家庭智能紧急呼救系统的设计.doc
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家庭智能紧急呼救系统的设计.doc
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桂林电子科技大学课程设计(论文)报告用纸
编号:
毕业设计说明书
题目:
家庭智能紧急呼救系统设计
学院:
信息与通信学院
专业:
电子信息工程
学生姓名:
学号:
指导教师:
职称:
题目类型:
理论研究实验研究√工程设计工程技术研究软件开发
2013年6月5日
桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第1页共2页
摘要
本设计介绍了家庭智能紧急呼救系统的设计以及工作原理。
随着信息技术的飞速发展和人民生活水平大幅提高,人们对家居安全的重视程度不断提高。
如今很多老人或儿童尤其是残疾人或有突发性疾病的患者等,在遇到突发事件时,如盗贼入室、火灾、燃气泄露、疾病求助等由于自身行动不方便或者过度惊慌没能发出报警的信息。
最基本的电话求助已不能保证他们的居家安全,必须建立一个稳定、可靠、易操作的急救报警系统。
为了解决以上问题,本毕业设计通过GSM模块、煤气检测传感器、烟雾传感器、红外传感器与单片机的联接,实现对家庭的安全进行实时监测,当发生异常现象时发出报警的声音,通过GSM模块发出求救信息;同时设计无线求救模块,当有紧急情况时,可以通过无线求救模块发出求救信息。
本设计也可以通过手机发送信息对系统进行复位以及获取当前每个传感器的实时信息如温度、气体浓度、红外传感器的状态,从而实现防火、防燃气泄漏、防盗的作用。
在这个系统当中,GSM模块与单片机之间的通信进行信息的双向传输是最关键的,因为如果不能确保它们之间的正常通信,就算是检测到了突发事件的发生,不能把求救信息发送出去,那么设计就失去了意义。
关键词:
单片机;GSM;手机;传感器;无线模块
ABSTRACT
ThisdesignintroducesafamilyofIntelligentemergencycallsystemdesignandworkingprinciple.Withtherapiddevelopmentofinformationtechnologyandasubstantialincreaseinpeople'slivingstandards,peopleareattachingincreasingimportanceofhomesafety.Today,manyelderlypeopleorchildren,especiallydisabledorsuddenillnessofpatients,whenfacedwithanemergency,suchasthievesburglary,fire,gasleaks,diseasehelp.Inconvenientduetotheirownactionsorexcessivepanicdidnotalarminformationcanbeissued,themostbasictelephonehelpcannotguaranteethesecurityoftheirhome,youmustcreateastable,reliable,easytooperatetheemergencyalarmsystem.
Inordertosolvetheaboveproblems,thegraduationprojectbyGSMmodule,gasdetectionsensors,smokesensors,infraredsensorandmicrocontrollerconnectiontoachievereal-timemonitoringofthesafetyofthefamily,issuedthealarmsoundwhenanabnormalphenomenon,throughtheGSMmodulesendoutadistressinformation;designedwirelessdistressmodule,whenthereisanemergencysituation,bywirelessdistressmodulesentoutdistress.Thedesigncanalsosendamessagethroughthemobilephonetoresetthesystemandaccesstoreal-timeinformationforeachsensorsuchastemperature,gasconcentration,infraredsensorstatus,inordertoachievefireprevention,gasleakage,theroleofsecurity.
Inthissystem,two-waytransmissionofinformationcommunicationbetweentheGSMmoduleandthemonolithicintegratedcircuitisthekey,becauseifyoucan'tensurethenormalcommunicationbetweenthem,evenifitistodetecttheoccurrenceofunexpectedevents,can'thelpinformationissentout,thenthedesignwillloseitssignificance.
