基于GSM模块的防盗报警系统-毕业论文设计终稿

红外防盗报警器论文

题 目： 基于51单片机与GSM红外防盗报警器 学 院： 专 业： 姓 名： 指导教师：

2015 年 4 月 5 日

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内 容 摘 要

随着信息、电子、控制、通信等技术的迅速发展，健康、安全、舒适、便捷的生活品质成为人们的迫切需要。而且随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快以及大量家用电器和厨房设施的使用，家庭安全隐患随之增多，同时社会转型期的家庭不安全因素也日益凸现，传统的安全防范措施已无法适应现代化社会的需求。本文鉴于以上因素，建立了一个基于GSM网络及短信息平台上的家庭安防系统，设计中采用了STC89C52单片机系统、无线GSM短信模块及传感器技术。

本文给出了基于短信息平台的家庭安防系统的设计思路和系统组成方案，对主控模块、通信网络、传感器模块、短信模块及接口电路进行了较深入的分析研究。文中设计实现的家庭安防系统具有硬件结构简单、性价比高等优点。模块化的程序结构，使系统功能的扩展非常方便。本文给出的基于短信息平台的家庭安防系统，基本实现了系统的远程报警及控制功能，达到了远程监控家居的目标，具有较好的应用前景。

关 键 词

智能家居；远程监控；GSM；短信息

II

The system of the home burglar alarm is

based on the GSM SMS module

Author:XXX Tutor:XXX Associate professor

Abstract

With the rapid development of information technology, electronics technology, control technology, communication technology the life quality such as healthy, security,comfortable, convenient become people’s urgent need. In addition with the improvement of people’s living standard and the accelerated rhythm of life as well as the large number of household appliances and kitchen facilities being used, the hidden problem of family security is increasing. At the same time the insecurity factor of family is come into being at the time of social transformation, and the traditional security system has been unable to adapt to the needs of modem society. In this paper, we establish a family security system based on GSM network and short message platform, and use the STC89C52 single-chip microcomputer system, Wireless GSM SMS module and sensor technology.

This paper presents the design and the system composition project of the family security system based on short message platform, and makes an intensive study of the control module, communication networks,

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sensor module, SMS module and interface circuit. The system in this paper has some advantages, such as simple hardware structure and high cost-performance and so on. The Modularized program is convenient to expansion of the system. The test results indicated that the family security system based on short message platform realizes long distance alarm and control function, and achieves the goal of long distance monitoring and controlling towards family. It has good application prospects.

Key words

Intelligent home ; Monitoring and controlling by long distance ; GSM; Short message

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目 录

第1章 绪 论 ............................................. 1 1.1 前言 .............................................. 1 1.2 防盗报警系统在国内外的发展 ........................ 1 1.3 防盗报警器的发展前景与趋势 ........................ 2 1.4 设计任务与要求 .................................... 3 第2章 系统方案设计 ...................................... 4 2.1 系统总体设计思路 .................................. 4 2.2 系统方案设计 ...................................... 5 2.3 传感器简介 ........................................ 6 2.3.1 热释电红外传感器简介 ......................... 6 2.3.2 热释电红外传感器电路图 ....................... 8 2.3.3 被动式热释电红外探头的工作原理及特性 ......... 8 2.4 51系列单片机的内部组成 ........................... 9 2.4.1 STC89C52单片机的内部组成 .................... 11 2.4.2 STC89C52单片机引脚及功能 .................... 12 2.5 RS-232C接口 ...................................... 14 2.6 TC35短信模块简介 ................................. 15 第3章 硬件电路设计 ..................................... 17 3.1 电源电路设计 ..................................... 17 3.2 红外探测信号输入电路 ............................. 18

