《单片机课程设计智能家居报警系统.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机课程设计智能家居报警系统.doc（37页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、 摘 要目前市场上针对普通家庭的智能防盗、防火等产 品很多，但基于远程报警系统的智能家居产品价格不菲。本次设计的基于AT89S52的智能家居报警系统实用性非常强，设计成本低廉，非常适合普通家庭使用。本产品采用的是 以ATMEL公 司 生 产 的 51系 列 单 片 机 AT89S52作为主控 芯片，AT24C02作为静态存储芯片，4*4 薄膜键盘和红外热式感应作为探测器，GSM和蜂鸣器的家庭报警模块。 随着信息技术的发展，实现家居的信息化、网络化，是当前智能家居系统发展的新趋势。本设计将通信技术与防盗系统紧密结合，为一款便敏小巧，低成本，适合普通室内报警的智能报警系统。本系统通过传感器获取室内
2、人员信息，并将信号发送到单片机微处理器。系统收到报警信息后通过辨认密码的方式确定目标身份，并通过蜂鸣器报警的方式警示入侵者。另外，系统配备具手机通信功能的GSM模块，能将室内安全状况第一时间发送至用户手机终端。不仅大大提高系统安全性及智能性，也方便用户的使用。 经测试，本系统稳定可靠，同时具有友好的人机界面，为用户提供安全服务的同时，实现系统智能化管理。关键字：GSM 智能报警 存储器 传感器目 录1 方案比较与选择52 主要元器件介绍62.1 主芯片-AT89S5262.2 显示屏-LCD160282.3 外部存储芯片-AT24C0292.4 GSM-TC35i103模块分析124硬件组成部
3、分135仿真分析166.电路板的制作，焊接，调试167课程设计心得168讨论及进一步研究和建议179课程设计心得18Abstract19参考文献191方案比较与选择方案一：本方案通过密码锁进行验证，使用LCD模块进行显示，当密码输入错误次数大于三次并且输入管理员密码也错误时，视为非法入侵，并通过GSM模块发送信息给用户手机终端。若通过其他途径非法侵入时并通过热释人体感应模块进行报警。总体系统框图如图1所示： 图1方案一系统框图密码锁模块：实现密码设置、密码存储、密码验证、密码出错报警。人体热释感应模块：当检测到非法入侵的人体时，启动蜂鸣器报警显示模块：采用LCD显示当前家居安全情况。报警模块：
4、通过蜂鸣器和GSM手机终端通信功能报警。程序下载模块：用于程序修改下载方案二：通过微处理器控制技术将双音多频电路与语音电路相结合，利用电话网络技术和相关的传感器，开发一种具有联网功能的智能报警系统。该报警系统由传感器终端、计算机控制中心、小区管理中心的接警主机及相关软件组成。如图2所示，主机电路由射频接收模块接收传感器发来的报警信号，通过解码电路解码后得到报警传感器预先设定的地址码和数据码类型。主机和传感器两者设定的地址码相同时才能被主机接收。解码输出信号进入主控制器的中断输入端，触发中断处理程序。该系统适用于小区式管理，实现小区与物业管理中心的安全状态保障，最终实现小区联网控制。 图2 方案
5、二系统框图方案二的系统功能齐全，但是设计复杂，适合在小区管理用户大规模使用。方案一虽然功能偏少，设计相对简单，而且实现相对容易，适合于家庭个人用户使用。综上两种方案，结合自身的设计水平，我们组选择方案一作为我们的最终设计方案。2.主要元器件介绍 2.1主芯片-AT89S52AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atme公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。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Flash，使得AT89S5
6、2在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 图3 AT89S52AT89S52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，AT89S52 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。 2.2显示器-LCD16021602液晶也叫1602字符型
7、液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 图4 LCD1602编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1
8、VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读/写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 图5 LCD1602引脚说明 2.3外部存储芯片-AT24C02AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作
9、，有一个专门的写保护功能。AT24C02芯片主要性能： 工作电压：1.8V5.5V 输入/输出引脚兼容5V 应用在内部结构： 128x8(1K),256x8(2K),512x8(4K),1024x8(8K),2048x8(16K) 二线串行接口 输入引脚经施密特触发器滤波抑制噪声 双向数据传输协议 兼容400KHz（1.8V,2.5V,2.7V,3.6V ） 支持硬件写保护 图6 高可靠性：读写次数：1,000,000 次 数据保存：100 年 （四）电平转换芯片-MAX232MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。 第一
