引脚 工作地与电源接口、持续两个机器周期复位信号几口、晶振接口 以及单片机系统扩展时控制信号 。下面是STC89C52主要特性工作电压5v；0-80MHz时钟范围
18、；8kFlash存储器；2k数据存储器；内部看门狗。图 2-3 STC89C52引脚图2.1.3 内部资源介绍I/O口：STC89C52是8位单片机，与8051核兼容。与AT89C52一样在市场上使用相当的广泛，串口下载方式。4个8位I/O口，在系统扩展时，P0口分时复用扮演DB以及作AB的低8位的角色，地址总线高位由P2口担当。P0口在作一般I/O口用时，由于它是漏极开路输出电路，应接上拉电阻才能输出高电平。所有的I/O口在做输入使用时都必须先向锁存器写1，P3口一般都使用其第二功能。中断系统：STC89C52有五个中断源外部中断0(IE0)、定时器T0(TF0)、外部中断1(IE1)、定时
19、器T1(TF1)与串行中断(TI,RI)。它们在单片机内部都有相应的控制寄存器，对寄存器写入不同的指令代码，可实现对中断系统的控制。相关SFR如表1表1 中断相关SFRIEAFAEADACABAAA9A8A8HSM0SM1SMORENTB8RB8TIRISCON9F9E9D9C9B9A999898HSM0SM1SMORENTB8RB8TIRITCON8F8E8D8C8B8A898888HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT02.2 GSM MODEM简介天线GSM MODEM又叫短信猫或GSM调制解调器，随着无线数据业务的迅速发展，要求越来越多的设备具有无线通信功能背景下的产物。一搬
20、GSM MODEM都具备语音通信、短消息和数据通信三大功能，其中又以短消息功能使用的最为广泛，GSM短消息具有随时在线、价格低廉、覆盖范围广的特点，特别适合小流量的数据传输，如家用安防，无人值守等领域。最初的GSM模块都是国外公司生产的，比如德国的SIMENS公司和法国的WAVECOM公司。图2-4是西门子公司开发研制的TC35i模块：RS232接口电源接口TC35i卡座接口图 2-4 TC35i GSM MODEN主要特性：支持GSM900、GSM1800双频段；支持语音、短消息、数据和传真服务；工作电源：单电源3.3V-4.8V；峰值电流2.5A；通讯接口：RS232；串口通信波特率：30
21、0bps-115Kbps；在本系统中选用的GSM MODEM模块是市场上使用频率高、技术成熟的模块产品TC35i，使用配套的独立电源，具体的内部结构请参考商家相关说明，这里着重介绍在本系统中使用单片机控制GSM MODEM发送短消息的方法与原则。2.2.1 AT指令控制GSM MODEM 普遍采用AT指令，AT即Attention的简称，早在90年代初期，AT仅用于MODEM操作，后来，由移动电话生产厂商共同为GSM开发了一套完整的AT指令集，并在此基础上进一步发展加入GSM07.05标准以及现在的GSM07.07协议标准，其中就包括对SMS功能的控制指令。SMS中常用的AT指令见表2。表2
22、常用的AT命令命令说明AT+CSCA设置短消息服务中心AT+IPR设置通信波特率AT+CSMS选择短消息服务AT+CMGF设置短消息内容格式0:PDU 1:TEXTAT+CMGS发送信息命令AT+CMGR读取短消息AT+CMGD删除短消息AT+CSAS设置消息存储类型AT+XXXX=?测试命令，系统列出可能选项AT+XXXX?系统列出当前设置AT指令格式绝大多是以“AT+XXXX=X”的格式使用，其中“XXXX”表示令Modem执行某一个动作的指令，X则表示“XXXX”这个动作的可选项。比如要设置一条短消息的编码格式为PDU模式：从表2中可以知道，指令为“AT+CMGF=0”CMGF 代表格式
23、设定，“0”代表格式设置成PDU模式。2.2.2 SMS（Short Massage Service）在消息的发送与接收服务中，短消息的编码方式有三种，它们分别是Block模式、基于AT指令的Text模式和基于AT指令的PDU模式。最早的Block模式现如今已经逐步被Text模式和PDU模式所代替。相对PDU模式，Text模式编码简单，使用方便，但其最大的不足就是它不支持中文的收发。相反，PDU编码方式支持中英文混合发送与接收，但其编码过程较Text模式繁琐。下面将对Text与PDU两种编码方式做一定解析。TEXT模式：Text模式比较简单，不需做中介转换，在初始化MODEM后，只需将要发送的