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3.3 时钟电路的设计 ................................... 21 3.4 复位电路的设计 ................................... 22 3.5 RS-232 通信的设计 ................................ 23 3.5.1 RS-232芯片选型 .............................. 23 3.5.2 MAX232简介 .................................. 23 第4章 软件设计 ......................................... 25 4.1 软件的程序实现 ................................... 25 4.2 主程序工作流程图 ................................. 26 4.3 中断服务程序工作流程图 ........................... 27 4.4 报警电路流程图 ................................... 28 4.5 信号采集电路流程图 ............................... 29 第5章 结论与展望 ....................................... 30 致 谢 ................................................... 31 参考文献 ................................................ 32 附录A 主要源程序代码 .................................... 33 附录B GSM模块电路图 .................................... 33 附录C 电路总体原理图 .................................... 33

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基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统

第1章 绪 论

1.1 前言

随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的基于51单片机及GSM短信模块的家庭式电子防盗系统。

1.2 防盗报警系统在国内外的发展

从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。在北美，报警呼救箱放臵在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；同时，这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。而此后自动拨号系统的出现以及电话普及到千家万户，更使得通过电话线报警的方式得到了前所未有的发展。

从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，

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只有具备良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。

国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段，从具有代表性的北美发展过程，可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况。其具有以下特点，值得我们借鉴。

目前，对北美的安防产业来说，最成功的经营模式就是联网报警服务模式，联网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集中许多高科技手段和产业化管理水准的一体化综合性产业。比如世界排名第一，北美最大的安防跨国公司--美国棋诺亚公司，它在世纪年代开始搞简单的防盗报警，其当时的业务范围和技术水平跟中国现在很多安防企业是相当的。到70年代，它对其产业的整体发展方向做了很大的调整，变为联网报警服务商，建立了首家网管中心，尤其是在年代引用了大量的网管技术、系统集成技术和电子技术，现己成为十分先进的联网报警服务平台，它在美国、加拿大、英国、香港、台湾等多个国家和地区都有分公司，北美的客户数已超过600万，2003年防盗报警收入总产值达105亿美元。

1.3 防盗报警器的发展前景与趋势

随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“安全防范问题就显得尤为重要。传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些

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明显的问题，如：影响楼房美观，市容整洁；影响火灾救援通道；给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。

所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。因此，小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。

1.4 设计任务与要求

(1)该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、单片机控制、GSM短信报警等模块子函数。

(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、单片机控制电路、GSM短信模块及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、报警信息告知用户等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块等部分组成。

(3)系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设臵在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设臵在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至89C52单片机，经单片机处理运算后驱动执行短信报警电路使GSM模块，向用户发送短信息实现远程防盗报警功能。

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第2章 系统方案设计

2.1 系统总体设计思路

基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统组成如图2-1所示。该系统结构组成为前端探测器（热释电红外探测器）、单片机控制器、GSM短信模块、用户终端。

前 端 探 测 器 单 片 机 控 制 器 GSM 短 信 模 块 用 户 终 端 图2-1 基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统

本系统由五路热释电红外探测器采集五路（门、窗、阳台等报警监测点）报警信号，将报警信号送入89C52控制芯片，控制触发GSM短信模块向用户发送防盗报警信息，从而实现家庭用防盗报警系统的功能。

基本工作原理如下:利用被动式热释电型红外传感器检测人体辐射的红外线，当检测到红外信号变化时，将其转化为微弱的电信号，经过信号处理电路对电信号进行滤波、放大、比较、输出高电平作为告警信息送给MCU，MCU判断是否报警，如果满足报警条件，就会发出控制信号，通过串行通信接口RS232，控制GSM短信模块给用户发短信息，实现防盗报警。

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2. 工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）

3. 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz 4. 用户应用程序空间为8K字节 5. 片上集成512字节RAM

6. 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。 7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8. 具有EEPROM功能 9. 具有看门狗功能

10. 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2 11. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART

13. 工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级） 14. PDIP封装

STC89C52RC单片机的工作模式

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? 掉电模式：典型功耗<0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序

