毕业设计论文基于单片机和GSM的智能防盗报警系统的设计.docx
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毕业设计论文基于单片机和GSM的智能防盗报警系统的设计
毕业论文
基于单片机和GSM的智能防盗报警系统的设计
学生姓名:
学号:
学院名称:
信息技术学院
专业名称:
计算机应用技术
指导教师:
山东女子学院教务处制
2011年5月16日
基于单片机和GSM的智能防盗报警系统的设计
摘要
设计了一种基于单片机和GSM技术的智能防盗报警系统,本系统主要由单片机AT89S51、SIM300Z短信模块和传感器电路组成,借助最可靠、最成熟的GSM移动网络,以最直观的中文短消息或电话形式,随时实现异地监控家中的情况,并且家中发生盗情时能及时把报警地点的情况反映到主人的手机屏幕上,具有方便安全的优点。
【关键词】单片机;GSM;报警;硬件;软件;设计
DESIGNOFINTELLIGENTALARMSYSTEMBACEDONSINGLE-CHIPCOMPUTER&GSM
ABCTRACT
TheCyctemicmadeupofMCUandGCMModem.ItwilldicplaythealarmcontentinChinecedirectlyatyourmobileccreen,anditrecurctothemoctreliableGCMmobilenetwork.Thecyctemadoptedinitiativeinfraredcencortodetect,anditturnedthetraditionalalarmnetandalarmwindowctoimmateriality.Becidec,thecyctemequippedthecmogcencorandleakinecccencorofgacandguardedagainctfireandgacleakinecc.
Keywords:
single-chipcomputer;GSM;alarm;hardware;software;design
1绪论……………………………………………………………………
2硬件系统设计………………………………………………………………
2.1硬件系统总体结构………………………………………………
2.2硬件系统基本工作原理……………………………………………….
2.3硬件系统部分电路设计…………………………………………….
2.4传感器电路与单片机的接口…………………………………….
2.5硬件系统详细设计………………………………………………
2.6硬件系统实验平台……………………..…………………….
3应用软件设计……………………………..…………………………..
3.1单片机编程环境……………………………………………………..
3.2主控程序…………….……………………………………………..
3.3定时中断处理子程序………………………………………………
3.4传感器信号采集子程序…….…………………………………….
3.5核对子程序.…………………………………………………………
3.6查找报警点子程序.…………………………………………………
3.7显示报警点子程序.…………………………………………………
3.8GSM短信发送子程序.……………………………………………...
3.9温度显示子程序…………………………………………………….
3.10键盘扫描子程序…………………………………………………….
4结论………..…………………………………………………………….
致谢词…………………………………………………………………………….
参考文献……………………………………………………………………………………
附录A其他程序代码…………………………………………………………
附录BGSM-G100A数据传输格式………………..………………………………….
1绪论
随着我国国民经济的快速发展,人民生活水平的提高,人们对家庭住房的防盗、防劫、防火设备的重视程度也在不断提高,所以现代社会有更多的人需要对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行监测和报警。
本文按照任务要求设计了一个基于单片机和GSM的智能防盗报警系统,为家庭或单位的防盗事故进行实时监控。
随着电子技术的飞速发展,报警系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:
通过振铃威慑盗贼;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)通过振铃威慑盗贼的方式,当发出振铃信号时容易使盗贼跑掉,不能抓住盗贼。
(2)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。
(3)以太网同样面临着线路被切断的隐患,且不易普及。
(4)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。
为了有效的保证居民的生命财产安全,并针对以上通信方式的优、缺点,设计了基于单片机和GSM技术的家庭无线防盗报警系统。
该系统是利用无线GSM技术进行监控,将AT89S51单片机、SIM300Z集成GSM短消息通讯模块、HT1602液晶显示驱动芯片等有机地结合在一起,构成一种功能先进、实用、成本低廉的家庭智能防盗报警器。
此系统让家庭防盗更及时、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、最成熟的GSM移动网络,以最直观的中文短消息或电话形式,直接把报警地点的情况反映到主人的手机屏幕上。
它采用主动式红外传感器进行检测,变有形的传统防盗网防盗窗为无形,给火灾时的逃生提供方便。
2硬件系统设计
2.1硬件系统总体结构
基于单片机和GSM的智能防盗报警系统是由GSM短消息模块、键盘模块、液晶显示模块、电源模块构成,系统硬件总体框图如图2.1所示。
图2.1系统硬件总体框图
2.2硬件系统基本工作原理
在房屋的窗户上安装红外传感器,在门上安装霍尔传感器。
当家中发生警情时,此时家中设定的传感器模块会发出异常信号给单片机,单片机接收到信号后通过GSM模块立即发出短消息给主人或者小区物业报警,以便及时采取防盗措施避免财产损失。
当主人在家无须设防时,该报警系统还可以显示温度,即作为数字温度仪使用。
2.3硬件系统部分电路设计
2.单片机模块
AT89S51作为普通51单片机已与广泛应用于各种产品中,其接口简单,方便使用,且功能强大,因此本系统采用AT89S51单片机作为主控制芯片。
AT89S51单片机由ATMEL公司生产,芯片外部结构如图2.2所示。
图2.2AT89S51单片机芯片
AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,具有高密度、非易失性存储技术的特点,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,使AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S51单片机的具体功能特性如下:
与MCS51兼容;4K支持在线编程(ICP)的FLACH结构程序存储器,1000次擦写周期;工作电压为4.0V~5.5V;全静态工作:
工作频率为0~33MHz;3级程序安全加密保护;256*8位内部RAM;32个可编程I/O端口;3个16位定时器/计数器;8个中断源;ISP在线编程;一个全双工异步串口;支持低功耗及掉电模式;支持中断从掉电模式唤醒;内置看门狗;双数据指针等。
GSM模块
本系统的GSM模块采用北京捷麦公司生产的GSM-G100A,此模块由SIM300Z和ATMEGA4微处理器主要部件组成,GSM-G100A与AT89S51通过串口连接,其连接原理图如图2.3所示。
图2.3AT89S51与GSM-G100连接
GSM-G100A使用前可用初始化软件对其进行初始化参数设置,如通信参数(默认波特率为9600bps、数据帧为8位)、传输模式、有无密码、接收方手机号码等,这样在软件中就不用再关心参数问题了,如不用设置接收方手机号码了,方便程序编写。
单片机与GSM的通信波特率、数据位数必须相等!
如都为9600bps、8N1。
关于GSM-G100模块更详细的使用说明参见其PDF文件(可网上下载)或附录B。
红外传感器模块
红外传感器适于放置在窗户上,用于对窗户是否有人闯入进行监测,其应用电路如图2.4所示。
热探测器是利用辐射热效应,使探测元件接收到辐射能后引起温度升高,进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。
当元件接收辐射,引起非电量的物理变化时,可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。
去单片机
图2.4红外传感器电路原理图
霍尔传感器模块
本系统使用霍尔传感器(型号为A04E)作为门是否被打开的监测元件。
霍尔传感器安装在门上,其接线图如图2.5所示。