24、短消息内容的ASC字符发送即可。例如：要发送“Someone has broken in your house!”的报警信息到房主手机15151976037，要向modem输入的AT指令为：1) 选择短消息服务：AT+CSMSr；（r为回车符）OK；由modem返回2) 选择短消息的编码方式：AT+CMGF=1r；设定编码格式为TEXTOK3) 短消息目标地址：AT+CMGS=”15151976037”OK；等待延时后发送信息4) 发送短消息：”Someone has broken in your house”r；OKPDU模式：前面介绍过，PDU（Protocol Data Unit）编码方
25、式可以中英文混合发送，但比较繁琐，它的编码过程需要信息的奇偶对调，涉及到的要素比较多。PDU编码方式的基本格式可分成以下13项：A：短信息中心地址长度，2位十六进制数(1字节)。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
26、的数据决定。J中设定采用UCS2编码，这里是中英文的Unicode字符。以发送中文字符“我爱你！”到+8615151976037为例，对PDU编码方式在系统中的具体应用流程进行剖析：一、 短消息中心地址处理常州的短信息中心号码为+8613800519500，处理过程如下：1) 去掉加号，看是否为偶数个数字，否则在号码后面加F中心号变为：8613800519500F2) 将中心号奇偶位对调，并在前面加国际化字符“91”中心号变为：91683108509105F03) 将中心号的字节长度格式化为十六进制数，置于首位中心号最终为：0891683108509105F0 二、 地址号码处理在本例中的地址
27、号码为“+8615151976037”1) 去加号，看是否为偶数个数字，否则在号码后面加F地址号变为：8615151976037F2) 地址号奇偶位对调地址号最终为：685151916730F7三、 短信息内容处理1) 将信息内容转换为Unicode（在线查询我 6211 爱 7231 你 4F60 ！FF01 十六进制表示短信内容为：621172314F60FF013) 将短消息内容格式化为十六进制，再用两位十六进制数表示其长度置首位短消息内容编码后为：08621172314F60FF01四、 组合处理后的信息根据上面所介绍的PDU编码格式组合信息（为方便阅读，没对应以项留空格）08 91
28、683108509105F0 11 00 0D 91 685151916730F7 00 00 00 08 621172314F60FF01 即为发送“我爱你！”四个汉字字符的全部代码。为方便记忆，可以概括编码后的代码为：处理后的中心地址+11000D91+处理后的目标地址+000000+处理后的短信息内容。 在本次设计的家用安防系统中，TEXT编码模式已经可以满足系统的使用需求，所以综合各方面考虑，决定采用text模式。说明：（1） GSM MODEM在接受到单片机从串口中发出的AT指令后并不马上执行响应的指令，而是先想主机（单片机）返回一个“OK”，然后再执行指令，所以在实行软件控制的时候
29、应注意延时。（2） 从MODEM中读出的数据的每一位都是以十六进制表示的，所以在计算数据长度时应小心。2.3 传感器在智能化系统以及最近新兴的一个领域物联网中，有一个成员是必不可少的，它就是传感器。正是有了这些各式各样的传感器，才造就了智能化系统的多样化。在本课题中主要用到热释电红外传感器与DALLAS公司开发的DS18B20数字温度传感器。2.3.1 热释电红外传感器热释电红外传感器是目前在防盗系统中使用相对广泛的传感器之一，这与它本身成本低、探测范围广、性能稳定等优点是分不开的。图2-5是热释电红外传感器的基本原理结构图。从图2-5中可以看到，一对高热电系数探测元反接构成热释电红外传感器的
30、探测头，这种反接的方式有助于抑制由于自身温度变化而产生的干扰，可以起到温度补偿的作用；高阻值电阻R实现电流到电压的转换，微弱的电压信号再有场效应管放大输出，其中场效应管还起到阻抗匹配的作用，在漏极与源极间的电容起到抗干扰的作用。图 2-5 红外传感器原理结构图*探测原理热释电红外传感器在整个探测过程不发出任何形式的能量，叫做“被动式”测量。滤光片只允许波长在10um左右的外界光线进入传感器内部，将其他波长的光线挡在外面，从而抑制了外界光线变化对探测的干扰，当外界热源运动时，热电材料在感应到红外线后两端形成电荷，电流流经高阻值电阻形成电压信号，经场效应管放大后输出到后续电路处理、整形后作为单片机