10、部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后
11、从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。 2.4GSM-TC35i TC35i新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.34.8V ,电流消耗休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值；可传输语音和数据信号, 功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W ,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口(COM电平)通过AT命令可双向传输指令和数
12、据,可选波特率为300b/s115kb/s , 自动波特率为1.2kb/s115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复. TC35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-T RS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps115kbps之间可选，TC35模块提供RS-232数据口，采用AT指令，内置微控制器将GPS接收机和GSM模块结合在一起。为了方便设置波特率，我选用11.0592MHz的晶振作为单片机的外部晶振，波特率设置为9
13、600。RS232串口原理图如下所示。3.模块分析 1.主芯片-AT89S52模块 图7 2.串口通信和下载模块 图8 3存储芯片AT24C02模块 图94.系统硬件组成部分本系统的硬件部分主要由单片机AT89S52、晶振电路、报警电路、MXA232程序下载电路、44矩阵键盘和LCD1602显示电路和人体热释感应模块组成；其中报警电路使用蜂鸣器和GSM手机终端通信功能功能相结合报警。总的来说，智能家居系统主要由微处理器模块（MCU）、记忆模块、人体红外检测报警模块、键盘模块、程序下载模块和显示模块构成。微处理器模块，也就是AT89S52单片机，因为本系统要实现密码检测、密码设定、声光提示等功能
14、，要求微处理器必须能提供很多I/O口，而且由于系统体积限制，很难扩展I/O口和使用外部程序存储器，所以选用AT89S52单片机。记忆模块，本系统的记忆模块是通过单片机编程实现，这样的话就可以节约硬件开支。因为我们选用的AT89S52单片机运用了I2C技术在内部集成了的EEPROM，用户可以对其进行操作。通过编程实现了修改密码后的断电保存。报警模块，通过蜂鸣器和GSM手机终端通信功能报警，当密码输入错误次数大于三次，或者有非法侵入等行为，系统会用蜂鸣器实现声音报警，同时通过GSM模块发送警告信息给主人。 键盘模块，键盘模块的作用是让用户输入密码和修改密码。考虑到本系统需要用到大量的按键，键盘模块
15、采用薄膜键盘。通信接口模块，为了用实现单片机与GSM的通信，我们采用采用MXA232和九针的串接口组成通信模块。显示模块，考虑到友好的人机界面，采用LCD1602液晶显示。显示模块的作用主要是显示提示信息和输入的密码，以方便用户使用。5.仿真分析（1）总分析图 图10 （2） GSM模块调试通过RS-232将GSM模块和主控制板连接起来。这样要注意要将RXD-RXD,TXD-TXD连接起来，不要凭经验交叉连接。这里我采用串口调试助手，通过RS-232与电脑连接来调试。把串口波特率设置为9600，效验为设置为NONE，数据位8位，停止位1位 图11 串口助手模块有两种发送方式:TEXT模式和PD
16、U模式。PDU模式可以用Unicode编码发送英文、汉字。采用PDU模式比较复杂，TEXT模式虽然只能发送英文，但其无需编码，发送简单，所以我在测试时采用TEXT模式。TEXT 发送模式：（相对简单很多。）发送：AT返回：ATOK发送：AT+CMGF=1返回：AT+CMGF=1OK发送：AT+CSCA=+8613010130500返回：AT+CSCA=+8613010130500OK发送：AT+CMGS=13132061066返回：AT+CMGS=13132061066发送：XXXXXX(0-9，A-Z)XXXXX 是指阿拉伯数字0-9，英文26 个字母A-Z返回：XXXXXX(0-9，A-Z
17、)XXXXX 是指阿拉伯数字0-9，英文26 个字母A-Z发送：1A(十六进制发送)返回：+CMGS: XXXOK以上为 TEXT 方式发送截图：如果不能正常发送，返回ERROR，则说明需要格式化。可以发送AT&F 命令格式化。发送：AT&F返回：AT&F【6.电路板制作、焊接、调试此次电路板的制作是运用热转印法来实现，首先就是通过DXP进行原理图的绘制，然后就是PBC图的布线和连接，再者就是制版。制版的步骤又包括打印和热转印，腐蚀和清洗，钻孔和焊接电路。热转印法比用油膜法成功率更高，实现的效果更加好，同时更加有助于同学们带动同学们的热情。而在焊接的过程中，由于焊盘偏小而且我们的板是设置地板覆
