基于GSM的家庭防盗系统设计 - 图文

基于GSM的家庭防盗系统设计

目录

摘要 ............................................................................................................................................................................. II Abstract ....................................................................................................................................... 错误！未定义书签。 引言 .............................................................................................................................................................................. 1 1.绪论 .......................................................................................................................................................................... 2 2.开发环境 .................................................................................................................................................................. 3

2.1软件部分 ....................................................................................................................................................... 3

2.1.1编译环境 ........................................................................................................................................... 3 2.1.2程序下载 ........................................................................................................................................... 3 2. 2开发平台 ..................................................................................................................................................... 3

2.2.1 STC89C52RC简介 ............................................................................................................................. 4 2.2.2 STC89C52RC引脚及功能.................................................................................................................. 4

3. 外围模块电路工作原理 ........................................................................................................................................ 7

3.1GSM短信模块 ................................................................................................................................................. 7 3.2人体红外探测器 ........................................................................................................................................... 8 3.3烟雾传感器 ................................................................................................................................................... 9 3.4温度探测器 ................................................................................................................................................. 10 3.5 12864显示器 ............................................................................................................................................. 11 3.6蜂鸣器 ......................................................................................................................................................... 12 4.系统方案 ................................................................................................................................................................ 13

4.1系统总体方案 ............................................................................................................................................. 13 4.2 系统方案的结构 ........................................................................................................................................ 13

4.2.1控制中心 ......................................................................................................................................... 14 4.2.2采集端（A/D模数转化器）........................................................................................................... 15 4.2.3 GSM模块 ......................................................................................................................................... 16 4.2.4 红外检测门卫系统： .................................................................................................................... 17 4.2.5烟雾检测系统： ............................................................................................................................. 17 4.2.6温度传感器 ....................................................................................................................................... 18 4.2.7 12864液晶屏 .................................................................................................................................... 18 4.2.8风扇 ................................................................................................................................................... 18 4.2.9总闸 ................................................................................................................................................. 19

4.2.10 AD模数转化器 ............................................................................................................................................. 19 5.系统测试方案及结果 ............................................................................................................................................ 20

5.1 STC89C52RC结果 ..................................................................................................................................... 20 5.2 红外检测系统方案及结果 ...................................................................................................................... 20 5.3 温度传感器DS18B20方案及结果：......................................................................................................... 21 5.4 MQ-2传感器方案及结果： ....................................................................................................................... 21 5.5 液晶屏测试及结果 .................................................................................................................................... 21 5.6 GSM模块测试及结果 ................................................................................................................................. 22 结论 ............................................................................................................................................................................ 22 致谢 ............................................................................................................................................................................ 23

I

摘要

鉴于目前人们生活水平的提高，对于家居的安全问题也日益重视，而传统机械式防盗手段显露出极大地安全漏洞，故设计了本系统。关键是为了完成家庭安全的远距离监视和调控，系统中使用了的硬件平台：STC89C52芯片以及各个数据采集以及探测模块，并且以GSM短信模块为特色实现了便捷，便宜的推送方式。

家庭防盗智能系统包括红外感应门卫系统实时监测是否有人了靠近监测区域、烟雾检测监测是否有烟雾灾情发生、可燃气体泄漏监测检测是否达到危险浓度、自动调节风扇智能排气系统调节室内烟雾浓度达到初步的安防动作、居室内温度检测监测是否温度达到火灾预警温度，通过短信与用户交互，可以即时发现家居隐患并作出简单的安防动作。

此次设计基于单片机与GSM 的有力结合使整个家居系统更趋于平常家庭,便于操作，更贴近生活,使人们享受方便的同时更有效的节约时间且充分利用了生活中的通讯工具，相比其他方式还达到节约资金的目的。