31、的采样信号。人体温度在37左右，发出红外线的波长大概在10um左右，当有人在红外传感器前运动经过，传感器输出相应信号，信号被单片机采样到并控制执行器执行相应任务，从而实现防盗共功能。红外传感器在使用时还应在滤光片外套上菲涅尔透镜，可增强其探测能力。*HC-SR501在本系统中，综合性能的稳定性以及技术的成熟性，决定采用HC-SR501模块，下面为HC-SR501的部分参数。工作电源：DC4.5-20V；静态电流：50uA；输出电平：高 3.3V/低 0V；感应角度：110；感应距离：7米；2.3.2 DS18B20数字温度传感器DS18B20提供9位温度读数，测试温度范围为-55125，测试温
32、度增量值为0.5。转换温度时间的典型值为1S，采用1-wire总线通信，无需再配置电源，图2-6为TO-92封装图图 2-6 18B20封装DS18B20的引脚名称及对应的功能见表3表3 DS18B20引脚说明引脚名称说明GND电源地DQ数据I/O接口、寄生电源接口VDD电源1-WIRE总线操作DS18B20的1-wire总线硬件接口电路如图2-7所示图 2-7 硬件连接图1-wire总线支持一主多从式结构，硬件上需接上拉电阻，每个DS18B20都具有其唯一的生产序列号，可编程寻址；当一方完成数据传输要释放总线，需将总线置高；在总线空闲时将总线拉低则获得总线控制权，可进行数据传输。1-wire
33、总线操作必须严格遵守1-wire总线通信协议的操作时序要求，以下是几个主要的操作时序：图 2-8 总线复位总线复位：置总线为低电平并保持至少480um，然后将总线拉高，等待从机响应再次将总线拉低，完成复位操作。图2-9 写数据0写数据0：保持总线为低至少15um，然后延时15-45um等待从端采样总线，完成向从端写0操作。图2-10 写数据1写数据1：置总线为低并保持1-15um，然后拉高并延时15-45um等待从端采样总线，完成写1操作。图2-11 读数据总线读数据总线：置总线为低至少1um，然后再15um内完成数据采样，再拉高总线保持45um，完成读操作。温度转换及读取流程DS18B20在
34、数据传送时，低位优先原则。温度转换及读取流程如表4所示表4 温度转换及读取过程主机状态命令/数据说明TXRESET复位操作RXPRESENCE从机应答TX0xCC忽略ROM匹配TX0x44温度转换命令WAIT延时100-200msTXRESET再次复位RXPRESENCE从机应答TX0xCC忽略ROM匹配TX0xBE读取内部寄存器命令RX9 data byte读取前2B温度值说明：1 单片机在于DS18B20进行数据交换时，数据的低位先传送；2 数字温度传感器在使用寄生电源的情况下应接上拉电阻；2.4 液晶显示器本系统中所需要显示的内容比较简单，采用一般液晶显示器即可满足系统需求，综合成本及效
35、果考虑决定采用市场上使用广泛的LCD1602液晶显示模块。如图2-12 所示：图2-12 液晶显示模块LCD1602液晶显示模块特性：工作电源：5V 亮度可调；内部控制：HD44780；支持LCD的一般控制命令；字符发生器ROM：160个57点阵字型；显示数据寄存RAM:80Byte；用户自定义字型RAM：8个57点阵字型；引脚说明VSSVDD:工作电源和地；VEE:辉度调节端；RS: 寄存器片选信号接口；R/W: 读写信号控制接口；E : 使能信号；D0D7: 8为数据I/O口。控制方式LCD内部可看成两组寄存器，指令寄存器与数据寄存器，选择信号由RS引脚控制，RS=0，指向指令寄存器，此时
36、的读为读标志位，写则是写入指令到控制寄存器。对LCD的一切操作都必须在内部忙标志位为0的情况下有效。确认本次操作置E为1；RS=1,操作指向数据寄存器，读写的对象都是内部RAM。在使用LCD之前应对其先初始化，可以下几个方面入手：1 选定LCD的显示功能；2 设定LCD显示模式；3 设定显示字符的进入方式；4 清屏。图2-13为LCD显示的软件初始化流程： 图 2-13 软件初始化LCD流程图2.5 存储器单片机内部的存储单元是宝贵的，特别是内部的RAM单元，为了解决这个问题，本系统中介入E2PROM存储器ST24C02，以便于日后系统的扩展与升级。2.5.1 ST24C02ST24C02是有
37、ST公司开发的Two-wire serial E2PROM，内部有256个字节。工作电压3-5.5V，2K可读写E2PROM，二线制协议接口，支持单字节与多址读写操作。图2-14为DIP8封装的ST24C02 图2-14 ST24C02各引脚的功能见表5表5 ST24C02引脚说明引脚说明A0-A2硬件地址设置接口VCC/GND工作电源和地WP内存写保护SCL二线制总线时钟SDA二线制数据总线2.5.2 I2C二线制协议 对24C02的操作都是建立在二线制通信的基础上的，采用I2C二线制通信方式大大节约了传送数据的I/O口。这里，二线制通信方式中没有绝对的主机与从机，两根线SCL和SDA线均为