在门的边沿处固定一块磁钢,与固定在门框处的霍尔传感器相对,当门被打开时霍尔传感器通过OUT端输出一个脉冲,此脉冲输入到单片机的某一并口或T1端,作为盗贼入室信号。
图2.5霍尔传感器接线原理图
2.4传感器电路与单片机的接口
入室监测传感器与单片机的接口
入室监测传感器包括红外传感器、霍尔传感器,它们与AT89S51单片机的接口通过8243并行I/O口芯片,实现多点检测,8243与单片机的连接如图2.6所示。
一片8243有4个4位的并行I/O端口,即P4(P4.0~P4.3)、P5(P5.0~P5.3)、P6(P6.0~P6.3)、P7(P7.0~P7.3),每个端口连接4个传感器输入信号,故每片8243可检测16个门/窗。
本系统用了两片8243,若需要,还可增加8243的数量。
2.4.2温度传感器与单片机的接口
温度传感器采用DS18B20新型数字温度传感器,它将温度传感元件、数字量转换电路、数据存储器、外部通信接口等部件集成在一块芯片上,可在单片机控制下,通过少量的几根信号线输出数字形式的温度值,大大简化了硬件设计。
本系统中,温度传感器模块DS18B20的数据线与AT89S51单片机的P1.0口线连接,如图2.6所示。
图2.6传感器与AT89S51接口
2.5硬件系统详细设计
基于单片机和GSM的智能防盗报警系统的硬件详细电路如图2.7所示。
每片8243接16个传感器电路的输出端,8243的片选分别连P1.5赫P1.6口线、PROG端连P1.4、数据/命令端口(P2)连P2.0~P2.3口线。
4位共阴极数码管采用动态显示方式,用于显示温度数据,由单片机P0口提供段码信号,P2.7~P2.4口线提供位码信号。
按键K1、K2接到P1.1和P1.2口线。
温度传感器DS18B20的数据线与单片机的P1.0口线连接。
图2.7系统硬件详细电路
2.6硬件系统实验平台
硬件系统实验平台采用我院嵌入式系统实验室的单片机实验板(实验箱),外扩红外传感器检测电路和霍尔传感器检测电路,通过实验板上的A/D转换器ADC0809或直接连接至单片机并口,如P0口。
GSM-G100通过串口与单片机通讯。
实验系统如图2.8所示。
图2.8防盗报警系统硬件实验平台
3应用软件设计
3.1单片机编程环境
单片机的编程语言可以采用MCS-51单片机的汇编语言或KeilC语言(C51)。
在此系统的软件设计中选择采用MCS51汇编语言编程。
汇编语言具有可执行文件代码短、执行速度快的优点,被广大单片机编程者所采用。
编程环境采用的是KeilμVicion2,KeilμVicion2是Keil公司关于MCS-51系列单片机的集成开发环境(或工具),即可在其下程序编制、程序烧录等。
KeilμVicion2编程界面如图3.1所示。
如果程序要烧写到单片机的Flash中,必须在编译时生成HEX文件,即烧写到单片机的文件。
要生成HEX文件,需在编译之前对输出选项进行设置,步骤如下:
鼠标右击Target1图标,在出现的快捷菜单中选择“OptionsforTarget’Target1’,在接着出现的窗口中选择Output选项卡,勾选“CreateHEXFile”,单击确定。
这样在文件编译时就可生成HEX文件了。
用相应的软件即可将文件烧写到单片机里。
图3.1KeilμVicion2的编程界面
主控程序
主控模块的流程图如图3.2所示。
复位后首先进行系统初始化:
即设置8243的口地址及控制字、设置定时/计数器T0的工作方式及初值,启动定时并开放中断,接下来进入主循环。
主循环的基本任务是不断刷新显示当前室内温度信息。
当T0定时时间到,轮巡检测一次传感器和检测按键,然后又开始新一轮定时。
图3.2主控程序流程图
3.3定时中断处理子程序
定时中断处理子程序的流程见图3.3。
设置定时/计数器T0每50ms发生一次定时中断,在中断服务程序中,单片机轮巡读取一次红外传感器、霍尔传感器的数据,然后判断是否为入室信号(如霍尔传感器输出脉冲信号,等),若为入室的信号,就调用发送短信子程序,立刻发送短信给主人或物业。
否则,如果没有入室信号就读取按键,判断有无按键,若有按键则调用处理按键子程序,若无按键则返回到主控。
最后由中断处理子程序重装16位计数初值。
系统中使用单片机的晶振频率为12MHz,定时/计数器T0工作于方式1(16位定时/计数器)、定时模式。
则定时50ms的计数初值N为:
图3.3定时中断处理程序流程图
3.4传感器信号采集子程序
传感器信号采集子程序的功能是单片机依次读取连接在并行端口上的红外传感器的输入信号和霍尔传感器的输入信号,其程序流程如图3.4所示。
入室信号?
