基于单片机的居室安全报警系统毕业设计

基于单片机的居室安全报警系统毕业设计内容摘要：

基于单片机的居室安全报警系统 9 3 系统硬件设计与实现 安防家具报警系统的设计，准确可靠的硬件平台是完成各项功能的基础，也是整个系统的重要组成部分。 系统硬件总体框图如图 31所示。 图 31 系统硬件总体框图 主控模块基本电路 主控模块是整个系统的控制核心，接受各个模块传来的报警信息及遥控命令并进行相关的分析处理，显示相关信息，一旦出现警情，声光报警同时以短信形式告知住户。 主控模块的基本电路 包括 STC89C52 芯片的复位电路 和时钟电路。 复位电路 单片机 STC89C52的 RST 引脚和电容、电阻、复位按键串联构成了复位电路。 其电路原理图如图 32所示，该电路实现上电复位的功能。 STC89C52 GSM 模块 声光报警模块 LCD1602显示模块 红外传感器 烟雾传感器 煤气传感器 按键输入 LED 指示灯 基于单片机的居室安全报警系统 10 图 32 复位电路 在 STC89C52的 单片机的第 9脚（ RST）为复位引脚，电容两端的一个复位按键。 系统开始工作后，时钟电路也即开始工作， [6]当 RST 引脚上出现大于两个机器周期的高电平即引起单片机执行复位操作。 因此只要按下按键 S1，便可实现单片机的复位。 晶振电路 单片机内部之所以产生时间得益于时钟电路的主要功能，基于单片机本身的 高增益反相放大器和外部跨接的晶振、微调电容构成产生时钟的方法。 [8]输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2的 反相放大器， XTAL1和 XTAL2以及 外部石英晶体 再加 两个电容连接起来 即 可构成一个石英晶体振荡器如图 33所示。 30pf 左右的瓷片电容主要对 电容 C6和 C7选用 起稳定振荡频率、快速起振的作用。 图 33 时钟电路 基于单片机的居室安全报警系统 11 防盗探测器电路 本设计采用基于 菲泥尔滤光片与 BISS0001芯片组成的热释电红外传感器模块，如果探测到人体存在，模块的数据输出口输出高电平，否则为低电平。 其模块原理图如图 34 所示： 图 34 红外模块原理图 防火灾探测器电路 本设计的火灾探器选用 MQ2烟雾传感器 模块。 当火灾产生时，室内的易燃物会产生大量的烟雾， MQ2通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范。 MQ2气体传感器内部电 路如图 35 所示。 图 35 烟雾传感器 内部电路 烟雾 传感器 H为加热 端 ， A、 B 为气敏 器件 两 端。 当 检测到 烟雾 气体 时 ，传感器内部 阻值减小，随之 比较器 LM393（ U1A） 的反相输入端电压高于同相输入 基于单片机的居室安全报警系统 12 端参考电压， 使比较 器输出低电平， LED 灯亮。 电路中 通过调节电位器（ RP）可以调节 MQ2 烟雾 传感器的灵敏度。 防煤气探测器电路 本设计的煤气探器选用 MQ5气体 传感器 模块。 其对甲烷、乙烷等气体有很高的灵敏度，具有抗烟雾、酒精的能力。 因此煤气泄漏时 MQ5 传感器 通过监测煤气 的浓度来实现 对煤气泄漏的 防范。 其内部电路和工作原理与 MQ2烟雾传感器一样。 LCD 显示电路 本设计中显示模块用于实时显示室内的安全状态，因此不能用数码管显示，通过研究发现 LCD1602 液晶完全可以满足设计要求。 LCD1602 液晶是一种专门用 于 显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。 其 显示的内容为 16*2， 即可以显示两行 字符，引 脚功能 如表 31所示。 表 31 LCD1602 引脚功能 引脚号 引脚名 输入 /输出 作用 1 Vss 电源地 2 Vcc 电源（ +5V） 3 Vee 对比调整电压 4 RS 输入 0 输入指令 1 输入数据 5 R/W 输入 0 向 LCD 写入指令或数据 1 从 LCD 读取信息 6 E 输入 写操作时，下降沿使能；读操作时，高电平有效 7 DB0 输入 /输出 数据总线 line0(最低位 ) 8 DB1 输入 /输出 数据总线 line1 9 DB2 输入 /输出 数据总线 line2 10 DB3 输入 /输出 数据总线 line3 11 DB4 输入 /输出 数据总线 line4 12 DB5 输入 /输出 数据总线 line5 13 DB6 输入 /输出 数据总线 line6 14 DB7 输入 /输出 数据总线 line7（最高位） 15 BLA LCD 背光电源正极 16 BLK LCD 背光电源负极 基于单片机的居室安全报警系统 13 LCD 1602 液晶模块体积小巧，功耗较低，自带字库和驱动电路，其与单片 机的电路如图 36 所示： 图 36 液晶显示电路 其中 R3为 10K 点位器，用于调节液晶显示的对比度， RES2为 1K 电阻，作为限流电阻使用，用于调节液晶显示的背光亮度。 本地报警电路 本地报警 部分 分为声音报警和 灯光 报警。 声音 驱动 报警如图 37所示。 图 37 声音 报警驱动电路 灯 光报警如图 38所示。 当单片机收到探测器发来的信号处理后，如果满足报警条件就同时触发这两个报警，可以有效的击退盗贼或者起到安全提醒的作用。 蜂鸣器工作所需的电流比较大，单片机引脚无法 驱动 正常工作，所以 需要 基于单片机的居室安全报警系统 14 三极管 最为蜂鸣器的 驱动 器。 当 P33输出 低 电平，即三极管基极为 低 电平时，三极管 处于饱和 导通，蜂鸣器鸣叫；当 P33输出 高 电平，即三极管基级为 高 电平时，三极管 处于 截止 状态 ，蜂鸣器不叫。 