家用防盗报警系统设计与实现 - 图文

南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计 (论文)

学 院：电子与电气工程学院 专 业：电气工程及其自动化 学 生： 指导教师：

完成日期 2014 年 5 月

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）

家用防盗报警系统设计与实现

The design and implementation of home security alarm system

总 计： 27页 表 格： 2个 插 图： 16幅

南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）

家用防盗报警系统设计与实现

The design and implementation of home security alarm system

学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）： 评 阅 教 师： 完 成 日 期：

南阳理工学院

Nanyang Institute of Technology

家用防盗报警系统设计与实现

家用防盗报警系统设计与实现

[摘 要] 本系统选取51系列芯片AT89C51为整个系统的控制单元，运用TC35型GSM模块作为将报警信息传送给用户的无线通信模块。系统中采用了热释电红外型传感器，主要是它有成本低安装隐蔽等特点。本系统由硬件和软件组成，硬件主要包括红外传感器检测电路、信号处理电路、AT89C51模块、电源电路、声光报警电路、串口电路和GSM模块组成。软件部分采用C语言编写主程序和中断程序。采用Proteus软件进行仿真测试。

[关键词] AT89C51芯片；红外传感器；GSM模块；声光报警电路

The design and implementation of home security alarm system

Electrical Engineering and Automation Specialty WANG Jie

Abstract: This system selected 51 series chip AT89C51 as the control unit of the whole system, using the type TC35 GSM module as will send alarm information to the users of the wireless communication module.Type pyroelectric infrared sensor is adopted in the system, the main is that it has such advantages as low cost to install hidden.This system consists of hardware and software, the hardware mainly includes infrared sensor detection circuit, signal processing circuit, AT89C51 module, power supply circuit, sound and light alarm circuit, serial interface circuit and GSM module.Software part using C language to write the main program and interrupt program.Uses the Proteus software simulation test.

Keywords: AT89C51 chip;infrared sensor;the GSM module;sound and light alarm circuit

目 录

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家用防盗报警系统设计与实现

1 引言 ................................................................................................................................ 1

1.1 防盗报警系统的发展 ......................................................................................... 1 1.2 选题的目的与意义 ............................................................................................. 2 1.3 GSM无线通信的主要优点及面临的技术问题 ................................................ 2 2 设计方案的确立及主要器件选型 ................................................................................ 3

2.1防盗报警系统设计要求分析 .............................................................................. 3 2.2 防盗报警系统的方案设计 ................................................................................. 3 2.3 主要器件的选型 ................................................................................................. 4

2.3.1 微处理器的选取 ...................................................................................... 4 2.3.2 GSM芯片的选取 ..................................................................................... 6 2.3.3 红外传感器的选择 .................................................................................. 8

3 防盗报警器单元硬件设计 ............................................................................................ 9

3.1 防盗报警器硬件结构分析 ................................................................................. 9 3.2防盗报警器硬件电路介绍 ................................................................................ 10

3.2.1 控制芯片基本电路设计 ........................................................................ 10 3.2.2 电源电路设计 ........................................................................................ 11 3.2.3 串口电路设计 ........................................................................................ 12 3.2.4 声光报警电路设计 ................................................................................ 13 3.2.5 热释电传感器电路设计 ........................................................................ 13 3.2.6 GSM电路设计 ....................................................................................... 14

4 系统各单元软件设计 .................................................................................................. 15

4.1 GSM模块的AT指令设计 ............................................................................... 15 4.2 主程序设计 ....................................................................................................... 16 4.3 中断程序设计 ................................................................................................... 17 5系统测试仿真 ............................................................................................................... 17

5.1防盗报警器仿真介绍 ........................................................................................ 17

5.1.1防盗报警器仿真测试步骤 ..................................................................... 18 5.1.2防盗报警系统仿真测试 ......................................................................... 19

结束语 .............................................................................................................................. 23 参考文献 .......................................................................................................................... 24 附录 .................................................................................................................................. 25 致谢 .................................................................................................................................. 28

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家用防盗报警系统设计与实现

1 引言

1.1 防盗报警系统的发展

在当今技术不断更新的时代下，我国早先的一些防盗报警系统已经无法满足这个飞速提升的市场需求，因此我国根据国内安防业的发展需要，非常希望能够研究出能为工业、家庭服务的防盗报警系统。