? 空闲模式：典型功耗2mA

? 正常工作模式：典型功耗4Ma～7mA

? 掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备

2.4.1 STC89C52单片机的内部组成

图2-4画出了STC89C52单片机的内部系统组成的基本框图： 外时钟源 外部事件计数

INT0 INT1 内中断 控制 并行口 串行通讯

图2-4 STC89C52 单片机系统组成基本框图

中断控制 64KB 总线控制器 并行接口 串行接口 89C51 单片机 时钟电路 4KB ROM 256B RAM 2X16位定 时/计数器

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由图2-4可以看出，MCS—51系列单片机89C52是由中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出（I/O）口电路、定时器/计数器等若干部件组成，再配臵一定的外围电路，如时钟电路、复位电路等，即可构成一个基本的微型计算机系统。

2.4.2 STC89C52单片机引脚及功能

共40条引脚，分为端口、控制、电源三类：

(1) 端口线：4个8位端口共32条引脚，用于传输数据、地址、控制、状态等信息。

P0口（P0.0~P0.7）：多功能端口，用于传输数据、地址。P0口在传输数据信息时，输入带缓冲、输出带锁存，使用非常方便。 P1口（P1.0~P1.7）：单功能端口，用于数据输入/输出传输。 P2口（P2.0~P2.7）：多功能端口，用于传输地址信息或作为普通I/O端口。

P3口（P3.0~P3.7）：多功能端口，用于传输控制信息或作为普通I/O端口。传输控制信息时：

P3.0：RXD，串口输入 P3.1：TXD，串口数出 P3.2：INT0，外部中断0输入 P3.3：INT1，外部中断1输入 P3.4：T0，计数器0输入 P3.5：T1，计数器1输入

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P3.6：WR，“写”控制信号线 P3.7：RD，“读”控制信号线

(2) 电源线：共2条，VCC、VSS(GND)。 (3) 控制线：共6条，传送控制信号。

ALE：地址锁存，用于区分在多功能端口传送的数据/地址信息，ALE=0/1：数据/地址。

EA：允许访问外程序存储器。EA=0/1：片外/片内存储器有效。 PSEN：片外ROM选通。 RST：芯片复位线。

XTAL1、XTAL2：外接石英晶体输入线。 图2-5为STC89C52单片机的引脚图：

图2-5 STC89C52单片机引脚结构

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2.5 RS-232C接口

RS-232C通信接口是一种标准的串行接口，其通信标准在国际上

得到了广泛的应用。在电气特性上RS-232C采用负逻辑，要求高、低两信号间有较大的幅度，标准规定如下：

逻辑“1” ：-5 ~ -15V。 逻辑“0” ：+5 ~ +15V。

RS-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条

定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根 ，他们的管脚分配如图2-6，接口定义说明如下表2-1所示。

图2-6 RS-232 (DB9)的引脚图

表2-1 RS-232 (DB9)的接口定义

编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

名称 DCD RXD TXD DTR GND DSR RTS CTS RI 14

功 能 说 明 载波检测 接收数据 发送数据 数据终端准备好 信号地 数据准备好 请求发送 允许发送 振铃提示

通常的应用系统中，往往是CPU和I/O设备之间传送信息，两者

都是DTE，比如PC和色温计，PC和单片机之间的通信，双方都能发送和接收，它们的连接只需要使用三根线即可，即RXD,TXD和GND，连接方式见图2-7。

图2-7 “三线连接法”

2.6 TC35短信模块简介

西门子公司TC35型GSM收发模块是比较常用的GSM模块，可工作在GSM900 MHz和GSM1800MHz 两个频段。TC35模块体积小、安装方便，可以根据具 体需要很方便地嵌入应用系统中，通过40脚ZIF(零插拔力)连接器与应用电路连接，通过一个串行接口与应用电路实现信息交换。TC35结构如图1所示。

TC35模块可以传送语音、数据、sMs和传真，单电源供电(3.3V～5.5V)，工作温度范围为-20°C ~ +55°C ，串口可以工作于多种波特率：1.2kbit/s、2.4kbit/s、4.8kbit/s、9.6kbit/s、19.2kbit/s、38.4kbit/s、57.6 kbit/s和115.2 kbit/s，使用AT命令集对串口进行操作，并对TC35进行编程，TC35可以工作于降功耗方式、休眠方式、软件激活方式、通话

