智能家居报警系统设计.doc

1、摘 要二十一世纪是信息化的年代，在这样的大时代里，“智能”成为一种趋势。无论日常用品，数码产品，抑或犯罪手法，都以一种“智能”的姿态闯入人类的生活当中。而人类在享受“智能”带来的方便之时，也活在它所带来的各种隐患之中。而智能犯罪带来的家居安全问题，也逐渐引起人们的高度关注。为了解决此问题，本设计采用以单片机为控制核心，热释电红外传感器和用LCD显示状态的密码锁模块为保护探测手段，并利用GSM发送手机短信提示和语音报警为阻吓方法，设计出应用范围较广，智能化水平较高的智能家居报警系统，对各种意欲破坏家居安全的行为给予本地震慑，并通过远程通知为及时制止犯罪提供足够时间。关键词：智能 家居安全报警系统

2、 单片机控制 i目 录1 方案比较与选择.11.1 方案目标.11.2 设计方案比较.21.2.1 单片机控制电路.21.2.2热释红外检测模块.31.2.3 LCD显示模块.31.2.4 下载模块.31.2.5密码锁.31.3 设计方案选择.32 电路设计与原理分析.32.1 电路设计.42.2 电路原理分析.42.2.1 密码锁模块.42.2.2红外热释感应模块.72.2.3 LCD显示模块.72.2.4 报警模块.82.2.5 通信下载模块.102.2.6外围功能电路.113电路板制作、焊接、调试.133.1 电路板制作.133.2电路焊接.143.3电路板调试.144讨论及进一步研究建

3、议.184.1改进方案.185课程设计心得.18Abstract.20参考文献附件1 芯片引脚图附件2 源代码附件3 元器件清单II1 方案比较与选择1.1 方案目标实现以热释电红外传感器为探测手段，结合密码锁模块作为震慑犯罪的第一道坚实防线，防止可疑人物接近或受到火灾等威胁以及阻止无关人员进入。在第一道安全防线被突破后，通过语音报警系统发出警报，阻吓犯罪继续进行，与此同时，通过GSM模块向屋主手机发出提示消息，为屋主采取阻止犯罪的行为提供足够时间。其功能实现流程如图1所示。正确程序初始化开始等待红外线感应受保护对象被入侵GSM发送入侵信号语音报警系统启动复位输入密码，LCD提示输入是否正确错

4、误开锁图1 程序执行流程框图为实现此功能，本设计分为软件和硬件两部分，硬件电路方面主要由：热释电红外传感器、密码门禁系统模块（包括键盘控制与LCD控制显示电路）、单片机控制电路、报警器、GSM信号发送模块以及下载模块组成，各部分之间关系如图2所示。 热释电红外传感器密码门禁系统模块MCU模块LED控制显示电路报警器（语音报警）GSM信号发送模块图2 模块关系图1.2 设计方案比较1.2.1 单片机控制电路 方案（1）: 用AT89C52作为单片机控制电路，科反复擦写，并且其功能强大，能应用于较复杂的控制场合。但AT89C52外围电路接线复杂；需要用并行编程器下载程序，并且每次烧写程序都需要握手

5、操作，极不方便。方案（2）: 而AT89S52有低功耗高性能体积小的特点，并且适用于常规编程器，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。另外，AT89S52支持ISP下载，并且可以通过AT89S52系统板预留ISP下载接口，实现在线烧写程序。方案（3）：STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52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。 且具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门

6、狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，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。另外 STC89X52 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。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。1.2.2热释红外检测模块 方案（1）：采用常用的红外探头作为信号采集模块，改模块集成度高，反应灵敏，但其作用范围小，受外界物体影响较大。方案（2）：采用采用红外热释电处理芯片

