基于单片机与gsm通信家用安防系统的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机与gsm通信家用安防系统的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 代表格式设定，“ 0”代表格式设置成 PDU 模式。 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+CSMS\r ；（‘ \r’为回车符） OK ；由 modem 返回 2) 选择短消息的编码方式： AT+CMGF=1\r ；设定编码格式为 TEXT OK 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 7 3) 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； OK PDU 模式： 前面介绍过， PDU（ Protocol Data Unit）编码方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： 8613800519500F 2) 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： 91683108509105F0 3) 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： 8615151976037F 2) 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 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 8 我 6211 爱 7231 你 4F60。 FF01 十六进制表示短信内容为： 621172314F60FF01 3) 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 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。 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。 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 25是热释电红外传感器的基本原理结构图。 从图 25 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常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 9 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。 DSRC滤光片 图 25 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。 *HCSR501 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 HCSR501 模块，下面为 HCSR501 的部分参数。 工作电源： ； 静态电流： 50uA； 输出电平：高 ； 感应角度： 110176。 ； 感应距离： 7米； DS18B20 数字温度传感器 DS18B20 提供 9 位温度读数，测试温度范围为 55～ 125℃，测试温度增量值为 ℃。 转换温度时间的典型值为 1S，采用 1wire 总线通信，无需再配置电源，图 26为 TO92封装图 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 10 图 26 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 1WIRE 总线操作 DS18B20 的 1wire 总线硬件接口电路如图 27 所示 图 27 硬件连接图 1wire 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。 1wire 总线操作必须严格遵守 1wire 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： 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 11 图 28 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 29 写数据 0 写数据 0：保持总线为低至少 15um，然后延时 1545um 等待从端采样总线，完成向从端写‘ 0’操作。 图 210 写数据 1 写数据 1：置总线为低并保持 115um，然后拉高并延时 1545um 等待从端采样总线，完成写‘ 1’操作。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 12 图 211 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 TX RESET 复位操作 RX PRESENCE 从机应答 TX 0xCC 忽略 ROM 匹配 TX 0x44 温度转换命令 WAIT 延时 100200ms TX RESET 再次复位 RX PRESENCE 从机应答 TX 0xCC 忽略 ROM 匹配 TX 0xBE 读取内部寄存器命令 RX 9 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； 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，综合成本及效果考虑决定采用市场上使用广泛的 LCD1602 液晶显示模块。 如图 212 所示： 图 212 液晶显示模块 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 13 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 5 7点阵字型； 显示数据寄 存 RAM:80Byte； 用户自定义字型 RAM： 8 个 5 7 点阵字型； 引脚说明 VSS\VDD: 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； D0～ D7: 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 213 为 LCD 显示的软件初始化流程： 开始判Busy写入指令使能E=1结束Busy=1=0 E 图 213 软件初始化 LCD 流程图 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 14 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。