关键字: STC89C52 GSM 智能安全系统 探测模块 安防

II

引言

自古以来有“路不拾遗，夜不闭户”，但随着时代的发展，我们却在防盗问题上面临了更多地问题，人民生活水平的进步，人们对于家庭防盗现状关心程度也日益增加，当我们离开家门的时候，会紧闭门窗，会关掉液化气，断掉电闸，就是为了以免发生意外状况，但这毕竟是很麻烦的一件事，因为我们不能每天都重复这样的动作，那么怎么才能让我们安心的离开家门，并在发生意外装的时候第一时间知晓呢？在发生火灾的时候，很多人因为家庭的防盗窗倒置救生人员不能及时将被困人员救出灾区，而发生很多惨案，我们如何应对这样的情况？当屋内液化气泄漏后，进门开灯很容易发生爆炸事件，那么在没有进门的时候怎么判断屋内气体浓度正常呢？

鉴于目前人们生活水平的提高，对于家居的安全问题也日益重视，而传统机械式防盗手段显露出极大地安全漏洞，目前国内外也有相当一部分的报警系统在市面出售，但很多系统存在报告不及时，不能及时的发出的安防措施。为了解决此类问题，我设计了《基于GSM模块的家庭智能防盗报警系统》，该设计可以实现室内安全的智能远程监控和调节，设计中使用了的硬件平台：51单片机STC89C52芯片和各个数据采集以及检测模块。系统包括红外感应门卫系统实时监测是否有人了靠近监测区域、烟雾检测监测是否有烟雾灾情发生、可燃气体泄漏监测检测是否达到危险浓度、自动调节风扇智能排气系统调节室内烟雾浓度达到初步的安防动作、居室内温度检测监测是否温度达到火灾预警温度，通过短信与用户交互，可以即时发现家居隐患并作出简单的安防动作。

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1.绪论

当今社会，人们的防盗防灾意识已经越来越加强了，传统的防盗门窗这一单一模式已经不能满足人们对于安全问题的防范，比如，因为防盗窗尽管可以起到自己不会被人从外部入侵，但同时为不法分子进入邻居家提供了一个“踏板”，并且放火灾等突发性灾难发生时的，尽管跳窗是一项非常危险的动作，但由于有防盗窗，导致受灾人员被控制在了封闭空间内无法逃生，这种方式已经显示出了很多安全隐患。而随着科技发展目前市面上也已经推出了很多家庭防盗通知系统，从控制范围上说传统的简易化，局部化到现在的精密化，智能化；从通知方式上说智能管理系统也实现了电话通知，网络通知以及集群系统通知。

而以上的智能系统也有其弊端，有的系统只能实现灾情的检测及通知，不能在第一时间内作出相应的基本防灾举措；而通知方式上，由于以太网通知和电话通知存在电话线或网线被不法分子恶意掐断的危险，并且此种行为较易实现，而集成网实现难度较高，工程量大，使得其使用没有需求的便捷。

根据以上情况，我设计了这次的《基于GSM模块的家庭防盗报警系统》，本系统最大的亮点在于可以使用目前在全球范围内均广泛布置的成熟GSM网络，实现了以GSM短信功能将室内情况以文字的形式推送到手机的形式。而本系统中也设计了自动窗户，可以在发生险情时进行了防盗网，室内的空气流动调节，进行初步防御，而红外人体探测系统解放了防盗窗，实现了人员进出房间的监控并为火灾发生的逃生提供了更好的选择。

本文介绍了此设计的开发背景，元器件原理及功能，

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2.开发环境

本课题开发环境需要有一台处理器为Intel core i3、显示卡为512M RAM 电脑，同时也需要MCS51单片机开发板及相关器件。软件编译工具为keil μvison4版本。程序下载器STC-Isp。

2.1软件部分

2.1.1编译环境

通常汇编语言和c语言均可作为单片机应用系统的语言程序。汇编语言是面向机器的低级语言在复杂的编程模型有明显的局限性，选择性，但效率高，而C语言是面向过程的中级语言不依赖计算机硬件可移植性较强，所以综合考虑，故在本次设计中我选择使用了c语言进行编译。

而在单片机的C语言操作时，目前市面上以Keil公司的μvison较为主流。故选择以此编译器进行编译。

μvison是一款具有编译，调试，编辑功能并支持编写c语言程序开发软件。 2.1.2程序下载

在本次设计中程序下载选择专门为STC开发的STC-ISP软件。

使用方式：打开软件，在MCU Type中选择单片机型号STC89C52RC，根据具体情况选择相应的COM端口，选择本地需下载文件，点击下载选项。在目标板上显示下载成果，等待下载完成。