18、铜，分布比较密集，大大提高了焊接的难度。小部分的虚焊会导致整个电路出现问题，所以我们在焊接各个元器件的时候，都要一一检测焊点是否导通，而且在吸焊的过程中要十分注意保护焊盘。并且焊完之后要逐个进行检查，避免短路断路等不合理的电线连接的出现。在电路板调试的过程中，我们是分模块进行调试，同时软件和硬件相结合，最开始的是检查LCD模块的实现，在接上各元器件之后，整个电路表面运行良好，屏幕也无法显示。我们再次检查电路，最开始以为是焊接出现问题，便再进行一次电路的检查，同时调节液晶显示的对比度，以希望得到最好的我亮度显示。最终经反复检查，发现时液晶接口的第三口的滑动变阻器的封装问题导致该滑动变阻器无法正常
19、工作，经过讨论我们将其进行跳线连接。然后进行蜂鸣器报警功能的检查，通过改变限流电阻的大小并烧写合适程序，我们是蜂鸣器达到预想期的效果。第三就是进行人体红外感应模块的调试，该电路和程序较为简单，较为容易实现。第四GSM功能的测试，该测试主要通过在单片机烧写程序，向GSM发送指令，GSM收到指令后进行相应的操作，包括向指定手机发送电话或者拨号。调试模块的方法是通过RS-232将GSM模块和主控制板连接起来，这样要注意要将RXD-RXD,TXD-TXD连接起来，不要凭经验交叉连接。采用串口调试助手，通过RS-232与电脑连接来调试。把串口波特率设置为9600，效验为设置为NONE，数据位8位，停止位
20、1位。第五总系统的调试，经过前一轮的奋战，我们将所有模块按设想结合起来，修改程序并经过多次测试终于实现了预定功能。7. 讨论及进一步研究建议本设计的功能主要包括，手动修改密码、手动清除密码、输入密码错误3次报警、人体红外检测入侵及入侵报警、密码断电保护、GSM短信报警、串口通信、手动复位。应该特别提到的是密码断电保护，由于修改密码后，如果没有断电保护装置的话，在下一次启动电路的时候，上一次的密码是不会保存的，这对密码的安全性有很大的威胁；在此次设计中，我们是通过I2C运用TC35i芯片可实现密码的存储，进行掉电保护。同时GSM短信报警可以实现远距离监控。8.课程设计心得我们主要是运用单片机设计
21、了一个报警系统，并且用模块化的设计方法来实现这个电路。在程序编写结束后，我们还对该程序进行了调试, 能按预期的效果进行模拟,基本完成课程设计的要求。通过这次单片机课程设计，我们收获了很多：首先是对单片机的整个认识和把握，这个过程包括选题，利用c语言设计程序，选元器件，画电路原理图和PCB电路图，制板，到最后利用自制的板进行下载调试和检验，整个过程哪怕有一个细节错了，整个设计也就失败。我们一开始编好程序后，出现一些小错误导致无法完成编译。在解决程序设计问题之后，我们开始画电路原理图和PCB电路图，特别是在画PCB的时候，元器件的放置，布线出现很多问题。通过查阅相关资料，完成PCB之后我们又在制板
22、的过程中遇到很多问题，如PCB线宽设置、焊盘直径设置等等，因为这些小问题会影响制板后电路板的制作效果，甚至会影响元器件的焊接。在焊接完程序片机后用单开发板进行下载调试和检验，最后才完成了这个课程设计。因为一开始没有经验，所以在整个过程中遇到了很多错误和麻烦，然而我们对一些错误却不能一步到位的判断出来，这就告诉我们设计一个实验或者做一件事情时，首先有一个大局意识，而且能够预见出现的问题和能够快速作出对这些问题或错误的反应与处理。同时通过这个实验，我们也深刻的发现理论与实际的区别，特别是电路的仿真与实际电路的运行有着很大的差别，往往能够在电脑进行成功仿真的电路在实际电路上却相差甚远。其次是通过写实
23、验报告，我们也学到了一些东西，例如我们把我们的实验过程和成果弄出来了，如何把它们展示给其他人看，这就是规则的问题，虽然我们写的时候有时候会很麻烦，但是这也是方便大家交流的一种好方法。最后，通过这次设计实验，我们发现了编程软件有时候并不很好的放映实践情况，因此我们应该设计一个更好的软件来仿真，一个好的仿真软件可以减少对试验箱的依赖而且更方便仿真调试与程序的修改。总之，这次实验不仅仅加强了我们的动手编程能力，也大大加强了我们团队合作以及设计的能力，使我们在理论学习和编程练习方面都获得了较大的收获。 致谢 在经过接近两个星期的努力，克服了查阅资料，绘制原理图，制板，焊接，调试等难关之后，我们终于完成
24、了蛋骗鸡的课程设计。这个经历就好像一部现实版的西游记，“取经”的成功虽说有我们“三师兄弟”的相互合作，但也离不开“佛祖菩萨”的帮助，这里的“佛祖菩萨”当然指的是老师您。想在设计方案之初，我们由于肚子里的墨水不够但又想多搞点模块来加分，所以多次想找您帮忙，但是想到这个课程设计设立的目的，我们还是放下手中的电话，最终还是跌跌撞撞地走过来了。但到了制板的时候，我们连打印纸都拿错，而且在打印纸卡在打印机都不会弄，还是要老师您帮忙，腐蚀的时候也幸亏老师您。再次感谢老师您对于我们这次课程设计的指导与帮助，这次课程设计让我们受益匪浅，同时也感谢在这个过程中帮助过我的同学，希望大家继续努力。 Abstract
25、 For ordinary families on the market at present the intelligence of guard against theft, fire prevention products a lot, but remote alarm system based on intelligent household products the price does not poor. Based on the design of the AT89C52 intelligent household alarm system practical very stron