用于防盗的报警器目前是安防产品的一个极其重要的组成部分。在如今科技大步前进的市场需求下，技术也在不断革新并趋于成熟，自2010年以来主要进入通信业产品和家用电器产品的市场，投入了大量资金，但占据市场份额小，没有得到市场的响应，而且有可能被市场上其他产品吞并的危机。安防事业产品这样不被人们看好，大部分原因是安防产品的市场太小，安防企业的规模也比较小，即使大规模的安防企业也只有一般通信产品和家用电器产品公司规模的大约10%左右。如果安防产品可以突破现状，抓住机会推广到家庭防盗、门禁机、楼宇对讲、视频监控、地下安全车库等地方，那么就会占据通信产品和家用电器更多的份量，可能会改变目前安防产品在中小城市的格局[1]。目前，无线通信行业的蓬勃发展更是促进了这些安防产品的发展，能够让信息可以传达到遥远的客户端。

在欧洲那些发达的国家，家庭式的防盗报警器已经被广泛的应用。国外的很多居民对财产安全等都比国内居民有更高的认识，很早以前他们就开始用指纹开锁，当我们还在用ID卡作为钥匙的时候。国外的中小城市已基本实现防火防盗统一安全管理，我国还在动用人工的保安人员，只有少数高档小区采用了国外的家用门禁和远程监控系统。由最初的ID卡到后来的IC卡再到现在的指纹人脸门禁机都可以看出国外人们对安防产品的重视，所以这种远程监控的防盗报警系统推出后就深受国外用户的青睐，现在已发展为包含视频监控在内的防盗报警系统。

中国目前还处于发展中国家，在防盗报警各方面技术还不及国外发达国家。随着我国人民对安全意识不断提升，安防产品事业也一步一步发展起来，在我国一些城市的人民已经开始注意到防范的重要性质，他们利用自家周边的围墙还有栅栏等防护的东西建立了防范圈，即使他们没有大型的防范范围，也要在建筑物的墙面上或者窗户上，大门出口处设立防范措施。在防护区和禁区内采用多种不同的防范措施构成多重防护，比如：在房门上不仅安装了机械锁同时也安装了电子锁（门禁机）。这些人们对安全意识的提高都在无形中促进了防盗报警器技术的发展。现在，我们国家的安全技术基本上已经和国际水平接上了轨。在技术革新飞速发展的今天，在计算机、无线通信技术、微处理器控制技术的推动下，安防系统也必然会成为一个在计算机控制下，整个系统都可以协调运行的集防盗、视频、声音、门禁等功能的完美产品。而基于GSM模块的防盗报警技术将是未来长时间内的最主要发展趋势，所以对它的设计有着不可预估的意义。在此技

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术的支持下，我们国家的安防事业也会再上一个阶梯。

1.2 选题的目的与意义

目的：随着时代的进步，我们对生活质量的要求也越来越高，对生活的便捷性要求也越来越多，电子科技的发展在一定的程度上满足了我们这些需求，新的智能家居也让家庭生活更加科技化。我们身边的大部分传统的事物都在被智能化，比如通信、出行、娱乐等。为了保护住所安全所开发的报警装置已经出现了很长一段时间，但是早期的这些装置都是采用模拟电路、数字电路或者模数混合电路设计成的，在安全上和智能程度上跟不上我们对这类电子产品的要求。

现在我们运用移动通信GSM模块(2G)设计出的防盗报警系统，当有人侵入时，系统便会检测到信号，产生报警并将报警信号通过GSM模块以短信的方式发送到住户的手机上，同时启动声光报警（对盗贼起威慑作用），可以方便及时通知警察和小区保安，对我们的财产安全起到了及时保护作用。

意义：随着电子科技的进步人们对安全越来越重视，为了满足人们对家庭防盗的需要，我在原始的报警系统上作了进一步的改进，运用了热释电红外传感器， 它安全、性能稳定、安装隐蔽不易发现。还运用了GSM（全球移动通信系统）模块，实现了远程监控。

1.3 GSM无线通信的主要优点及面临的技术问题

GSM模块的主要作用是接收和发送短信，运用这种短信的接收和发送功能可以完成远距离小数量的数据内容传输。还可以运用在语音通话（GSM电话）、数据的无线实时通信、无线上网等领域，这种家庭式的防盗报警系统中用到这种GSM无线通信模块可以满足各种用户的多种需求。它的优点如下：