7、BISS0001专门处理芯片设计的人体热释红外检测模块，具有较高的灵敏度与较高的分辨度。并且作用范围宽，是针对人体热释红外检测。1.2.3 LCD显示模块 方案（1）：采用利用发光二极管的特性组合而成的数字显示器件，通过驱动电路驱动相应的段码，控制相应的二极管的状态显示相应的数字，其中静态显示方式只能显示单个数字，而动态显示方式因其扫描时间会占用大量的系统资源。方案（2）：采用1602液晶模块，它的每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。同时，能很方便的控制实现清屏、左移右移、光标显示等效果。而且其显示的字符在下一条指令为到来之前不会改变，能够维持显示的字

8、符并且占用的系统资源也少。1.2.4 下载模块方案（1）：串品通信口则是用USB转串口线或串口线。方案（2）： ISP下载口是用ISP下载器加一个ISP软件程序将编好的程序烧录到单片机上，实施方便，性能好。1.2.5密码锁AT89S52单片机P1引脚外接44矩阵键盘，按键有09,还有Input键、设初始密码、修改密码等按键。开机后液晶屏显示提示语，按Input键即可输入密码，按修改密码键，在正确输入旧密码的前提下，即可修改密码。1.3方案选择为实现本设计，处于各种现实因素如实用性、节能性以及可控性等方面因素的考量，结合上述对比，本小组最终决定采用以下芯片来完成各模块功能的实现，分别是: STC

9、89C52实现单片机控制模块，BISS0001实现热释电红外传感模块，STC89C52单片机P1引脚外接44矩阵键盘实现密码锁模块, 1602液晶模块实现LCD模块, 串口下载器实现下载模块以及1760芯片实现语音报警模块。2 电路设计与原理分析2.1电路设计为实现本组所设计的智能家居报警系统，电路图如图3所示,由密码锁模块、红外热感模块、LCD显示模块、报警模块、通信下载模块和外围功能电路等功能模块组成。图3 原理图 2.2 电路原理分析2.2.1 密码锁模块4X4键盘电路 电路使用44键盘非编码键盘进行密码输入。键盘为8线，通过单片机P1口输入单片机内。行线接高电平，当没有按键按下时行线呈

10、现高电平，当按键按下时，行线电平输出由列线控制。使用扫描法逐列将列线置低电平并逐行扫面看有否行电平从高变低找出按下的键，并通过查表得出对应键的键值。如图4所示。图4 4X4键盘电路密码存储电路通过引脚P3.4、P3.5将密码保存到AT24C02，使用外部ROM储存可在断电重启后仍保存前一次设置的密码。地址线全都接地即地址选择位A2、A1、A0全部为0，写入指令为0xa0，读数据指令为0xa1。如图5所示。图5 密码存储电路 密码控制按钮电路 两个按钮分别连接I/O口P2.5、P2.6，通过按钮按下的时候给的低电平触发对应的程序。图中按钮S3用于实现密码的初始化输入，当单片机检测到引脚P2.5出

11、现低电平，即把密码保存到AT24C02外部存储芯片里面去；另一个按钮用于实现密码的读取、判断，当单片机检测到引脚P2.6出现低电平时，提示输入新密码，如果密码输入正确就关闭报警系统，否则报警系统正常运行。如图6所示。图6 密码控制按钮电路2.2.2红外热释感应模块 通过人体红外热释感应模块，能够感知到一定范围内的人体发出的红外线，该模块已集成其外围电路，有三个对外接口，分别为电源、地线和信号线。上电后，芯片需要1分钟左右的时间初始化，期间会有0-3次高电平出现。采用持续感应模式，当感应到热源时，信号线输出高电平，热源消失后在一段延时后恢复到低电平。下次感应到热源时，再次出现高电平，可重复触发。