2.2开发平台

单片机开发板：单片机是将微处理器，存储器，I/O接口集成的一片电路芯片。需要借助开发板完成纠错排查，并且需要将调试成功的代码固化进单片机中。由于具有较强的控制能力并且价格低廉，结构灵活。

在本次设计使用的单片机开发板如图2.1，单片机为STC89C52RC。

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6.输出高电平信号（可方便与各类电路实现对接）。 7.技术参数

工作电压 直流5-20V

静态电流 <50uA 电平输出 3.3 V -0V

触发方式 L不可重复触发/H重复触发(默认重复触发)

延时时间 0.5-200S(可调)可调控区域0.ns-MNmin 封锁时间 2.5S(默认)可制作范围零点几秒-几十秒

感应角度 <100度锥角

工作温度 -15-+70度

微功耗 静态电流65MA

表3.1 HC-SR传感器参数表

3.3烟雾传感器

烟雾传感器通过检测烟雾浓度来实现对于火灾的预警。目前被广泛运用到各类消防系统中。

本次设计使用MQ-2烟雾探测器，具有以下特点，具有信号输出指示，双路信号输出，输出有效信号为低电平，0~5V 的电压幅值，电压会随检测到的浓度升高而相应升高，对气体有较高的灵敏度，使用寿命持久和稳定性较高。 接口解释如图3.2，原理如图3.3。

图3.3 烟雾探测器

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图

3.4 烟雾报警器原理图

MQ-2相关参数：

标准工作条件 温度 相对湿度 VC 数值 20℃?2℃ 65%?5% 5.0V?0.1V 表3.2 MQ-2参数

3.4温度探测器

温度探测器是利用热敏方式进行感应收集数据。

本次设计使用温度探测器DS18B20。它是由DALLAS半导体公司生产的一种基于“一线式总线”接口的数字化温度单总线传感器。它具有小巧、引脚少，借口简单，电压范围宽、与微处理器接口简单的特点。依靠单端口通信，它仅需要一个单一的线和单连接，其余两个分别与阳极和阴极连接。可以采取两种供电模式：外部供电或寄生电源供电方式。

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图3.5温度探测器外观图 图3.6 温度探测器内部结构

3.5 12864显示器

12864液晶显示屏可显示全中文人机交互式图形界面。它可以显示8*4行16*16点阵汉字，并且能够显示图形。而且能够实现光标显示，界面移动，自定义字符、睡眠模式。 基本特性: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

低电源电压（VDD:+3.0--+5.5V） 显示分辨率:128×64点

内置汉字字库，包含八千一百九十二个十六乘十六的点阵汉字 内置 128个16×8点阵字符 2MHZ时钟频率

显示方式：STN、半透、正显 驱动方法：功率1/32，1/5偏差 视角方向：6点

背光方式：侧高亮度白光LED，耗电量仅是普通LED 1/5-1/10. 通讯方式：串行、并口可选 内置DC-DC转换电路，不需额外加压 无需片选信号，简化软件设计

工作温度: 0℃ - +55℃ ,存储温度: -20℃ - +60℃

管脚 1 2 3 4 引脚名 VSS VDD V0 RS(CS) 方向 - - - H/L 功能说明 模块的电源地 模块的电源正端 LCD驱动电压输入端 并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号 11

5 6 7-14 15 16 17 18 19 20 R/W(SID) E(CLK) DB0-7 PSB NC /RET NC LED_A LED_K H/L H/L H/L H/L H/L - - 并行时读写选择信号；串行时数据端口 并行的使能信号；串行的同步时钟 数据0-7 并/串行接口选择：H/L-并/串行 空脚 复位 低电平有效 空脚 背光源正极（LED+5V） 背光源负极（LED-OV）

表3.3 12864引脚表

3.6蜂鸣器

蜂鸣器是一种整体结构的电子音响设备，直流电压供电，广泛用于报警，电子玩具，汽车电子，电话及其他电子产品，作为一个发声装置。在本课题中应用在温度烟雾达到预警值时的报警。由于蜂鸣器工作需求电流比较大，单片机I/O输出电流只有20mA左右，不能满足蜂鸣工作需要，所以需要间接驱动，所以需要用放大电路实现驱动，通常使用三极管放大电流就可

