基于gsm通信的智能家居报警系统

基于gsm通信的智能家居报警系统内容摘要：

：允许发送 CTS； 9 号脚：响铃指示器。 在本系统中只用到第 5 三个引脚，由这三根线与串行口就可以读写数据。 大学本科生毕业设计（论文） 14 单片机和 TC35 模块之间采用串口三线制连接方法，即连线为 32， 23， 55。 这样连接可以实现两种工作方式：一是当计算机作为上位机和单片机连接时用，方便调试；二是 TC35 模块与单片机连接时，可观察最终结果。 单片机和 TC35 模块的串口通信接口原理图如图 9 所示： 图 9： RS232接法 TC35 的数据接口采用串行异步收发 ， 符合 ITUTRS232 接口电路标准 ， 工作在CMOS 电平 ， 数据接口配置为 8 位数据位、 1 位停止位、无校验位 ，波特率 默认 为9600kbps， 由于数据通信电路中 TC35 数据接口工作在 CMOS 电平， 而 STC 单片机工作在 TTL 电平，工作电压范围一般比 TC35 宽 ， 故应在单片机和 TC35 之间加电平转换电路。 大学本科生毕业设计（论文） 15 传感器 采集 模块 本系统传感器模块由一组功能不同的传感器构成，用于监测 家庭中可能发生的 各种异常情况。 DS18B20 温度传感器用于对家庭温度的测量，以防火灾的发生。 DS18B20 拥有 独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯 ，且 在使用中不需要任何外围元件 ，大大简化了硬件设计。 由光敏电阻和红外发光管做在一起形成的红外对管 作为防盗传感器。 发光管和接收管中间有没障碍物时，单片机 管脚所输入的电平会不同，当有障碍物时电路处于触发状态。 MQ2 型气体传感器用于对以氢气为主要成分的城市煤气、天然气的测量，对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比。 它由一个金属氧化物半导体的传感器件（如氧化物 SnO2）构成 ， 在新鲜空气条件下，它的电导较小，而一旦接触还原性气体或者易燃易爆气体， 电导会增加，引发检测电路电平跳变从而启动报警系统工作。 温度探测电路的设计 温度探测电路图如图 9 所示： 图 9：温度探测电路图 DS18B20 简介： DS18B20 的主要特性 ： 适应电压范围更宽，电压范围： ～ ，在寄生电源方式下可由数 据线供电 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现大学本科生毕业设计（论文） 16 微处理器与 DS18B20 的双向通讯 DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 温范围－ 55℃ ～ +125℃ ，在 10～ +85℃ 时精度为 177。 ℃ 可编程 的分辨率为 9～ 12 位，对应的可分辨温度分别为 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可实现高精度测温 在 9 位分辨率时最 多在 内把温度转换为数字， 12 位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字，速度更快 测量结果直接输出数字温度信号，以 一 线总线 串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作 DS18B20 的外形和内部结构 ： 主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH和 TL、配置寄存器。 其中： (1)DQ 为数字信号输入 /输出端； (2)GND 为电源地； 常见封装如图 10： 图 10： DS18B20常见封装 大学本科生毕业设计（论文） 17 红外探测电路的设计 红外探测电路如图 11 所示： 图 11：红外探测器电路 工作原理 ： 如图 11 所示：当发光管和接收管中间没有障碍物时，接收管电阻相对于 R4 的电阻100K 来说可以忽略不计，此时单片机 管脚输入为低电平，电路处于初始 化状态；当有 入侵者经过发光管和接收管中间时，接收管电阻变大，电阻大于 R4 的 100K，此时单片机 管脚输入为高电平，电路处于触发状态。 光敏电阻 简介： 光敏电阻及其在电路中的符号如下图 12 所示： 图 12：光敏电阻 光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，它是基于半导体光电效应工作的。 光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流偏压，也可以加交流电压。 大学本科生毕业设计（论文） 18 工作原理如下：当无光照时，光敏电阻（暗电阻 )很大（大约有几 M 欧姆 )，电路中的电流很小（仅仅几 K~几十 K 欧姆）；当光敏电阻受到一定波长 范围的光照时，它的阻值（亮电阻 )急剧减少，因此电路中的电流迅速增加。 光敏电阻的灵敏度容易受潮湿的影响，因此将光敏电阻严密封装在带有玻璃的壳体中。 光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区。 而且体积小、重量轻、性能稳定。 光敏电阻 根据 它 的光谱特性，可分为三种光敏电阻器： 紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线 ； 红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。 锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探 测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中 ； 可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。 