12、该模块通过非门进行电平转换后与单片机P3.2（低电平触发）引脚连接，使用外部中断方式控制单片机运行。如图7所示。图7 红外热感电路2.2.3 LCD显示模块LCD显示模块用于显示系统状态，密码锁操作状态。显示模块使用LCD1602，是由液晶显示屏和其译码电路组成，能显示数字英文，两行显示，界面友好。16个对外接口，8根数据线使用并行连接方式，接单片机P0口，3根控制线分别接单片机P2.0、P2.1、P2.2引脚，另外5根线用于电源、接地以及控制背光，分别接电源、接地和可调电阻。如图8所示。图8 LCD显示电路2.2.4 报警模块GSM警报发送模块利用单片机发送转换成传输命令字的信码，发送给TC

13、35。发送短信时，每发送一条指令给GSM模块，TC35返回一条指令。打电话时，同样的通信方式，不同的通信命令字。1、硬件连接 只需设计一个TTL转RS232电平电路,连接到MCU的UART口,另一端直接连接到TC35。2、指令输出的方法 单片机串口设置成模式1(9600,N,8,1),依次将AT+xxx以ASCII码形式输出到UART口;接收TC35的数据采用中断方式。AT指令的定义程序见下：char code AT_Tc35=AT+; /连机测试char code Bps_Tc35=IPR=38400; /波特率char code Text_Tc35=CMGF=1; /文本模式char co

14、de Read_Tc35=CMGR=; /读信息char code Send_Tc35=CMGS=; /发送信息GSM模块如图9所示。 图9 GSM模块报警灯模块报警灯电路是通过LED发光二极管来发出报警的光信号。使用一个发光二极管，用单片机P2.4引脚控制，需要报警时，单片机输出方波信号使LED灯闪烁。报警灯电路如图10所示。图10报警灯电路语音报警模块语音报警电路由ISD1760芯片、喇叭、麦克风和控制按钮组成，可进行语音的录入、擦除及播放。采用芯片的独立按钮模式，引脚REC控制录音，出现低电平时开始录音，引脚LED出现低电平，LED灯亮，表示录音中，低电平消失后停止录音。引脚ERASE控

15、制录音的擦除，低电平触发，删除当前录音。引脚VOL控制音量大小，初始为最大音量，低电平触发一次音量大小降低一级，音量总共八级，达到最小后下一次触发返回最大值。按钮S5、S6、S7分别控制语音报警电路的录音、擦除及音量。引脚PLAY控制语音播放，低电平触发，播放当前录音，持续的低电平可使其循环播放。播放引脚与单片机的P2.4连接，当报警时，单片机的P2.4脚持续输出低电平，触发语音报警模块，使模块中预先录入的录音自动循环播放，实现语音报警。如图11所示。图11 语音电路2.2.5 通信下载模块 采用工作方式1，单片机的通信引脚RXD、TXD通过芯片MAX232进行电平转换连接串口，单片机的TXD

16、引脚发送信号到MAX232的T1IN，RXD引脚从MAX232的R1OUT接收信号。该模块可通过连接串口与GSM模块进行通信，发送控制命令及接收应答信号。还可以通过连接串口把程序下载到单片机芯片中。如图12所示。图12 串口通信下载电路2.2.6外围功能电路电源电路包含电源接口、电源指示灯、电源开关，电源指示灯可直观表达电路供电情况，电源开关可便开启关闭电路。如图13所示图13 电源电路复位电路复位电路使用外部按键手动复位，连接单片机reset引脚，用于对单片机芯片进行复位。在系统运行时，按下按钮可对系统进行复位操作。如图14所示。图14 复位电路时钟电路使用外部时钟源，外接12MHz的晶振，

17、通过XTAL1和XTAL2对单片机提供工作时钟，一个机器周期约1us。如图15所示。图15 晶振电路蜂鸣器电路单片机的P3.7引脚产生低电平使蜂鸣器发出响声，通过三极管放大。充当键盘按键提示音，每按一下键盘会有一声蜂鸣声提示，密码锁状态提示音，确认密码后有若干下蜂鸣声作为密码锁状态提示音，也可参与报警。如图16所示。图16 蜂鸣器电路3电路板制作、焊接、调试3.1 电路板制作电路板的制作过程为：（1）电路图原理图设计；（2）PCB板图设计（元器件位置、连接图等）；（3）线路打印；（4）将PCB板图复制在PCB板上；（5）曝光，时间约为900S；（6）腐蚀、漂洗；（7）开孔；（8）打磨；其中，电

