家庭智能防火防盗系统设计与实现毕业设计论文

家庭智能防火防盗系统设计与实现毕业设计论文内容摘要：

C12C5A60S2 内部结构框图 13 图 主控芯片的 最小系统 GSM 模块 TC35 及 SIM 卡 TC35 模块介绍 ： 目前 ,国内商品化的 GSM 模块有 Fal 的 A2D 系列、 Wavee 的 WM02 系列、西门子 TC35 系列、爱立信的 DM10 /DM20 系列、中兴的 ZXGM18 系列等 ,这些模块 之间的用法没有多大差距。 西门子的 TC35 系列 模块的性价比 相较其他产品有着 较高的 优势 ,同时 也有了我国 的无线设备入网证。 所以 ,该设计选用了西门子 的 TC35[8]。 TC35 是 Siemens 公司推出的 GSM 模块 用于 无线通信， 也弄够实现系统中各种各样的比如数据，传真和短消息服务。 － 是这个模块的主要工作电压 ，工作 频段 可以在 900M 赫兹 和 1800M 赫兹 两个频段， 当前的频率段的 功 率损 耗分别 是 2W（ 900M）和 1W（ 1800M）。 而 模块 也含 有 AT 命令集 的 接口， 不 仅对 文本 模式支持也对 PDU 模式的短消息 支持 、 同时在 二类传真的第三组、以及 ， 的 不 透明模式 [9]。 此外， 此模块还含有 多方通话、 通讯录 ，漫游 的测试等 功能， 它 们 常用工作 的 模式 一般还有 省电模式、 IDLE、 TALK 等 三种 模式。 经过特别 的 ZIF 连接器 ，还有 40 个 引脚， 这样就体现了 电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。 它 是经过 ZIF 连接器及 50Ω 天线连接器，可分别连接 SIM 卡支架和天线。 TC35 模块主要由 GSM 基带处理器、 GSM 射频模块、供电模块 (ASIC)、闪 14 存、 ZIF 连接器 、天线接口六部分组成。 作为 TC35 的核心，基带处理器主要处理 GSM 终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。 在不需要额外硬件电路的前提下，可支持 FR、 HR 和 EFR 语音信道编码。 图 TC35 结构框图 图 TC35 实物图 SIM 卡 SIM 卡是（ Subscriber Identity Module 客户识别模块）的缩写，也 叫做身份的识别卡 ， 在一般情况下 GSM 的 数字 的 移动 通话 机 ， 若不 插上 SIM 卡是不能正常 通信 的。 SIM 卡主要是在特定的电脑上存上了使用电话机的用户信息 ， 用户存储的电话簿信息，加密过的密钥 ， 能够用于客户的身份证明，能对客户通话的内 15 容加密 [10]。 TC35 使用外接式 SIM 卡， ZIF 的 连接器上有 6 个引脚作为 SIM 卡的借口， SIM 卡上也有 6 个引脚分别与它们相对应，如图 所示 图 SIM 引脚图 图 TC35 与 SIM 的电气连接图 LCD 显示模块 鉴于对显示的需要，我们采用带中文字符的 LCD12864 液晶显示器，其显示内容丰富，接口相对简单。 内部 嵌入了 国标一级、二级简体 汉字 库的液晶显示模块；其显示分辨率为 128 64, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII字符集。 利用该模块 较为 灵活的接口方式和方便的操作指令，可 以轻松做成 全 汉字 的 人机交互 画 面 [11]。 其 不仅可以 显示 8 4 行 16 16 点阵的汉字 ， 也可完成图形显示， 电压低，功耗低，是它 的明显特点。 这个模块的液晶显示的方案同同种类型的液晶 显示方案相比 ， 不仅在电路结构上要简洁许多，在程序上也要简洁不少 ， 并且它 的价格同别 的相比也要便宜不少。 