主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和 “ 位置检测器 ” ，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。 大学本科生毕业设计（论文） 19 气体探测电路的设计 图 13：气体探测电路 工作原理： 如图 13 所示，在这个电路中，发光二极管 LED 的作用是检查电路是否接通了电源，当 LED 发光后说明电路两端被加上了电压，可以正常工作，否则就表示电源电路没有电压输出，电阻 R6 的作用是保护发光二极管 ，防止因电压过大使它烧坏。 调节电位器 R8 和 R9，在气体传感器没有响应的状态下，使 LM358 的反向端 (2 脚 )的电压高于同相端（ 3 脚）的电压，输出端（ 1 脚）输出低电平；在气体传感器有响应的情况下，则是 2 脚电压低于 3 脚电压， 1 脚输出高电平。 MQ2 简介： MQ2 型气体传感器用于以氢气为主要成分的煤气、天然气、液化石油的测量，而且其抗干扰能力强，水蒸气、烟干扰气体对它的影响小。 MQ2 型气敏元件具有如下特点： (1) 采用烧结半导体所形成的敏感烧结体，具有稳定的 R 阻值，保证了长期工作的稳定性； (2) 单 电源供电，功耗仅 左右； (3) 对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比。 大学本科生毕业设计（论文） 20 MQ2 型气敏元件有两种型号， MQ2A 型适用于天然气、城市煤气、石油液化气、丙丁烷及氢气等； MQ2 型适用于烟雾等减光型有害气体。 器件的灵敏度： S=Ro/Rx 为 10~30。 常见为 QM 系列的 S 值仅 8 左右， Rx 为器件在丁烷浓度为 %时的阻抗。 电路如右图所示： 器件的主要参数如下 : 响应时间 ： Tr≤ 10s 恢复时间 ： Tn≤ 60s 加热电压 ： V﹢ =5+ 加热功率 ： 约 抗干扰能力 ： 丁烷浓度在 %时在湿度小于 85%RH，在 10℃ ~+40℃ 温度下不会引起误报。 工作环境：温度 10℃ ~+50℃ 湿度≤ 85%RH 图 14 是元件的外形结构图，基座采用耐高温酚醛塑料压制，引脚为镀镍铜丝，上罩采用双层密纹不锈钢网压制，有较高的强度和防爆能力。 图 14： MQK2 型元件外形结构 MQ2 气敏元件的结构和外形如上图 14 所示 , 由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感层 ,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供必要的工作条件。 封装好的气敏元件有 6 只针状管脚，其中 4 个用于信号取出， 2 个用于 提供加热电流。 大学本科生毕业设计（论文） 21 上图是 MQ2 型元件典型气体浓度测试的特性曲线，在丁烷浓度 %以下有极高的灵敏度。 上图是 MQ2 型元件通电时间的特性曲线，在通电后 60~90s，元件才进入稳定待测工作状态。 MQ2 的特点和工作特点如下： ⑴ 广泛的探测范围； ⑵ 高灵敏度／快速响应恢复； ⑶ 优异的稳定性／长寿命； ⑷ 简单的驱动电路。 双运算放大器 LM358 介绍 ： LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，在推荐的工作条件下， 电源电流与电源电压无关。 它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。 脚位排列图如图 15 所示： 大学本科生毕业设计（论文） 22 图 15： LM358 脚位排列图 特性 : 内部频率补偿 直流电压增益高 (约 100dB) 单位增益频带宽 (约 1MHz) 电源电压范围宽：单电源 (3— 30V)； 双电源 (177。 一177。 15V) 低功耗电流，适合于电池供电 低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 输出电压摆幅大 (0 至 ) 大学本科生毕业设计（论文） 23 报警电路 报警电路图如图 16 所示： 图 16：报警电路图 自动报警电路包括蜂鸣器电路，工作指示电路，蜂鸣器的鸣叫跟相应指示灯的亮灭表示相应传感器检测的状况。 工作原理： 蜂鸣器电路采用的是 PNP 三极管的基极与单片机 I/O 口相连接，当 为低电平时，蜂鸣器鸣叫；工作指示灯电路采用的是电阻和发光二极管相串联后与单片机 I/O 口相连接，但 I/O 口为高电平时发光二极管发光。 大学本科生毕业设计（论文） 24 4 系统的软件设计 TC35 模块的软件设计 对 TC35 的操作均采用 AT 指令， 它包含了 GSM 语音和短信息的控制。 根据 AT 指令的 标准，发送和接收中文或中 /英文混合的短信息必须采用 PDU 模式，TEXT 模式只支持传送英 文和 数字信息。 PDU 模式的编解码过程复杂，故选择 TEXT 模式作为系统的通讯模式。 模块的通讯全部采用 AT+XXXX 完成。 发送短消息的基本命令如下： （ 1）发生联机指令 AT （ 2）设置短消息发送格式（ 0PDU,1文本） AT+CMGF=1。 （ 3）设置短消息中心 AT+CSCA=“+8613010431500” （ 4）发送短消息（短消息内容为 test） AT+CMGS= 13032570385（目的地址） test \x1a\r（ 39。 \x1a39。 结束符 (相当 CTRL+Z)） 传感器模块的 软件设计 STC 单片机 通过定时器每隔一段时间对 传感器接口电路的 I/O 口进行检测，当检测到有传感器的开关量变化时，则说明报警信息产生， 进行发送报警信息。 系统的软件设计采用 C 语言编写 ， 系统主程序及中断程序流程图如 下图 所示。 系统首先对单片机的串口、中断 和 TC35 短信模块初始化， 利用定时器定时检测传感器接口电路 I/O 口的变化， 利用 STC。