18、路原理图的设计以及布线在Altium Designer中完成。设计电路时需要绘制PCB版，由于对元器件规格没有很深刻的理解，很多元器件的封装选择有误，而且有些元器件的封装软件库里并没有，需要自己更新库，寻找对应的封装。由于电路比较复杂，元器件比较多，摆放位置比较紧凑，在使用软件进行自动布线时效果不理想，于是改为手动布线，不过这花费了大量时间。在完成电路原理图后为保证电路设计以及布线没有出错，需在Proteus中进行仿真。但在仿真过程中，遇到的主要问题为Proteus的元件库中没有要使用的芯片或器件模型，解决此问题主要有三种方法，分别是：一.上网找别人做好的库，较普遍的原件的库都可以找到，这是我

19、们利用现有资源的一种方式；二.找一个有相同的引脚和封装的元件代替，这样也可以；三.自己制作元器件的原理图和封装。由于本设计所使用的芯片均为较多人使用的芯片，网上存在足够的库，因此在这个问题的解决方法中，我们选择了第一个方法。完成了PCB板图的设计工作后，在打印线路之前，要注意先调整好线路的粗细以及为要打孔的位置留出足够空位，以防止打孔过程对打印线路的磨折，增加后续调试过程的难度。转印时，由于印刷设备比较老旧，印板后出现线路模糊，需要用油性笔修补。溶解后出来的效果也并不理想，出现几处断线。腐蚀、漂洗过程中，要注意个人的保护，戴上工作手套并不要在溶液附近嬉闹，注意不要打翻溶液以免受伤。开孔这一步骤

20、需要操作者高度的集中精神，切记不能操之过急，必须让钻头逐步深入待打的孔中，并且在钻头与PCB板有接触后，不能移动PCB板，否则很容易造成钻头折断并伤人。PCB板图设计如图17所示。图17 PCB版图设计3.2 电路焊接 焊接时有些地方焊盘比较小，增加了焊接的难度，经常出现虚焊。有些元器件的规格和PCB板上画好的不同，需要用线引出来。调试电路时，经过仔细排查，发现电路板上有些铜线断路了，用焊锡连上就解决了。由于电路板没有外壳保护，在调试过程中经常出现这个地方调试好了，那个地方的电容又不小心弄断线了，大大增加了调试的难度。有些时候焊盘完全脱落，需要用焊锡引到铜线上。3.3 电路调试调试过程中，基本

21、功能都能一次到位，主要遇到的问题是GSM模块不能正常使用，具体如下。GSM程序：运用计算机软件输出指令，能使用TC35正常通信（收发短信、打电话都没问题）；将计算机与单片机连通，收发指令亦可准确完成。但在实测过程中，程序不能通过单片机与TC35模块连通。尝试过的解决的办法：1、将编写的程序在单片机与计算机之间运行并通过，验证程序的正确性；2、修改波特率；3、修改串口及数据线；4、验证数据串口公口母口的传输线有没有交叉。得到结果：计算机与单片机可正常通信；计算机软件（tc35-tc35i串口专用工具）与TC35连接通信正常。单片机与TC35连通出现故障，单片机发送的连接指令，TC35不能对其作出