38、双向I/O线，通过上拉电阻连接正电源。总线空闲时两根线都处高电平，连接总线两端器件要求为输出级都为集电极或漏极开路，以具有线“与”功能。I2C总线上可以挂接多个器件，总线上的控制权是归置总线为电平的器件所有。将总线置高电平释放总线。主机可以通过寻址方式找到需要操作的对象，比如这里24C02的硬件地址则由1、2、3引脚的电气连接情况决定。 数据的传送在数据的传送过程中，首先主机要向从机发送器握手命令，图2-15是24C02的操作寄存器，寄存器为8位，其中高4位为器件标识“1010”；B3、B2、B1对应的是器件的硬件地址；最低位B0为读写选通信号，0写选通，1读选通。传送数据时，数据的高位线传送
39、。图2-15 指令寄存器在I2C总线技术规范中，规定了总线的开始与结束信号，如图2-16所示，当时钟SCL为高，数据线SDA的下降沿标志的总线的启动；当时钟线SCL为高，数据线SDA的上升沿标志总线的结束。图 2-16 I2C总线开始结束信号二线制通信协议在时序上也有严格要求，比如SCL必须至少保持4us才是有效的置高，数据转换后至少延时3.7um才能有效的读入数据。当发送完一位数据接着要发送下一位数据时，主机应先钳住总线，既拉低时钟线SCL然后变换数据，否则视为无效转换。ST24C02还支持多字节连续读写，具体读写过程可以参考它的PDF文档，这里不再赘述。总线竞争的仲裁一条总线上挂接多个器件
40、，难免有时要出现两个或多个主机同时需要占用总线，这是就出现总线竞争的现象。对于总线竞争的仲裁，I2C通信技术规范是这样规定的，当多个主机要同时占用总线，发送的数据与总线数据不同的主机将自动关闭输出级，从而实现当时总线的仲裁。其实总线的仲裁是两个层次的，首先是地址位的比较，地址一样再进入数据位的比较，这样保证仲裁的可靠性。第3节 系统的硬件设计在前面两节已经分模块将系统做了一定的介绍，在这一节里将实现相应模块的具体硬件单元电路设计以及各单元电路的电气连接。充分利用EDA软件，做到在仿真的基础上完善系统，最后为系统设计出具有可制造性与良好可焊性的PCB。3.1 原理框图从硬件上可看成电源、单片机M
41、CU模块、传感器等外设器件，图3-1为系统原理框图图3-1从框图左边我们可以看到红外传感器PIR和DS18B20温度传感器，其中红外传感器通过外部中断0接口与单片机系统相连，实现报警信号的传送。DS18B20由一般I/O口对它进行读写操作。单片机TC35i模块通过串口与TC35i模块进行通信，发送AT指令控制MODEM执行相应动作。单片机将系统中经常使用的大流量数据通过二线制总线对存取器ST24C02进行数据的读写。下面为具的单元电路设计。3.2 电源模块整个安防系统的电源分两块一是图3-2所示的为MCU模块以及传感器供电的电源，它的设计主要得考虑系统的功率问题，传感器静态电流50uA，DS1
42、8B20的发生在温度转换时的最大电流为1.5mA，三个指示灯每个工作电流约9mA，单片机正常工作时电流在3.77mA，所以就MCU系统而言，电源使用一个最大允许电流以1A的三端集成稳压器LM7805足矣。第二部分就是为短信猫的供电电源，前面介绍过，短息猫在发射信息时的最大电流可达2.5A，本系统中将使用一个配套的独立电源为MODEM供电，这样分开也有利于减小MODEM工作对MCU系统的干扰。图3-2 MCU供电电源3.3 指示灯电路图3-2中LED、LED2分别为串口收发工作指示灯和电源指示灯，采用直径为3mm规格的LED，其中LED发绿光，LED2为红光LED。工作电流均在9mA左右。而单片
43、机STC89C52I/O口最大驱动电流可达20mA，所以LED_GREEN直接用单片机I/O口驱动。图3-3 电源指示灯与串口工作指示灯3.4 蜂鸣器报警电路蜂鸣器报警电路如图3-4所示，三极管9012工作的开关状态，1K电阻起到限流的作用，当室内温度超过默认预设温度值50时，单片机置BU为高电平，蜂鸣器报警。图3-4 蜂鸣器报警电路3.5 MCU模块图3-5 MCU模块电路MCU模块电路如图3-5所示，单片机系统电路比较典型，设计中着重考虑的是单片机的驱动能力，在必要的地方加上拉电阻以及限流电阻。3.6 串口电平转换电路MODEM为CMOS电平，为实现TTL电平到CMOS电平的转换，系统中加入电平转换芯片MAX232，转换后的信号由9针串口输出，如图3-6所示。图3-6 TTL电平转CMOS电平电路3.7 系统局部仿真图3-7 ST24C02与DS18B20读写仿真图3-7中，LCD第一行为直接显示数据“TEST BY LJF Good”；第二行的“temp is”字符串则是从24C02里地址为0x05单元中读出，然后显示；后面的温度值则是从DS18B20中读书显示的。说明：本系统
