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1、毕业设计论文课题：基于GSM短信模块的单片机实现家庭防盗报警系统功能The Family guard against theft and alarm system Based on GSM Modem学 院 物理与信息工程学院专 业 电子信息工程光电信息工程姓 名 陈彬学 号 200407303135指导教师 李建民2008年5月 基于GSM短信模块的单片机实现家庭防盗报警系统的功能 陈彬 指导教师：李建民摘 要本系统主要由单片机和GSM短信模块组成，借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息或 形式，直接把报警地点的情况反映到您的 屏幕上。它采用主动式红外传感器进行检测，变有形
2、的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。【关键词】单片机 GSM短信模块 传感器 The realization of the family guard against theft and alarm system based on GSM modem singlechipAuthor: Chen bin Director: Li jianminAbstract The System is made up of MCU and GSM Modem. It will display the alarm content in
3、Chinese directly at your mobile screen, and it recurs to the most reliable GSM mobile network. The system adopted initiative infrared sensor to detect, and it turned the traditional alarm net and alarm windows to immateriality. Besides, the system equipped the smog sensor and leakiness sensor of gas
4、 and guarded against fire and gas leakiness.So, based on GSM short message, a remote&detecting system for smart home is developed, realizing the detecting of the home equipment and the state of home environment. 【keywords】 MCU GSM modem short messages sensor remote control目 录 引 言.03第1章 单片机概述.041.1 A
5、T89S52的主要性能.041.2 AT89S52的功能特性描述.041.3 AT89S52的管脚排列.051.4 AT89S52的引脚功能.05第2章 GSM模块.07方案一：2.1 GSM MODEM概述.07 2.2 GSM MODEM的基本原理.082.3 GSM MODEM的主要功能.08 2.4 GSM MODEM模块的选择.08 2.4.1 概述.08 2.4.2 TC35i模块.09 2.4.3 GSM Modem的主要技术指标.09 2.4.4 GSM Modem 的硬件设计.13 2.4.5 GSM Modem 的软件设计.15方案二：2.1 HRH GSM MODEM 介
6、绍.152.2 HRH GSM Modem 的硬件接口.152.3 HRH GSM Modem 的软件协议.15 2.3.1 设置短信中心号.15 2.3.2 利用GSM Modem向普通 发短信.16第3章 键盘显示.17 3.1 SK5279A键盘显示芯片.17 SK5279A的控制指令.18 3.3 硬件及软件设计.18 3.3.1 SK5279A与MCS51单片机的连接.18 3.3.2 软件设计部分.19第4章 铁电存储器.21 4.1 铁电存储器的特点.21 4.2 铁电存储器FM31xx的结构功能.22 4.3 FM31xx的基本电路设计.22 4.4 FM31xx的功能应用.2
7、4 4.4.1 FM31xx存储器的读写操作.24 4.4.2 片内处理器的读写操作.24 4.5 小结.26第5章 实时时钟.26 DS12887主要功能简介与结构框图.26 5.1.1 DS12887时钟芯片的主要功能简介.26 5.1.2 DS12887时钟芯片的结构.27 5.2 时间、日历和定闹单元.27 5.2.1 DS12887时钟芯片的引脚排列.27 5.2.2 DS12887时钟芯片的引脚功能.28 5.3 DS12887时钟芯片的地址分配及状态控制寄存器.28 5.3.1 DS12887时钟芯片的地址分配.28 5.3.2 DS12887时钟芯片的状态控制寄存器.29 5.