以驱动蜂鸣器发声

图3.7 蜂鸣器原理图

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4.系统方案

4.1系统总体方案

基于51单片机的家庭智能安全系统主要是由控制中心（STC89C52）和检测执行机构（各个检测和数据采集模块）组成。其中，检测模块分布在客厅，卧室，厨房和其他需要监控的区域，实现数据的采集和通信。采集数据完成后反馈，通过51单片机来处理发出命令，执行为配合烟雾浓度的风扇开启及关闭，检测信息通过短信模块的推送以及各种模式开关。通过单片机的数据处理传输给GSM模块通知主人实现人与家居的互动，实现人与家居远距离的交互。此次设计比较简洁，设计考虑到家庭保卫的一些实际环节，从实用角度出发解决日常生活中所能触及到的一些问题，使其更加贴心。

家居系统的控制心STC89C52，是整个系统的大脑，它控制整个系统的活动。它可以发命令给各个模块，每个模块将这些指令传输给终端。外围控制传感器终端获取信息，这些传感器属于行政机构，他们总是等待命令，一旦接受立即执行相应的操作。

终端是系统前线，它具有数据供给的作用。在系统的边缘，是数据采集终端，是独立的系统单元，控制中心STC89C52，发送控制命令，命令执行相应的操作后的机构分析。

需要实现的功能：1.在检测到10次红外线后，也就是2s左右，蜂鸣器开始报警。2.当室内温度达到阈值时报警，关闭总闸。3.当室内烟雾浓度达到设定的最低值时蜂鸣器响，当烟雾浓度继续升高，达到烟雾浓度最高值，风扇开始工作，并发短信给用户，知道浓度降至最低值，风扇停止工作。

4.2 系统方案的结构

方案总体为控制中心STC89C52以及GSM短信模块，人体红外检测模块，烟雾探测以及气体浓度检测，液晶屏组成。

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图4.9 风扇连接图

4.2.9总闸

由于在系统中为了防止温度过高造成系统不能正常工作，所以在电路中设计了总闸，切断电源。原理如同风扇。接线电路图如图4.9

图4.10 总闸连接图 4.2.10 AD模数转化器

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在系统中由于温度及烟雾等传感器检测到的都是模拟信号，所以需要转化为数字信号进行识别及显示。 所以将烟雾和红外传感器接在AD上进行数据转化，将使能端接在四个I/O口上。接线电路如图4.10

图4.11 AD连接图

5.系统测试方案及结果

本设计以STC89C52RC为控制中心，在完成此次设计之后我对其各个部分的各项功能进行了测试。在此次测试中应用到一些仪器有打火机一个，数字万用表1块，直流稳压电源1台，示波器1台，可用SIM卡一张、可用手机1部。

在对本系统进行测试的过程中，将其一部分数据记录下来用以分析该系统工作的精确性。测试方案及结果如下：

5.1 STC89C52RC结果

在测试这个主芯片的时候，将编写好的程序烧入主控制板，然后检测每各个管脚的电压。并将其它的探测器与之连接来测试他们工作状态是否正常。

5.2 红外检测系统方案及结果

方式：在给人体红外模块供电之后，将其数据线接在示波器上，如果它检测到人体辐射的红外线时，示波器原来显示的低电平会变成高电平。

结果：通过人站在红外传感器一定距离,反复3次,红外传感将信息传给单片机,单片机处理之后送给GSM ,发短信 通知主人有人非法闯入.