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方式等多种方式，具体应用如图2-8所示。

图2-8 TC35结构图

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第3章 硬件电路设计

3.1 电源电路设计

电源电路的功能介绍：此电路在整个设计中起着很重要的作用，是提供器械运转的原动力。此电源为直流稳压电源包括降压、整流、滤波、稳压三部分，最终将电网中220V的交流电压转换为5V的直流电压提供给后面的工作电路。在整个电路中电源部分起到重要的作用，如果电源部分不能实现整个电路都不能运行。

（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成较低的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。在本电源电路中取η的数值为22，故降压后副边电压值为10V。

（2）整流电路：利用D1～D4 4个二极管组成的一个桥式整流电路，将50Hz的正弦交流电转化成脉动的直流电。整流后的电压约为9V。

（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分通过C101加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：芯片7805稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压波动和负载电阻的变化而变化。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。

三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输

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出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输也三端稳太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。

LM7805简介：LM7805是常用的三段稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC 5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。

图3-1 直流稳压电源电路

3.2 红外探测信号输入电路

红外探测信号输入部分由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、数字信号输入电路组成。当工作中的红外线传感器J1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由J1的S端引脚输出微弱的电信

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号（1～10Hz）,经三极管Q1等组成第一级放大电路放大（见图3-2），再通过C2输入到运算放大器U1A中进行高增益、低噪声放大（见图3-3），此时由U1A输出的信号已足够强。如图3-4所示，U1B是电压比较器，二级放大信号OUT2由运放芯片U1B中5脚输入，R6、R7、R9、D1组成基准电压电路，输入信号与反向输入端基准电压比较，一旦有盗贼闯入监控的范围内，热释红外线传感器监测到信号后，发出一个微弱的交变信号，经两级交流放大后，与基准电压进行比较，此时，经过放大的信号大于基准电压。通过U1B的比较，其输出电平为运放工作电压高电平5V，三极管Q2导通，J2输出为低电平；当OUT2端输入没有信号时，输出为0V，所以三极管Q2截止，J2引脚输出为高电平。调试时，在红外线传感器前人走动，调整R9，直到J2引脚输出为低电平。各电路如图3-2到图3-5所示。

图3-2 第一级放大电路图

图3-2中，R1是源极电阻，其阻值可以根据实际情况进行调整；产生的微弱信号由S9014进行放大。S9014是NPN型三极管，其IC

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静态工作电流达100mA，放大倍数最大可达1000倍。R3给S9014提供静态基极电压。放大后的信号由C2耦合到下一级。

图3-3 二级放大电路图

图3-4 电压比较器电路图

图3-5中，用三极管S9013把OUT3的信号转换成单片机的入口

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电平信号。其主要原因是，当产生报警信号后，OUT3输出约为5V的工作电压，需要用三极管将其转换成低电平。这样，当有报警信号时，J2引脚输出低电平，将给单片机一个低电平，而这样一个低电平信号将使单片机退出低功耗状态，同时唤醒整个电路；而没有报警时，将输出持续的高电平。

图3-5 数字信号输入电路

3.3 时钟电路的设计

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配臵为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。

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图3-6为时钟电路。

图3-6 时钟电路图

3.4 复位电路的设计

复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。图3-7为复位电路。

图3-7 复位电路图

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3.5 RS-232 通信的设计 3.5.1 RS-232芯片选型

由于PC机是系统的主控机，主机PC和单片机之间采用的是RS-232总线标准进行通信，所以在电路设计时采用RS-232通信收发器芯片为MAX232，它是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。

3.5.2 MAX232简介

由于电脑串口RS232电平是-10V +10V，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0 +5V,MAX232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。 该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。

图

3-8是MAX232的内部电路构造图。

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图3-8 MAX232的内部电路构造图

下面是MAX232的引脚介绍：

第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道；8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。

TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。 第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5V）。

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