26、g, design cost is low, very suitable for ordinary families use. This product USES is ATMEL company in male birth to 51 department listed monolithic machine AT89852 as the master chip, AT24C04 as static memory chips, and 4 * 4 film keyboard and red WaiReShi induction as detector, GSM and a buzzer fam
27、ily alarm module. Along with the development of information technology, realize the household of information, network, is the current intelligence lives in the new trend of development of the system. This design will communication technology and security systems closely, for a small and sensitivity,
28、 low cost, suitable for common indoor alarm intelligent alarm system. The system through the sensor for indoor personnel information, and will signal sent to single chip microprocessor. System information received alarm by recognizing the password after determined by means of identity, and through t
29、he way buzzer alarm warning invaders. In addition, the system is equipped with a mobile communication function of GSM module, can will indoor security in the first mobile phone users send to the terminal. It not only greatly improve the system security and intelligence, also facilitate the use of us
30、er. By test, this system is stable and reliable, and has friendly interface, to provide security services at the same time, realize intelligent management system.Key word: GSM Intelligent Alarm Memory Sensor参考文献1.李广第等.单片机基础.北京航天航空大学出版.2.吴国敬等.单片机应用和技术.中国电力出版.3. 王卫星等.单片机原理与应用开发技术.中国水利水电出版社.4. 康华光等.电子技
31、术基础模拟部分.高等教育出版社.5. 康华光等.电子技术基础数字部分.高等教育出版社.附：总原理图源程序：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/-TC35i-uchar code at = ATr; /联机指令 “r”-“enter” uchar code cmgf=AT+CMGF=1r; /选择短信息信息格式-文本uchar code csca=AT+CSCA=+8613800200500r; / 广州信息中心号码uchar code cmgs=AT+CMGS=13622621738r; / 短信接受者号码u
32、char code atd=ATD13622621738;r; / 电话接受者号码 uchar code af=AT&F; / 格式化uchar code adata=!warning!;uchar code adata1=ok!;uchar code table1=Please enter the; uchar code table2=password:;uchar code table3=Please press the;uchar code table4=confirm key;uchar code table5=Your password is; uchar code table6=i
33、ncorrect;uchar code table7=Welcome ! ;uchar code table8=*;uchar code table9=1,2,3,4,5,6;uchar code table10=1,2,3,4,5,6,7,8,9;uchar code table11=Senior Password; uchar code table12=new password:; uchar code table13=password again:;uchar code table14=Password changed; uchar code table15=successfully;u