8、4 时间、日历和定闹单元.29第6章 后备电源.30 6.1 技术背景.30第7章 遥控器.31第8章 传感器.32 8.1 红外传感器.32 8.2 烟雾传感器.33 8.3 气体泄漏传感器.33第9章 家庭防盗报警系统的软件设计.33 9.1 主程序流程图.33 9.2 外部中断0中断服务子程序流程图.34结论.35参考文献.36附录.37引 言目前传统的机械式防盗网、防盗窗安防系统在实际使用中暴露了很多隐患，例如：为其它没有安防盗窗的相近楼层形成被盗隐患、发生火灾时不易逃生等。随着电子技术的飞速发展，报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。而各种防盗报警系统之间的主要区别是
9、在于如何让分机与主机、分机与用户之间进行通讯。目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定 拨号、以太网、集群系统等等。但它们有各自的缺点：1 固定 拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断 线或恶意占线，使其在关键时刻失灵。2 以太网同样面临着线路被切断的隐患，且不易普及。3 集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要 购买固定的频点。针对以上通信方式的优、缺点，我设计了基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统。此系统可解决这些隐患，让家庭防盗更及时、使用更方便。它不再依赖有线 执行报警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息或 形式，直接把报警地点的情况反映到您的 屏幕
10、上。它采用主动式红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。 本文介绍了用AT89S52单片机实现的基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统，以及AT89S52单片机的功能特点、GSM短信模块工作原理、传感器工作原理。系统组成框图如下：GSM模块红外传感器烟雾传感器燃气泄漏传感器MCU遥控布、撤防备 用 电 源第1章 单片机概述AT89S52作为普通51单片机已与广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大，因此本系统采用AT89S52单片机作为主控制芯片。1.1 AT89S52的主要性能与MC
11、S-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz33Hz三级加密程序存储器32个可编程I/O口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符1.2 AT89S52的功能特性描述 AT89S52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。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flas
12、h，使得AT89S52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。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2 个数据指针，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，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52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。8位微控制器8K字节在系统可编程Flash AT89S52 。1.3 AT
13、89S52的管脚排列 1.4 AT89S52的引脚功能VCC : 电源GND: 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。 在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入
14、口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流IIL。 此外，和分别作定时器/计数器2的外部计数输入和时器/计数器2的触发输入。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流IIL。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器例如执行MOVX DPTR时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的
15、内部上拉发送1。在使用8位地址如MOVX RI访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流IIL。 P3口亦作为AT89S52特殊功能第二功能使用。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看
16、门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号ALE是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚PROG也用作编程输入脉冲。 在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”， ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
17、否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位地址为8EH的SFR的第0位的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号PSEN是外部程序存储器选通信号。 当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。 为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。 在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相
18、放大器的输出端。第2章 GSM 模块方案一：2.1 GSM MODEM概述GSM(Global System for Mobile commmunications)系统是欧洲邮电管理委员会CEPT下属的移动通信特别小组,从1992 年起开始制定,并在1998 年颁布实施的新的数字式蜂窝移动通信标准,也即我们目前所说的第二代移动通讯技术。它是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的GSM 数字蜂窝移动通信网,是我国公众通信网的主要方式。短消息服务(SMS) 是GSM 技术应用的一项重要内容,它具有一些突出特点如:一次可传输140 byte
19、的数据,数据的内容可以是字符或数字; 可以在GSM 网络内端对端传输,还可以从GSM 网络外(如互联网) 发送短消息给一个端点站;短消息通过设在移动通信部门的短消息中心(MSC) 用GSM 系统的信令信道传送,与语音信道不冲突,即使终端处在通话状态下也可进行传送;在短消息传送过程中,不进行呼叫连接建和释放的过程;MSC 具有短消息的存储功能,在终端设备关机时,可以保持消息在一定时间内有效等。利用这些特点,及其双向传输的性能, 可方便地实现对于采集站设备的信息采集和远程控制, 即实现遥测和遥控。GSM MODEM：一般也叫做短信猫，从英文名翻译过来，其实就是支持GSM制式通讯的调制解调器，所以，