KEYWORDS:
MCU;GSM;mobilephones;sensor;wirelessmodul
桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第0页共1页
目录
引言 1
第1章系统原理及方案论证 1
1.1方案设计以及原理框图 1
1.2方案论证 2
第2章单片机 3
2.1STC12C5A60S2单片机介绍 3
第3章GSM模块 5
3.1GTM900C介绍 6
3.2GTM900C的主要特性 6
3.3GTM900C的硬件接口 7
3.3.1GTM900C的接口特性及技术特点 7
3.3.2GTM900C管脚分配 8
3.4GTM900C与MCU之间短信的发送和接收 9
3.4.1短信的发送 9
3.4.2短信的接收 15
3.4.3MCU与GSM之间短息接收并返回相关信息 16
第4章315M无线模块 22
4.1315M无线模块的介绍 22
4.2315M无线模块对MCU的控制思路 24
第5章传感器模块 25
5.1数字温度传感器DS18B20 25
5.2烟雾气体传感器 30
5.3红外传感器 31
第6章显示模块 33
6.1Nokia5110显示器介绍 33
6.1Nokia5110显示器的使用 34
第7章键盘模块 38
7.14×4键盘的设计 38
第8章硬件和软件的调试 41
8.1硬件的调试 41
8.2软件的调试 42
第9章结论 42
谢辞 43
参考文献 44
附录 46
桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第45页共46页
引言
随着科学技术的发展,安全人类社会稳定飞速发展的基础保障。
一个社会的人身安全,以及信息安全得不到保障就没有科学技术的高速发展。
本设计主要围绕人身安全而设计的一款智能家庭紧急呼救系统。
系统通过手机和GSM以及单片机系统组成的外围检测电路组成,GSM和手机之间的通信是无线传输,不像和固定电话通信那样需要电话线。
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,从而使其失去通信的能力。
另一方面就是固定电话不方便携带。
而手机现在非常普及,又方便携带,手机与GSM之间是无线的信息传输,不存在电话线的连接,所以十分安全。
还可以通过手机在何时何地只要有信号的情况下都可以通过手机获取当前系统的相关信息,十分的方便。
而以以太网组成的系统虽然控制也很方便,但是目前来说同样面临着线路被切断的隐患,因为现在以太网还是要网线相连接的,而无线网的范围小且不易普及。
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,很不适用。
所以本设计通过手机和GSM之间的通信有着它的优势,它不存在电话线以及地点的控制的限制。
它不依赖有线电话进行报警,而是借助可靠、成熟的GSM移动网络,以最直观的短信或者电话形式把系统检测到的信息情况反馈到你手机上,方便你做出选择,从而使安全得到保障。
第1章系统原理及方案论证
一个系统的功能实现有多种的设计方法,每种方法都有自身的优点及缺点对于怎样的设计方案才是最符合的,则要看设计的成本以及应用的工作环境还有其它的特殊要求等。
1.1方案设计以及原理框图
本文介绍了基于GSM短信模块的家庭智能紧急呼救系统工作原理,系统主要由GSM模块、煤气检测传感器模块、温度传感器模块、红外传感器模块以及315M无线模块组成。
如下图把它们的各个分立部分实现的功能组合起来就能实现对危情的检测。
图1-1家庭智能紧急呼救系统原理框图
主控制系统流程图如下:
开始
系统初始化
GSM初始化成功?
是
否
温度高
发短信提示温度过高
气体浓度高
发短信提示气体浓度过高
有人靠近
发短信提示有人靠近
接收到新消息?
短信内容为4
系统复位并返回OK
返回热释电工作状态
短信内容为3
返回当前气体浓度
短信内容为2
返回当前温度
短信内容为1
否
是
是
否
MCU检测到异常?
图1-2主控制流程图
1.2方案论证
依据系统功能原理的分析,本紧急呼救系统主要是通过一个微控制器把采集到的一些信息通过GSM模块反馈出去。
则主要的选择是选择怎样的一个微控制器去控制系统的运行,以下是具体提出的方案。
方案一:
采用51系列的单片机作为本设计的微控制器。
方案二:
采用PIC单片机作为本设计的微控制器。
方案三:
采用ARM系列的单片机作为本设计的微控制器。
上述硬件设计方案都是可以的,51系列的单片机是接触最多的比较了解其性能以及有关控制指令的编写,价格也不贵。
PIC单片机指令很少,写控制指令可能相对困难。
而ARM单片机功能虽然很强大,但是有很多它提供的功能在本设计中都用不到,而且价格也相对比较贵。
所以在兼顾到性价比的前提下采用方案一更符合本设计。
第2章单片机
单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域的广泛应用。
由于考虑到本设计的程序的大小,还可能用到多个中断以及A/D转换、程序响应时间、抗干扰能力等问题,普通的8051单片机满足不了设计的需求。
所以本设计选用了新一代的单片机STC12C5A60S2。
2.1STC12C5A60S2单片机介绍
一、的功能特性
STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。
内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S,即25万次/秒),针对电机控制,强干扰场合。
1、增强型8051CPU,1T,单时钟/机器周期,指令代码完全兼容传统8051.