由于对系统整体设计的需求，本设计采用 128 64 并口模式，使用其并口模式，使显示速度更加的迅速，其具体管脚如表 所示： 表 12864 串口接口管脚 管脚号 名称 LEVEL 功能 16 1 VSS 0V 电源地 2 VDD +5V 电源正（ 3..3V～ ） 3 V0 对比度（亮度）调整 4 CS H/L 模组片选端，高电平有效 5 SID H/L 串行数据输入端 6 CLK H/L 串行同步时钟，上升沿时读SID 数据 15 PSB L L：串口模式 17 /REST H/L 复位端，低电平有效 19 A VDD 背光源电压＋ 5V 20 K VSS 背光源电压负端 0V 其与单片机的电路接口如图所示 ： 图 LCD 与单片机的连接图 时钟模块 当前比较常用的 时钟 芯片 有 很多，如 DS130 DS130 PCF8485 等。 这些芯片 的接口 比较 简单、价格 便宜 、使用方便， 在众多场合 被广泛地采用。 本文介 17 绍的时钟 芯片为 DS1302， DS1302 时钟芯片是 达拉斯 公司 生产 的一种高性能、低功耗、带 RAM 的 时钟电路，它 能够 对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，并且还 具有闰年补偿功能， 其有着宽泛的工作电压 ～。 芯片 电路 采用三线接口与 MCU 进行同步 数据 通信， 通信时 采用 突发 模式 可以 一次传送多 个字节数据。 如图 是 DS1302 的引脚图，其中 Vcc1 为后备电源， Vcc2 为主电源。 在主电源关闭的情况下， 只要后备电源有电 就可以 保持时钟的连续运行。 DS1302由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。 X1 和 X2 是振荡源， 需要 外接 赫兹 晶振。 第五个引脚 是复位 /片选线， 数据的传送是 通过把 RST 置高电平来启动的。 I/O 为串行数据输入输出端 (双向 )， SCLK 始终是输入端 [12]。 图 DS1302 时钟芯片 DS1302 内部含 有 与日历、时钟相关 的 寄存器， 寄存器中 存放的数据 是以 BCD码形式 存 储的。 此外， DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 RAM 相关的寄存器等。 其寄存器及其控制字见图 所示。 18 图 DS1302 寄存器 DS1302 与 CPU 的连接需要三条线，即 SCLK、 I/O、 RST，所以在单片机系统中有着广泛的应用。 如图 为 DS1302 与 主控芯片 的连接图。 图 DS1302 与单片机的连接图 红外 遥控器模块 红外线遥控是 当前 使用 比较 广泛的一种通信和遥控手段。 由于红外线遥控装置 有着众多的优点： 体积小、功耗低、功能强、 成本低等，因 此 ，继彩电、录 影机之后， 红外线遥控 广泛应用 在 收音机 、 车载 音响 、空凋 以及 儿童 玩具 中。 工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰 [12]。 红外遥控系统 由两大部分组成： 发射 、 接收 ， 通过 专用 编 /解码 集成电路芯片进行控制操作。 发 射 电路 主要 包括 键盘矩阵、编码调制、 LED 红外发送器 如图 ；接收 电路 主要 包括光、电转换放大器、解调、解码电路 如图。 图 遥控发射器的系统图 19 图 遥控 接受 器的系统图 遥控接收器与单片机 的电气连接如图 所示： 图 遥控接收器与单片机的连接图 报警模块 报警模块采用 ULN2020 和 两个继电器控制两个扬声器，发出不同的声音作为报警的声音，其与单片机的电气连接如图 所示： 图 报警模块 与单片机的连接图 传感器模块 本传感器组共由温湿度传感器、烟雾传感器和人体红外传感器组成。 20 温湿度传感器 : 本设计中选用的温湿度传感器是 DHT11， DHT11 一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。 它 采用 专用的数字模块技术和温湿度传感技术， 保证了 本产品 有极高的 准确 与卓越的 稳定性，传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。 因此 DHT11 传感器 具有 卓越的品质 、 稳定性 能 强、性价比极高等优点 [ 13]。 其与单片机的电气接口为如图 所示： 图 温湿度传感器 与单片机的连接图 烟雾传感器： 烟雾传感器选用 旁热式结构半导体式可燃气体敏感元件 MQ2， MQ2 可检测的 气体有 ： 液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等。 