（1）它的体积很小、运用起来很灵便、容易生产成产品，它能有效地组成各式各样的智能化的控制类型的设备和仪器。

（2）成本低

随着科技的不断发展，GSM模块的价位也是在不断的降低，那么设计基于GSM通信的防盗报警器的成本也在不断的降低。

（3）传输距离远

无线通信模块GSM的原理不同于其它模块的通信原理，不仅传输距离远而且不会丢失信息，它更接近于手机之间的通信。

（4）它可以不受天气、温度等自然条件的限制，可以在各种条件下安全工作。而

其它的模块一般都会有很多使用环境的限制，没有它的实用性能高、抗干扰的能力强大、 可以适用的温度范围大。

由于无线通信有很大的优势，所以受到了很多部门和组织的喜欢。但在使用中还存

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在一些问题。下面我们来介绍下GSM模块面临的技术问题:

（1）无线电信号的问题

由于使用无线通信，信号在传播过程中或多或少都会受到大气噪声或其它发射器件的干扰和影响。而且无线通信使用会受到附近其它无线网络和无线设备的干扰。这些都会影响无线模块数据的传输。

（2）健康危害

由于无线传输数据时使用的是电磁波的形式，这其中必然有辐射的产生。虽然这样的辐射很小，但还是会给人的健康带来一些危害。

通过对当前无线通信技术的分析，我们发现GSM通信方式的应用已经十分广泛。在开发成本及开发难度上无线通信技术具有很大的优势，因而在家用方面得到了广泛的应用。

2 设计方案的确立及主要器件选型

本设计的目的是设计一个安全性好、低功耗、抗干扰能力强的防盗报警系统。为了达到这一目的，需要对整个系统进行整体的规划。由于原始的防盗报警系统就只能在有人进入时报警，并不能及时告知用户，系统起不到及时报警的作用，不够完善。经过对设计要求的分析，初步确定了系统的设计方案，并对主要器件进行了选择。

2.1防盗报警系统设计要求分析

根据本系统的设计要求及使用范围等条件的分析，本文设计的防盗报警系统需要具有以下几个特点：

（1）整体结构要小巧，在电路板的整体设计时要考虑到它的隐蔽性，使其具备移动性强并且不易被发现的特点。

（2）供电问题，提供本系统所需的所有电源等级，供电电压要稳定。 （3）要保证低成本，并且装置的性能可靠性高。 （4）及时报警性。

（5）本系统能够完成的功能：如果有人进入的时候，就会被热释电红外传感器检测到，并将此移动产生的电信号经过处理和放大后送到单片机内，一次移动都会产生1个电信号，当检测到的移动电信号达到5次后，则表示有人进入，分别会执行声光报警电路、GSM发送短信通知用户报警电路[2]。

2.2 防盗报警系统的方案设计

本系统在原始的家庭防盗报警器的基础之上，加入了GSM短信报警模块。系统可通过该GSM模块向用户发出报警信息，这样就弥补了不能及时报警的问题。采用模块化的设计思想，报警器上有检测模块、声光报警电路模块以及GSM模块三大部分组成。

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本系统的核心模块是AT89C51芯片，检测模块、声光报警模块和GSM模块等作为功能模块。在后面将会对这四个部分硬件设计作出详细的阐述，详细介绍了核心芯片的选择，外围电路的设计，芯片与芯片之间的连接电路设计，程序设计方法和最后整个系统的仿真结果。

主要完成以下功能：

（1）红外检测电路主要负责检测是否有人进入并把信号进行放大处理。 （2）AT89C51控制各个模块的动作。

（3）GSM报警部分负责在收到单片机的指令后向用户发送报警信息。

（4）声光报警部分主要由一个扬声报警扬声器和三个状态显示灯，扬声器负责在受到触发时候发出报警声音，状态显示灯负责显示当前系统所工作在哪种状态下。负责报警震慑盗贼。

2.3 主要器件的选型

本系统中用到的最重要的三个组成部分分别是微型处理器芯片、GSM无线通信模块和红外传感器，那么对这些器件模块的选择就是本系统的主要任务。芯片选择的不当不仅会造成资源的浪费，还会对系统的各模块协调工作的能力起到限制的作用。