2、工作电压:
STC12C5A60S2系列工作电压:
5。
5V-3.5V(5V单片机)。
3、工作频率范围:
0~35MHz,相当于普通8051的0~420MHz。
。
4、用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节。
5、片上集成1280字节RAM。
6、通用I/O口(36/40/44个),复位后为:
准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)。
可设置成四种模式:
准双向口/弱上拉,强推挽/强上拉,仅为输入/高阻,开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA,但整个芯片最大不要超过120mA。
7、ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器。
可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片。
8、有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)。
9、看门狗。
10、内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体12M以下时,复位脚可直接1K电阻到地)。
11、外部掉电检测电路:
在P4.6口有一个低压门槛比较器5V单片机为1.33V,误差为±5%,3.3V单片机为1.31V,误差为±3%。
12、时钟源:
外部高精度晶体/时钟,内部R/C振荡器(温漂为±5%到±10%以内)。
用户在下载用户程序时,可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。
常温下内部R/C振荡器频率为:
5。
0V单片机为:
11MHz~17MHz。
3.3V单片机为:
8MHz~12MHz。
精度要求不高时,可选择使用内部时钟,但因为有制造误差和温漂,以实际测试为准
13、共4个16位定时器。
两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1,没有定时器2,但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。
14、3个时钟输出口,可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟,可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟,独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟。
15、外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块,PowerDown模式可由外部中断唤醒,INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2),CCP1/P1.4(也可通过寄存器设置到P4.3)。
16、PWM(2路)/PCA(可编程计数器阵列,2路)。
---也可用来当2路D/A使用。
---也可用来再实现2个定时器。
---也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)。
17、A/D转换,10位精度ADC,共8路,转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)。
18、通用全双工异步串行口(UART),由于STC12系列是高速的8051,可再用定时器或PCA软件实现多串口。
19、STC12C5A60S2系列有双串口,后缀有S2标志的才有双串口,RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2),TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)。
20、工作温度范围:
-40~+85℃(工业级)/0~75℃(商业级)。
21、封装:
LQFP-48,LQFP-44,PDIP-40,PLCC-44,QFN-40,I/O口不够时,可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595(均可级联)来扩展I/O口,还可用A/D做按键扫描来节省I/O口,或用双CPU,三线通信,还多了串口。
二、STC12C5A60S2单片机的内部结构
STC12C5A60S2系列单片机的内部结构框图如下图所示。
STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。
STC12C5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块,可称得上一个片上系统。
图2-1单片机内部结构框图
三、STC12C5A60S2单片机的管脚图:
图2-2STC12C5A60S2单片机的管脚图
第3章GSM模块
GSM模块,是将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。
3.1GTM900C介绍