20、短信猫还有很多别称，如GSM猫，无线猫，短信模块，GSM短信模块等。因为大部分客户都是拿着GSM MODEM去收发短信，也就是在行业应用市场上，GSM MODEM最大的用途是用来收发短信，因此，大多数人还是称之为短信猫。短信猫其实是一种支持GSM无线通讯的工业级调制解调器，一般基于法国WAVECOM或德国SIEMENS西门子GSM模块，插入国内移动通信运营商的SIM卡后即可接入运营商GSM网络，实现无线GSM通话、短信、数据等功能。2.2 GSM MODEM的基本原理短信猫GSM MODEM的核心模块实际上就是 的核心模块。作为GSM MODEM的最大供给商，法国WAVECOM和德国的SIEM
21、ENS西门子公司，实际上也是GSM 的重要模块供给商。因此，当短信猫接通电源以后，GSM MODEM的内置软件就开始工作，如果插入了某个移动运营商的SIM卡，GSM MODEM便完全就和 一样接入到移动通信网中去了。同时，电脑可以通过串口连接GSM MODEM，比方通过超级终端，就可以连接到GSM MODEM的用户界面，通过一套AT指令，便可以操作GSM MODEM，可以收发短信，其实也可以拨打 、收发 等等。2.3 GSM Modem的主要功能a.收发短信；b.借助短信实现远程小批量数据传输；c.语音通话GSM ；d.数传模式实现无线实时数据通信；e.无线上网自动应答型。2.4 GSM Mo
22、dem模块的选择2.4.1 概述短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。本设计以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。典型的应用有：变电站、电表、水塔、水库或环保监测点等监测数据的无线传输和无线自动警报；远程无线控制高压线路断电器、加热系统、防洪拦阻系统或其它机电系统的启动和关闭；车队交通管理和控制指挥系统；控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货水平等。这里选用GSM模块TC35i，给出其和PC机的通信电路；同时，也给出与单片机Cyganal C8051F020制成一款无线Modem，与PC机协同收发短
23、信，在PC和应用系统之间以此Modem和GSM网络为纽带，实现远地数据的传输。其工作模式如图1、图2所示。2.4.2 TC35i模块目前，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2 D系列、Wavecome的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法差异不大。其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推出的最新的无线模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM 2/2+兼容、双频(GS
24、M900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和 提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。 2.4.3 GSM Modem的主要技术指标TC35i主要特性与技术指标包括以下几点：频段为双频GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+)；支持数据、语音、短消息和 ；高集成度(54.5mm36mm3.6mm)； 质量为9g；电源电压为单一电压3.34.8V；可选波特率300bps115kbps，动波特率 4.81
25、15kbps；电流消耗休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值；温度范围 正常操作-20+55，存放-30+85；SIM电压为3V/1.8V。TC35i有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。第114脚为电源部分：15为电源电压输入端Vbatt+，610为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压(共外电路使用)，14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻。2429为SIM卡引脚，分别为CCIN、 CC
26、RST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。3340为语音接口，用来接 手柄。15、30、31和32脚为控制部分：15为点火线IGT(Ignition)， 当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC。1623为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-T RS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps115kbps之间
27、可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集。模块中与SMS有关的GSM AT指令介绍GSM引擎模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07标准。GSM07.07中定义的AT Command接口，提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口；GSM07.05对短消息作了详细的规定。在短消息模块收到网络发来的短消息时，能够通过串口发送指示消息，数据终端设备可以向GSM模块发送各种命令。与SMS有关的GSM AT指令如表1所列。GSM AT指令集，是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的，其中包含了对
28、SMS(Short Message Service)的控制。表1 与SMS相关的假设干GSM AT指令 PDU编码规则目前，发送短消息常用Text和PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)模式。使用Text模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但最大的缺点是不能收发中文短信；而PDU模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。PDU模式收发短信可以使用3种编码：7-bit、8-bit和UCS2编码。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符，8-bit编码通常用于发送数据消息，UCS2编码用于发送Unicode字符。一般的PDU编码由A B C D E F G H I J K
29、 L M十三项组成。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。Cygnal单片机C8051F020简介C8051F020系列器件与MCS-51指令集完全兼容，可以使用标准803X/805X的汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51内核具有标准8