2.3.1 微处理器的选取

微型处理器作为维持整个系统正常运行的主要器件，对整个系统至关重要。目前在工控领域的众多种处理器中，广泛应用的主要有单片机（有8位和16位之分）、数字信号处理器（DSP），还有32位的ARM系列芯片等[3]。

作为低端控制领域的处理器，8位51单片机价格低廉，开发技术成熟。这些特点使51单片机成为适用于中小型系统开发的核心处理器。

DSP器件将越来越多的在工控领域应用。但就现阶段情况来说，DSP器件更侧重高端领域。DSP的处理功能侧重于处理如雷达、多媒体等有大量数字信号的领域，对于数据量不大的小型系统来说不合适。而且目前其价格较高，开发技术难度大。所以本系统不选用DSP器件作为核心处理器[4]。

ARM系列芯片功耗低、体积小、低成本、功能强大，同样不适合小型系统。 综合考虑以上因素，本系统最终选用51系列的AT89C51为本系统的处理器，它具有性能稳定，开发技术成熟，价格便宜等特点。对于本系统而言，AT89C51芯片完全可以满足系统设计要求。

本系统采用AT89C51作为主要控制器件。AT89C51器件引脚图[5]如图1所示。芯片拥有功能完备的8位CPU和在线系统编程ISP等特点，在自动化控制应用系统研发领域应用广泛。

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图1 AT89C51芯片引脚图

下面几个方面是AT89C51单片机的主要功能： （1）8K字节Flash。 （2）256字节RAM。 （3）32个可编程I/O口线。 （4）看门狗定时器。

（5）全静态操作：0Hz-24MHz。 （6）3个16位定时器/计数器。 （7）片内晶振及时钟电路。 （8）全双工串行口。

（9）支持2种可以通过软件选择的节电模式。 （10）1000次擦写周期。 （11）三级加密程序存储。 （12）低功耗空闲和掉电模式。 a．空闲模式

CPU处于休眠状态，其余的硬件如RAM、串口、中断等仍处于工作状态。 b．掉电保护模式

RAM中的数据将保持原值，外部振荡器停止振动，除外部中断继续工作外，CPU、可编程定时器、串口等硬件全部停止工作。如果想唤醒单片机，需要下载一个中断或硬件复位。

（13）掉电后低功耗可唤醒。 （14）与MCS-51兼容[6]。

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2.3.2 GSM芯片的选取

现在我国市面上已经在用的GSM无线通信模块主要是西门子公司的TC35系列的模块，这些模块的功能、用法差别不太大。在选择用时，主要遵从下面的原则：

（1）无线芯片的功耗

供电电流比较小，为了不影响其他模块的正常使用，在选择芯片的时候要尽可能的选择低功耗的芯片。

（2）无线芯片的封装和管脚数

为了使模块更为美观和便携，电路板的面积尽可能的减小，所以在选择无线芯片时应尽可能的选用封装小的芯片。

（3）芯片的抗干扰性能

中间可能会有较远的距离，但无线通信在传输过程中又容易受到其它信号对其的干扰，所以芯片应优先选择抗干扰能力强的[7]。

针对上面的要求我们最终选择了西门子公司生产的GSM模块中的TC35型。 TC35是无线通信GSM模块的一种，本身带有RS232接口，这样就方便了和单片机进行通讯。它能够迅速、安全、有保证的完成数据的传输、语音的传输、发送短信息。TC35模块的正常工作电压范围为3.3 V 至5.5V，能够在900MHz 和1800MHz 两个频率段正常工作，两个频率段的功耗分别是2W和1W。带有AT命令接口，能够支持文本模式和协议数据单元两种模式的短信息。另外，这种模块能够记录电话簿、能和多个用户通话还能实现漫游的检测功能。最常用到的工作模式主要有省电模式、闲置模式、谈话模式等。运用特殊的40个引脚的零插拔连接器，能够把电源、控制信号、数据、指令、语音连接进行传输。运用零插拔连接器和50欧姆的天线连接器，能够连接到SIM卡支架还有天线[8]。