22、响应，无返回命令。最终通过转换接口引线，使TC35与单片机引脚正确连接，从而解决计算机与单片机可正常通信，计算机软件（tc35-tc35i串口专用工具）与TC35连接通信正常，但单片机与TC35连通出现故障的问题，使GSM模块能够正常工作，在发现入侵者后报警系统启动时向手机发送短信或打电话。其具体的调试结果如图18图25图18 系统完整外观图19 开机界面 开机后显示系统名称以及开发组织名称图20 第一次初始化完成后 系统要求用户重置4位新密码图21 系统提示密码重置成功 重置密码成功，以后使用新密码开锁图22 系统工作提示输入四位密码 系统复位前有两次密码误输的机会，第三次输入错误时启动报警

23、器。图23 密码输入正确 第三次输入错误前正确输入密码，智能报警系统关闭，下一级热红外感应系统不工作。图24 密码输入错误 图25 显示安全状态 三次输入密码错误，系统启动报警，显示家居安全状态为“Dangerous”4 讨论及进一步研究建议 改进方案 由于课程设计时间有限，本组虽实现了一个较为完善的智能家居报警系统，但在其实用性和功能上仍有进步和完善的空间：一.在实现了语音警报阻吓的基础上，增加摄像头录像功能。语音报警被启动的时候触发摄像头的开启，记录犯罪者的样貌，使其使用性大大增加。一方面能增加该报警系统的阻吓度，另一方面能够将数据交予公安机关协助公安机关捉拿惯犯。 二.实现GSM与手机的

24、双向通信。在GSM向屋主发送警报后，屋主能通过手机向GSM发送处理指令，及时处理“冤枉好人”的误报情况。5 课程设计心得在完成本次课程的过程中，组内各成员深深体会到“纸上谈兵”的弊端，只有真真正正动手操作过，从零开始建立一个系统，才能真正掌握到书上的知识，否则，课堂上所学到的知识就只能够用于考试，而对个人能力的提高毫无用处。其次，在完成作业的过程中，咱们也了解到工作上的创新离不开日常生活中的细心观察与调查。每一个程序的诞生都必然有它自身的价值。而程序的价值取决于它能否满足用户的需求以及时代的进步。完成该设计的过程中懂得此道理，对组内成员以后的职业道理有着不可置否的帮助。再者，由于克服系统设计、

25、完成过程中的各个难题的过程中，我们明白到团队合作的重要性。组内每个成员都有自己的特点以及长处，因此每个成员对于作业的完成会有不同方面的会有着其独特的作用。为了充分发挥团队的作用，最大化的提升团队的人员配置，必须充分了解各成员特性。赢在第一步分工上。同时，在工作进行过程中我们互相协助，进行讨论及沟通。为了有效率的完成任务，在整个设计、操作过程中，我们重视团队合作，通力合作，使完成课程设计的过程充满乐趣，并不苦闷。最后，在完成本次课程设计的过程中，组内各成员不但巩固了书本上的知识。在亲力亲为的制作电路板的过程中也提高了动手能力和明白了细致认真的重要性。 Smart Alarming System

26、for SecurityAbstract:This Alarming System for Home Security aims at alarming for sudden invadings.The major function of it is to guarantee the safty of our home.By testing any threats with intelligent methods,it alams and send messages to our mobile phones.In this way,it not only stop crimes by thre

27、ating the crimer,it also guarantee the owners immediate reflection to the crme,which decreases the loss.To realize the function of it,the Single Chip Microcomputer is used to work as the controller for the system,while the human body pyroelectric infrared sensor and the password access control modul

28、e work as a method to find out the threats.Whats more? When the sensor module is trigged, the alarm module will send the alarm signal by sound and flash light, also it will communicate to the GSM module to send a message. Keywords：Smart Alarming System for Security single chip micro-computer control

29、ler GSM附件1 芯片引脚图 1602 1760 89C52 Max232Biss0001附件二 源代码#include#include /包含_nop_()函数定义的头文件#include/使用malloc时要用到的函数#include #include #include #include #include #include #include sbit BEEP=P37;/AT24C02初始化操作/#define OP_WRITE 0xa0 / 器件地址以及写入操作#define OP_READ 0xa1 / 器件地址以及读取操作sbit SDA = P35; /数据接口sbit SCL