图 38 灯 光 报警电路 GSM 模块电路 当主控模块接收到警报信号后除了本地报警还会通过短信进 行远程报警。 短信发送是基于 GSM 工能模块来实现的，系统在实验与调试过程中采用的 GSM模块型号为 SIM 900。 SIM900是 SIMCOM公司推出的 GSM/GPRS双频模块，集成 GPRS无线上网、 GSM语音通话和收发短信等多种功能于一体，主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。 模块集射频电路和基带于一体，而且体积小，功耗低，提供完善的接口，可以方便的应用于开发及设计。 SIM900模块的引脚序号和名称如图 39所示。 基于单片机的居室安全报警系统 15 图 39 SIM900引脚图 在本设计中 SIM900模块的实物图如图 310所示： 图 310 SIM900实物图 基于单片机的居室安全报警系统 16 4 软件系统设计与实现 软件主流程 软件设计主流程图如图 41所示。 安防家居报警系统上电运行或复位后，程序首先对全部外围器件及主控模块初始化，主要包括单片机的定时器、中断系统、串行通信 、 LCD 液晶 、 I/O 口，GSM 等的初始化。 初始化完后单片机显示相关状态信息，然后进入中断等待； 单片机接收到按键信息后，判断是否进入布防状态。 进入布防状态后，根据传感器的检测信号进行相应 的处理。 若检测到报警信号 ，则 触发 本地报警和 通过串口通信触发 GSM 报警短信发送， 并显示相应的状态。 进入撤防状态后，解除所有的报警状态，完成所有程序的初始化状态。 其中 整个程序的设计中有几个关键的主模块，比如中断程序的设计、串口数据的收发、 GSM短信的收发、 LCD 的显示等，下面对这些主要程序的设计进行分析。 基于单片机的居室安全报警系统 17 图 41 软件主流程 串口通信程序设计 本设计中防盗报警主机在工作时需要进行 GSM短信的 发送 ，这些都要求STC89C52RC单 片机与 GSM模块能够进行 串口 通信：单片机向 SIM 900模块发控制命令和要发送的短信内容，单片机与 SIM900模块是通过发送引脚 TXD和接收引脚RXD组成的串口连接的，因此对单片机编写串口通信程序是保证收发短信功能正常的前提。 在使用串口之前，首先要对单片机的串口进行初始化工作，串口的初始化包括以下几个步骤： （ 1） 定时器 T1的工作方式设置 ； （ 2） 定时器 T1的计数初值设置 ； （ 3）串口的工作方式设置； （ 4）定时器及串口的中断设置； （ 5） 启动定时器 T1。 开始 初始化单片 机机机 传感器采样 报警组合方案 是否异常 结束 发送 GSM 短信 报警处理 接受短信 Y N Y N 基于单片机的居室安全报警系统 18 串口初始化需要对单片机的波特率进行设置。 SIM900模块的波特率默认是9600bps，在串行通信中收发双方的波特率又要求一致，所以我们需要将单片机的波特率也设置为 9600。 串口的初始化程序如下所示： SCON = 0x50； //UART方式 1:8位 UART。 REN=1:允许接收 PCON = 0x00； //SMOD=0:波特率不加倍 TMOD |= 0x20； //T1方式 2,用于 UART波特率 TH1 = 0xFD； TL1 = 0xFD； //UART波特率设置 :9600 TR1 = 1； 通过定时方式控制寄存器将定时器设置为自动载入计数初值的方式 2；计数初值 THl、 TLl由波特率和单片机的振荡频率决定，本设计中单片机晶振为11． 0592MHz，所以由公式： ]1TH256[12 f os c322=SM O D串口波特率 （ 41） 其中通过配置可知 SMOD=0，  ，因此通过计算定时器 1的初值为 0xFD。 GSM 短信收发程序设计 AT 指令简介 AT 即 Attention,AT 指令一般应 用于 终端设备 与 PC 应用之间 的连接与通信。 其通信示意图如图 42所示： 图 42 TE与 MS 通信示意图 短信发送 本系统最终要实现当检测到危险情况时，发送对应短信通知用户。 实现此TE（ 终端设备） MS（移动台） AT COMMAND 基于单片机的居室安全报警系统 19 功能是通过单片机与 GSM模块 SIM 900的串口通信完成的。 单片机通过串口向 SIM 900发送 AT指令控制其发送不同短信内容。 这里重点对短信发送的 AT指令操作过程及短信内容进行展开。 （ 1） GSM模块初始化 在发送短信之前需要对一些基本参数进行设置，以保证短信的准确发送。 所需用到的 AT指令有： AT\r ／／ 发送 AT指令模式 AT+CMGF=0\r ／／ 短信模式配置 AT+CMGS=37\r ／／ 短信长度设置 程序设计中，这些指令均以字符串的形式存储在不同指令数组中，通过串口通信程序中的串口字符串发送程序把这些 AT指令数据通过串口发送给 SIM 900模块。 这些指令若被 SIM 900成功接收并设置，则会返回 OK字符，为了保证初始化成功，设计中在每个 AT指令发送后均要检测返回值。 （ 2） 短信内容的处理 GSM模块初始化后，就可以设定要发送的目的号码然后调用短信内容进行发送了。 本系统中不同情况引发的报警，是通过不同短信内容来通知用户的，这样设计可以让用户更清楚的知道发生了什么情况。 所以 此处对短信内容采用的方法是定义不同的短信内容字符串数组，然后在前面分析的外部中断程序中根据不同的报警来源调用短信发送程序发送不同的短信内容。 具体程序设计如： unsigned char code mesi1[]= ｛ 089168816。