图3.4传感器信号采集子程序流程
读取传感器数据子程序的代码如下,该程序采用汇编语言编写。
READ:
MOVP1,A;送控制字到P1口
CLRP1,4;使PROG有高变低,送控制字到8243
ORLP,#0FH;单片机P1口的低4位置成输入状态
MOVA,P1;把8243口上的数读入累加器A
SETBP1,4;使PROG有低变高,结束读过程
ANLA,#0FH;清高4位,保留低4位数据
RET;子程序返回
3.5核对子程序
核对子程序主要用于核对盗警的真实性,以防发生误报。
在核对子程序中先延时3s,然后再次读入相同口的信号,比较后做出判断是否报警,若是入室信号则在3FH单元中设置入室标志FFH,最后调用查找报警点子程序,用于发送/显示入室点。
校对子程序流程图如图3.5所示。
图3.5核对子程序流程图
核对子程序代码如下:
M2:
MOVR0,A;将第一次读入的数据写入R0中
LCALLDELAD;延时3C
MOVA,R1;送相同口的控制字
ACALLREAD;重读
XELA,R0;比较
JNZM22;判断是否有入室信号
MOV3FH,#FFH;有入室,置入室标志FFH
ACALLTLTC;调用查找入室点子程序
M22:
RET;无入室信号返回
3.6查找报警点子程序
查找报警点子程序主要完成三项任务。
第一项任务是判断当前读的是8243的4个口中的哪一个口;第二个任务是判断这个口所用的芯片;第三个任务是判断这个口有哪几个点不为0,定义为PX.0~PX.4(X=4~7)。
查找报警点子程序流程图如图所示。
图3.6查找报警点子程序流程图
查找报警点子程序代码如下:
LTC:
MOVA,R1;送有警口控制字A
ANLA,#0FH;屏蔽高4位
MOVR7,A
JNZL1
MOVR2,#00H;是P4口,00H送入R2
L1:
MOVA,R7
XRLA,#01H
JNZL2
MOVR2,#04H;是P5口,00H送入R2
L2:
MOVA,R7
XRLA,#02H
JNZL3
MOVR2,#08H;是P6口,08H送入R2
L3:
MOVA,R7
XRLA,#03H
JNZLL3
MOVR2,#12H;是P7口,08H送入R2
LL3:
MOVA,R1;再送有警口控制字到A
ANLA,#0F0H;查找是哪片8243有盗警
RLCA
JCL4
MOVR3,#16H;是第二片,16H送入R3
L4:
RLCA
JCL5
MOVR3,#00H;是第一片,00H送入R3
L5:
MOVA,R0;核对过的数据送入A
RRCA;循环右移
MOVR0,A
JNCL6;查找是哪个点为1[有盗警信号]
MOVR4,#01H;调用显示子程序
LCALLDIC;继续查找
L6:
MOVA,R0
RRCA
MOVR0,A
JNCL7
MOVR4,#02H;是PX.1,02H送入R4
LCALLDIC;调用显示子程序
L7:
MOVA,R0;继续查找
RRCA
MOVR0,A
JNCL8
MOVR4,#03H;是PX.2,03H送入R4
LCALLDIC;调用显示子程序
L8:
MOVA,R0;继续查找
RRCA
JNCL9
MOVR4,#04H;是PX.4,04H送入R4
LALLDIC;调用显示子程序
L9:
RET;子程序返回
3.7显示报警点子程序
显示报警子程序主要用于对所查找到的报警点进行显示,其程序流程图如图3.7所示。
图核对子程序流程图
显示报警点子程序代码如下:
DIS:
MOVA,R2;R2、R3、R4相加即得报警点地址
ADDA,R3
DAA
ADDA,R4
DAA
MOVR4,A;把相加结果存放在R4中
MOV21H,#00H;置循环显示初值
HDICP:
MOVA,R4
ANLA,#0F0H
ORLA,#07H
MOVP2,A;送高位显示值
ACALLDELAD2;延时
MOVA,R4
ANLA,#0FH
CWAPA
ORLA,#0BH
MOVP2,A;送低位显示值
ALCALLDELAD2;延时
INC21H
MOVA,#0FFH
XRLA,21H
JZB1;循环显示完否
CJMPHDICP;未完待续
B1:
RET
3.8GSM短信发送子程序
该子程序的功能是单片机通过GSM模块发送报警点地址短信,报警点地址在R4寄存器中,其程序代码如下。