30、 = P34;/keyborad/#defineKEYP P1/ 扫瞄输出端口(高位元)及键盘输入端口(低位元)unsigned char scan4= 0xef, 0xdf ,0xbf ,0x7f; / 7显示器及键盘之扫瞄码 /LCD1602显示模块/sbit rs= P20;sbit rw = P21;sbit ep = P22;int wrt;/sbitAN1 = P36;/sbitAN2 = P37;unsigned char code dis1 = *SMART LIFE*;unsigned char code dis2 = *SAFE*;unsigned char code di

31、s3 = *Guard Sys open*;unsigned char code dis4 = *ATTENTION*;unsigned char code dis5 = *DANGEROUS*;unsigned char code disPwCorrect1 = Correct! ;unsigned char code disPwCorrect2 = Guard Sys Close;unsigned char code disGSMSendSuccess = Send Success!;unsigned char code disGSMSending = Sending!;unsigned

32、char code disGSMSendFail = Send Fail;unsigned char code disGSMbreak = Break;unsigned char code disPwWrong1 = Wrong! ;/unsigned char code disPwWrong2 = ;unsigned char code disKeyboard1 = SAVE YOUR CODE;unsigned char code disKeyboard2 = 4 bits Passwords;unsigned char code disKeyboard3 = ENTER YOUR COD

33、E;unsigned char code disPwSave=Password saved!;/sbit Button1=P25;/Use For Textsbit Button2=P26;/Use For Text/sbit Button3=P27;/Use For Textsbit LED0=P23;sbit LED1=P24;sbit LEDT=P17;/deletebit GuardFlag=1;#define PasswordsLength 4unsigned char PasswordsPasswordsLength;/GSM模块定义/ /AT指令unsigned char cod

34、e gsmcodebegin=ATn;/联机unsigned char code gsmcodecall=ATD150175;/15017501725;/打电话到15017501725/unsigned char code gsmcodebps=AT+IPR=38400r;/设置波特率/unsigned char code gsmcodetext=AT+CMGF=1r;/设置文本模式/unsigned char code gsmcodepdu=AT+CMGF=0r;/设置PDU模式/unsigned char code gsmcodedelete=AT+CMGD=1r;/删除SIM卡短消息/u

35、nsigned char code gsmcodesend=AT+CMGC;/发出一条短消息命令/unsigned char code gsmcodereadmessage=AT+CMGR=1r;/读短消息/unsigned char code gsmcodesendmessage1=AT+CMGS=15017516248r;/发送短消息到15017516248/unsigned char gsmcodesendmessage2=AT+CMGS=xxxxxxxxxxxr;/发送短消息到xxxxxxxxxxx/unsigned char gsmcodesendmessage3=AT+CMGS;/

36、发送短消息到/unsigned char gsmcodesendmessage4=AT+CMGS;/发送短消息到/unsigned char code gsmcodewritemessage=AT+CMGW;/向SIM卡写入短消息/unsigned char code gsmcodeshowmessage=AT+CNMI=2,1r;/设置新短信提示/unsigned char code gsmcodecenter=AT+CSCA=+8613800200500;/设置服务中心号码/unsigned char code gsmcodeok=OK!;/操作成功信息/unsigned char cod

37、e gsmcodefail=Try Again!;/操作失败信息/unsigned char code gsmcodegsm=AT+CSCS=GSMr;/设置为GSM 字符集;/unsigned char code gsmcodesignal=AT+CSQr;/测试信号强度/unsigned char code message1=你好！;/unsigned char code message2=hello!;/unsigned char message3=;/定义/unsigned char user=1;unsigned char sendbuffer20;unsigned char getbuffer10;unsigned char count=0;bit sendflag=0;bit ioflag=0;/#define delayNOP(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/*函数功能：延时1ms*/void delay1ms()