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5.3 温度传感器DS18B20方案及结果：

方式：在给温度传感器供电之后，将会把温度显示在液晶显示屏上. 结果：通过测试记录一系列的温度： 表1 测试温度

表2 当前情况下标准温度（此温度是用温度计测量）

分析：测试值与标准值有一定的误差。产生这些误差的原因有： 1所使用的传感器DS18B20在温度测量上有±2℃的误差 2传感器在不同的工作条件下也会影响其对温度的计量。 3所使用的温度计本身也具有一定的误差。

温度室内（单位：℃） 29 29 温度室内（单位：℃） 28 29 5.4 MQ-2传感器方案及结果：

方式：在给其供电之后，将其数据线接在示波器上，然后将打火机里面的液化气释放在该传感器的周围，或烟雾当达到一定浓度后，示波器原来显示的高电平会降低。在实体模型中将会把浓度显示在液晶显示屏上.

结果：通过MQ-2的相关参数可知道它对酒精测试浓度跨度为一百到一千ppm ；当我们在他周围释放打火机里面的液化气，在浓度达到它所能测量的浓度范围之后，ＭＱ－２就产生了一个低电平。

分析:这个测量结果与MQ-2的技术特性基本相符。它在测量液化气的浓度时会受到外界温湿度的影响，所以这样会给测量结果带来一定的误差。而且MQ-2型气敏元件根据不同类别、浓度的气体变化会做出阻值相应变化的动作。

5.5 液晶屏测试及结果

方式：本系统使用的液晶屏是LCD12864，它能显示32个文字。将其与主控制芯片STC89C52RC连接，字母可以让液晶屏直接显示，但是汉字和符号则需要控制其字形码表才能正确的显示。

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结果：将需要显示汉字的字型码表写入程序中，液晶屏显示出了“烟雾浓度”“气体检测”“红外探测”等，都可以完整显示出来

分析：本系统采用的显示屏是DM12864M，它能够准确的显示出所需要的文字。 5.6 GSM模块测试及结果

方式：在测试该模块时使用其自带的软件，向其发送AT这令来控制它正常工作。也可以通过串口与主控制芯片STC89C52RC连接，向其发送AT指令来控制。

测试结果：在给它发送AT指令之后，可以向外发送短信。但是在接受短信的时候还是不太理想，对其写入中断指令，在接收到第一条短信后就不再触发中断。

分析：模块能够实现所需要的结果。有时候接收不到短信这可能跟程序的时序有问题。

结论

本设计为《基于GSM短信模块的家庭智能防盗报警系统设计》，主要实现状况推送，设备自动调控，安全防范形式的防盗通知及调节报警功能。在元器件选择上采用的都是以成本低廉，低功耗，高效，稳定性高的为前提的，保证了后期的制作和推广方便性。

本设计使用了宏晶科技的STC89C52RC 单片机作为核心，依托全球最先进的蜂窝系统GSM实现短信的推送，GSM可以取代传统的固定电话。GSM短信息模块的无线通信数据传输具有双向性。性能稳定，为远距离数据传输和监视调控提供了强大的支撑平台。而在外围电路部分，搭建检测模块及AD转化电路。实现了人体探测，温度检测，烟雾检测及排气功能。在设计过程中由于考虑到了几种可能会出现的一些通知弊端，比如多次检测在相近时间段内频繁发信息给手机，在室内烟雾浓度达到一定阈值后风扇工作但还未调节浓度到最低阈值而导致的频繁报警。根据一些检测机制，依据实际情况设计了相应的模块。防止了系统的检测即报的频繁举措。使功能更人性化并更加节省了资源，提高效率。

本设计操作方便，显示界面简洁，信息推送方便快捷。并且设计软、硬件已经通过调试，结果表明性能良好。基本达到设计目标。

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致谢

针对本次毕业设计，我首先想感谢巩艳华老师，在我最开始着手的时候，耐心指导我，不厌其烦的一遍遍订正我的错误，给出修正意见。及时修正了我的设计方向，并且耐心解答了图中遇到的各种问题，并且为我们提供了良好的实验室环境，让我们更专心更便捷的完成毕业设计。其次我还要感谢彭刚刚等同学在整个毕设中对我的帮助，，当电路发生状况时，有的地方我自己没有检测出问题，他也能够耐心的帮我寻找为题所在，帮助我顺利完成了电路的搭建。最后我需要感谢校方为我们提供了很好的资源。

在毕业之际，我衷心的感谢所有帮助过，教导过我的老师和同学们。感谢你们帮助我圆满的完成了毕业设计的各项工作。

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