34、char code table16=*;sbit sda=P01; /24C02sbit scl=P00;sbit lcdrs=P34; /LCDsbit lcdrw=P33;sbit lcden=P32;sbit rsd=P36; /红外热释电sbit fmq=P07;bit flag,flag1,flag2,flag3,flag4,flag5,ok,ttt=0;/*ttt-GMS是否发送警报 ok-密码输入正确*/uchar kk; uchar num,num1,num2,num3,num4;uchar aa6,bb9,cc6,dd6; void send_c(uchar cc) /串口发
35、送字符 SBUF =cc; while(!TI ); TI = 0; void uart_init() /串口初始化 SCON=0x50; /允许接收 -串口工作方式1 REN=1 PCON=0x00; /波特率不加倍 TMOD=0x20; /定时器1方式2 TH1=0xfd; / 波特率设置为9600 TL1=0xfd; TR1=1; ES=1; /开串口终端void delay_1(uint z) /Zms延时uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void send(uchar *tab) /串口发送字符串 while(*tab)!= 0) SBU
36、F =*tab; while(!TI ); TI = 0; tab+; send_c(0x0d); /结束字符 00001101send_c(0x0a); /00001010void delay() /At24c02延时 ; void delay1(uint i) /Ims延时uint j;for(;i0;i-)for(j=100;j0;j-);void write_com(uchar com) /lcd1602读写lcdrs=0; /低电平表示输入指令lcden=0;P1=com; /送给P1口delay1(5);lcden=1;/EN电平由高变低，表示执行指令，所以先拉高delay1(5)
37、;lcden=0;void write_data(uchar dat)lcdrs=1; /高电平表示输入数据lcden=0; /先置低电平P1=dat;delay1(5);lcden=1; /先置高电平，后置低电平，执行指令delay1(5);lcden=0; void lcall1() /请输入密码 write_com(0x01); / 清屏幕指令，将以前的显示内容清除 write_com(0x80); /第一行-0x80+for(num=0;num16;num+)write_data(table1num); /显示Please enter thedelay1(20);write_com(0
38、xc4); /第二行-0xc0+ 第四位写入for(num=0;num9;num+)write_data(table2num); /显示password:delay1(20);void lcall2() /请按确认键 write_com(0x01); write_com(0x80); for(num=0;num16;num+)write_data(table3num); /显示Please press thedelay1(20);write_com(0xc2);for(num=0;num11;num+)write_data(table4num); /显示confirm keydelay1(20
39、);void lcall3() /你输入的密码有误 write_com(0x01); write_com(0x80);for(num=0;num16;num+)write_data(table5num); /显示Your password isdelay1(20);write_com(0xc3);for(num=0;num9;num+)write_data(table6num); /显示 incorrectdelay1(20);void lcall4() /欢迎光临 write_com(0x01); write_com(0x82); for(num=0;num11;num+)write_dat
40、a(table7num); /显示Welcome !delay1(20); void lcall5()/请输入管理者密码 write_com(0x01); write_com(0x80);for(num=0;num16;num+)write_data(table1num); /显示Please enter thedelay1(20);write_com(0xc0);for(num=0;num15;num+)write_data(table11num); /显示Senior Passworddelay1(20); EA=1;/ RI=0;/ delay1(2); delay1(2); void
41、lcall6()/请输入新密码 write_com(0x01); write_com(0x80);for(num=0;num16;num+)write_data(table1num);delay1(20); write_com(0xc2);for(num=0;num13;num+)write_data(table12num); /显示new password:delay1(20);void lcall7()/请再输入一次 write_com(0x01); write_com(0x80);for(num=0;num16;num+)write_data(table1num); delay1(20); write_com(0xc2);for(num=0;num15;num+)write_data(table13num);/显示password again:delay1(20);void lcall8() /密码已修改成功 write_com(0x01); write_com