该程序采用汇编语言编写,并经过编译、调试、烧写、运行通过。
SEND:
;串口初始化
MOVEA,0;关全部中断,均采用查询方式
MOVTMOD,#20H;定时器T1置为方式2(串行时,T1固定作波特率发生器)
MOVTH1,250;置T1的计数初值(对应波特率为9600bpc,可查表)
MOVTL1,250
SETBTR1;启动T1开始计数
MOVPCON,#80H;;置CMOD位=1,则波特率=21*4800=9600bpc
MOVSCON,#50H;;设置串口方式1(10位异步方式,允许接收即REN=1)
;发送数据(单片机向GCM发数据,GSM只要收到数据即可向既定的手机发收到的数据(短信)
MOVR0,R4;R4存储报警点地址
CLRTI
MOVSBUF,R0
NOP;延时等待
NOP
CLRTI
RET
3.9温度显示子程序
温度显示采用动态扫描方式,为避免出现闪烁或黑屏,主控程序模块必须不断调用数码显示程序,刷新数码管上显示的内容。
键盘扫描与数码显示的流程如图3.8所示。
图3.8温度显示程序流程图
3.10键盘扫描子程序
键盘扫描程序用于检测两个按键的状态。
K1被按下时撤销防护,只显示温度;K2按下时,启动防护。
程序流程略。
4结论
本次设计切实考虑了家庭防盗的需求,针对家庭防盗的主要方面而设计的一款基于单片机和GSM技术的智能防盗报警系统。
设计过程中充分考虑了各种可能出现意外情况,根据具体情况设计了相应的功能。
如预设、校时、查询等。
操作简单、方便。
此系统借助最可靠、最成熟的GSM移动网络,大大减少了误报现象,可靠性强。
本设计软、硬件调试已经通过,性能良好,成本低。
致谢
通过本次毕业设计,使我增强了理论与实践结合的能力,设计过程中遇到各种问题在指导老师的帮助下得以解决,锻炼了我的意志,更使我增强了信心。
在此要感谢学院给提供了良好的实验环境以及我的指导老师。
参考文献
[1]庄志红,陈伦琼.单片机原理及应用技术[M].北京:
电子工业出版社,2009
[2]张毅刚等.MCC-51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社,1990
[3][M].重庆:
科学文献出版社重庆分社,1987
[4]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京航空航天大学出版社,1990
[5]李华..MCC-51单片机实用接口技术[M].北京航空航天大学出版社,1993
[6]何立民.单片机应用技术选编[M].北京航空航天大学出版社,1996
附录A:
其他程序代码
(除正文中的代码以外的其他程序代码)
(1)延时子程序代码
DELAD1:
MOVR5,#04H;延时子程序1
DELAD2:
MOVR6,#0F0H
DELAD3:
MOVR7,#0F7H
DELAD4:
NOP
NOP
DJNZR7,DELAD4
DJNZR6,DELAD3
DJNZR5,DELAD2
RET
DELAD5:
MOVR5,#02H;延时子程序2
DELAD6:
MOVR6,#0FFH
DJNZR6,$
DJNZR5,DELAD6
RET
(2)传感器数据采集子程序代码
SENSEREAD:
MOVP1,#0FOH;关闭8243
MOVR3,#0DOH;读第一片8243的P4口的控制字暂存寄存器
MOV20H,#02H;计8243的片数
M1:
MOVA,R3;控制字符送入累加器
MOVR1,A1;暂存于R1中
ACALLREAD;调用读数子程序
JZN1;无盗警转向N1
ACALLM2;调用核对子程序
N1:
MOVA,R1;指向8243的P5口
1NCA;第一片
MOVR1,A
ACALLREAD;调用读数子程序
JZN2;无盗警转向N2
ACALLM2;调用核对子程序
N2:
MOVA,R1;指向8243的P6口
INCA;第一片
MOVR1,A
ACALLREAD;调用读数子程序
JZN3;无盗警转向N3
ACALLM2;调用核对子程序
N3:
MOVA,R1;指向824
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