华为GTM900C是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM/GPRS模块,是GTM900B的升级模块。
内嵌TCP/IP协议模块,使用简单,易于集成,它支持标准的AT命令及增强AT命令,提供丰富的语音和数据业务等功能,是高速数据传输等各种应用的理想解决方案。
。
在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域您都能看到GTM900C无线模块在发挥作用,GTM900C软件、硬件兼容GTM900B、TC35i、MC39i,使用TC35i或MC39i的用户不用作任何更改就可以使用,以降低产品成本。
3.2GTM900C的主要特性
GTM900-C的产品特性如下表所示:
表3-1:
产品特性
产品特性
描述
工作频段
EGSM900/GSM1800双频
最大发射功率
EGSM900Class4(2W)
GSM1800Class1(1W)
接收灵敏度
<-106dBm
工作温度
正常工作温度:
-20°C~+70°C
扩展工作温度:
-40°C~-20°C和+70°Cto~+80°C
电源电压
3.4V~4.7V(推荐值3.8V)
平均待机电流
3.5mA(DRX=5)
关机漏电流
50uA
协议
支持GSM/GPRSPhase2/2+
支持华为GT800协议
AT命令
GSM标准AT命令
V.25AT命令
华为扩展的AT命令
40PINZIF连接器
UART接口(最大串口速率可达115200bit/s)
标准SIM卡接口(1.8V或3V)
两路模拟音频接口
电源接口
GSC射频天线连接器
50¦ΈGSC射频天线连接器
语音业务
支持FR、EFR、HR和AMR的语音编码
支持免提通话,提供回声抑制功能
短消息业务
支持MO和MT
点对点和小区广播
短消息模式支持TEXT和PDU
GPRS数据业务
GPRSCLASS10
编码方式CS1,CS2,CS3,CS4
最高速率可达85。
6Kbit/s
支持PBCCH
内嵌TCP/IP协议:
支持多链接,提供ACK应答,提供大容量缓存
电路型数据业务
支持CSD数据业务,最高速率可达14.4Kbit/s
支持传真:
Group3,Class2.0
支持USSD
补充业务
来电显示、呼叫转移、呼叫保持、呼叫等待和三方通话等
集群功能
组呼、广播和私密呼叫等(GTM900-C模块支持)
STK功能
通过增强的AT命令支持STK功能
ROHS环保
符合ROHS环保认证要求
3.3GTM900C的硬件接口
3.3.1GTM900C的接口特性及技术特点
1、接口特性:
(1)40pin zip连接器
(2)红外串口接口
(3)SIM3.0V和1.8V接口
(4)2路模拟音频输入输出接口
(5)电源输入接口和充电管理
(6)ADC输入
(7)全双工串行接口,TTL电平
(8)支持GSM07.05,GSM07.07
(9)TCP/IP扩展AT指令集
2、技术特点:
(1)工作频段:
EGSM900/GSM1800双频
(2)发射功率:
EGSM900 Class4(2W);GSM1800 Class1(1W)
(3)工作电压:
3.3~4.7V(推荐值为3.8V)
(4)AT命令:
GSM标准AT命令
V.25AT命令
华为扩展的AT命令
(5)功耗电流:
关机:
40uA;
待机:
4mA;
语音:
240mA;
GPRS class 10(平均):
400m A
3.3.2GTM900C管脚分配
1、GTM900C实物图:
图3-1GTM900C实物图
2、管脚功能表:
表3-2:
管脚功能表
位号
引脚号
引脚说明
备注
P4
1
RXD_PC_TTL
PC/MCU/GTM900C收发的TTL电平引脚接口
2
TXD_PC_TTL
3
RXD_MCU_TTL
4
RXD_900_TTL
5
TXD_900_TTL
6
TXD_MCU_TTL
7
RXD_PC_TTL
8
TXD_PC_TTL
P5
1
VCC12V
外接电源或电池
2
GND
地
3
VCC
模块供电电压
4
GND
地
5
RXD_PC_232
PC端RS232收发端口
6
TXD_PC_232
7
TXD_900_TTL
TC35的引出管脚TTL电平
8
RXD_900_TTL
9
TXD_MCU_TT
外接MCUTTL串口
10
RXD_MCU_TTL
通信
P6
1
VCC
模块供电电压
2
PD
关闭模块
3
RING
来电指示
4
SYNC
信号指示
5
LOW_BAT
备用电池
6
VDD
7
AKKU_TEMP
电池温度检测
8
POWER
P7
1
EPP1
耳机1正极
2
EPN1
耳机1负极
3
GND
地
4
MICP1
麦克风1正极
5
MICN1
麦克风1负极
6
EPP2
耳机2正极
7
EPN2
耳机2负极
8
GND
地
9
MICP2
麦克风2正极
10
MICN2
麦克风2负极
3.4GTM900C与MCU之间短信的发送和接收
在进MCU与GSM之间进行短信的发送和接收之前,必须要进行一些初始化设置,比如发送握手指令,设置信息的格式,信息的存储位置,信息的中心号码等。
GSM短信分为英文短信和中文短信,也就是文本格式短息和PDU格式的短信,下面分别介绍这两种短信的发送和接收。
GTM900C一些基本AT指令如下:
AT+CMGS---发送短消息。
AT+CMGF---选择短消息支持格式(TEXTorP
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- 家庭 智能 紧急 呼救 系统 设计