该模块有两种信号输出一个是 TTL 数字输出， TTL 输出有效信号为低电平 ，一种是 模拟量输出 ，模 拟量输出 0~5V 电压，浓度越高电压越高 [14]。 本设计采用MQ2 模块的模拟量输出 ，通过处理器自带的 A/D 转换能比较容易的进行烟雾的检测 ，其与单片机的电气接口如图 所示： 图 烟雾传感器与单片机的连接图 人体红外传感器： 人体红外传感器选用热释电红外传感器 HCSR501， HCSR501 是基于红外线技术的自动控制模块，采用原装进口 LHI778 探头设计， 有着 超低电压工作 、灵敏度高，可靠性强 等一系列优点 ， 在 各类自动感应 设备 中有着 及其 广泛 的 应用。 其只有数字输出 即人进入其感应范围则输出高电 平，人离开感应范围则自动延时 21 关闭高电平，输出低电平。 其与单片机的接口 如图 所示 ： 图 红外传感器 与单片机的连接图 22 第四章 系统软件设计 系统程序设计 对于嵌入式系统来说， 软件部分的设计 有两种模式：一种是前 后台系统模式，一种是引入操作系统之后的多任务模式。 第一种模式的一般做法是 在主程序中 写一个 死 循环 ， 然后 在 主 程序中查询每个事件是否发生 ，如果 某个事件发生 ， 就 执行 这个 事件 ，这 种 在主程序查询的 方式 可以 认为 是后台程序。 有了后台程序这个概念那么前台程序即为 系统对中断的响应 执行 ，中断的 响应 表示 有 事件 发生 ，要 马上 去处理该事件。 在中断服务子程序中， 通常 对 某事件 设置一个 相应 的标志 位 ， 然后回到 后台程序来处理 该事件。 因此 ，后台可以 认为 是 任务级，前台 认为 中断级。 采用 这种模式的 最大 优点是编写 程序 较简单 ，同时亦能提高硬件 执行 的效率。 第二种模式 为在 主控制器 中嵌入 操作系统 ， 操作系统根据实时性 的要求 亦可以分为两大部分： 硬实时的操作系统，如 VxWORKS 等 ； 软实时操作系统，如WindowsCE 等。 采用操作系统 的优点是 其有着相当好的 实时性 ， 但 缺点是 操作系统 会 占用 主控制器 较 大 的 内存空间 [15]。 本课题选用基于单片机的设 计方案，通常不需要 嵌入 操作系统，故采 取 了 前后台程序的设计 模式。 根据项目系统的工作原理、接口电路设计及 主控芯片 对 各种 模块控制的 需求 ， 系统主控芯片 STC12C5A60S2 的软件 开发 采用 C 语言进行程序设计， C 语言具有容易理解，易于维护， 模块化设计和功能扩展等特点，有效保证了软件的开发效率。 用 Keil 来编源程序，该软件具有友好的编辑界面和 C 语言关键字识别能力，同时具有良好的排版能力，有助于编写规整的代码，提高开发的效率和软件管理。 系统的软件设计采用模块化设计方法 ， 各模块之间相互 独立。 整个软件设计包括主程序、时钟子程序、传感器子程序、短消息子程序、显示与报警子程序和红外解码子程序等。 系统主程序流程图 软件设计主要任务是完成对传感器组进行循环监控、 LCD 显示、报警和 TC35 GSM 模块的控制。 系统初始化主要完成 定时器 0、 1 初始化 、 外部中断 0 初始化、 LCD 显示 初始化 、 时钟芯片 DS1302 初始化、 人体红外传感器 初始化、 烟雾传感器初始化、 23 串口初始化 等工作。 开始系统初始化时间温湿度显示显示标志位发短信函数红外扫描红外处理检测温湿度人体检测函数人体检测标志位打电话发短信烟雾检测标志位烟雾检测函数YNNY NY 图 系统 主程序流程图 24 时钟模块 DS1302 模块主要是用于设置时间和与 MCU 通信。 时钟模块操作 流程图见 图。 开始写入命令读出数据返回 图 时钟模块操作流程图 温湿度 模块 温湿度模块主要是用于 单片机 读取温度数据和湿度数据。 温湿度 模块操作流程图见 图。 25 开始读取数据验证数据返回 图 温湿度模块操作流程图 传感器模块 人体红外传感器流程图 如图 所示 ： 主要用于检测到人并触发报警装置。 开始灯亮1 5 秒3 0 秒后报警返回检测 到人。 YN 图 人体红外 模块操作流程图 烟雾传感器流程图： 26 主要用于检测当前空气中的烟雾浓度。