TC35模块由GSM基带处理器、射频部分、电源模块、Flash、零插拔40引脚插座天线六部分组成。TC35模块的结构图如图2所示

电源模块复位电路AT89C51红外检测电路声光报警电路GSM报警电路

图2 TC35模块结构框图

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GSM模块中基带处理器模块控制着各模块信息的传输、交换、处理等进程。它就相当于GSM模块的大脑部分。GSM射频部分的主要任务就是实现对信号的接收和发送，它就相当于是GSM模块的中枢网络。电源模块就是对GSM需要的电压进行处理，得到稳定的电压。以便可以供给基带处理器和射频部分。Flash闪存主要作用就是存储一些用户信息、电话薄等信息。TC35模块自带有一个串行RS232接口，使用AT命令集。通过这个RS232接口，然后再用AT命令更换操作方式，本设计中用到的是短信模式下的协议数据格式，在此格式下可以发送英文。

短信显示格式选择介绍：TC35芯片工作于哪种格式是由T+CMGF=n的0、1状态决定的。TC35一共有二个短信显示格式，分别是协议数据单元格式、文本格式。协议数据单元格式：AT+CMGF =0，文本格式：AT+CMGF=1。我们运用协议数据格式，在此格式下不仅可以传送还可以接收用户自定义数据[9]。TC35的AT指令集说明如表1所示。

表1 TC35主要AT指令集说明表

AT指令 AT+CMGC AT+CMGF AT+CMGL 指令功能 发出一条短信命令 短信息格式选择：PDU格式：AT+CMGF =0 文本格式：AT+CMGF=1 0：未读 1：已读 2：待发 3：已发 4：全部 AT+CMGR AT+CMGS 读取短信息 发送短信息 AT+CMGD 删除SIM卡内存的信息 AT+CMGW 往SIM内存中写将要发送的短信息 AT+CNMI AT+CPMS AT+CSCA AT+CSCB AT+CSMP 显示刚新收信息 选择消息内存 短息的中心地址 选择广播信息模式 文本格式参数的设置

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2.3.3 红外传感器的选择

早在1938年期间，就曾经有人有过想运用热释电效应检测红外辐射光线的想法，也曾提出过一些想法，只可惜一直都没有得到大家的注意。一直到60年代左右，由于光和红外技术发展的蓬勃态势，又一次掀起了大家对热释电和红外辐射光的研究。热释电原理目前已被运用到很多行业中，平时我们看到的就像一些楼道里、卫生间的开关装置。也被用在一些电气自动化行业中，如用于制造红外线光谱仪、红外线遥感和热辐射型的检测装置等。将来会应用在更宽广的领域。热释电红外传感器能检测人和大型动物发出的红外光，我们的防盗报警系统就是基于它的这种特性，目前的热释电红外传感器能检测到红外光，并把它转化成电信号输出。它是靠检测到物体的能量变化完成检测的，自身是不能发出任何能量的。当有人在有红外传感器安装的有效范围内移动时，引起了红外辐射光的改变，这个改变就会触发红外传感器装置产生一个电信号。当控制电路接收到这个电信号，就会使报警电路工作。

热释电型传感器主要是根据红外辐射和红外测温的原理来工作的。它属于非接触式的测温模式，这种方式保证了测温速度响应快，不易被被测对象的所处环境所影响，而且测温范围广，还能测量微小物体的温度变化，精确度很高，所以被大范围的运用在现代工业、家庭领域中。

热释电型红外传感器的工作原理：热释电效应，即温度的变化引起晶体表面的电荷的变化。热释电红外传感器是由陶瓷氧化物构成的，也有一些是由压电晶体元件组成。原理就是在用到的两个元件表面做成电极，在可以测温的范围?T内变化，热释电效应在电极上产生电荷?Q的变化，也就是产生一个对应的?U电压。

热释电红外传感器型号有P228、LHI958、LHI954、RE200B、KDS209、PIS209、LHI878、PD632等。现在一般采用3个引脚的封装，即电源供应端、信号输出端、接地端。

热释电红外传感器的有以下工作参数： （1）工作电压：3~5V （2）工作波长：7.5~14um （3）源极电压：0.4~1.1V （4）输出电压不小于2V （5）有效距离：6~10m

（6）有效温度范围：-10度~+40度

综合比较几种型号的传感器分析，最终选择了符合上述参数的RE200B。 RE200B型传感器利用热释电元件随着温度变化检测红外辐射产生极化现象，并且运用了两个探测元件做成了互补式的，所谓互补式，就是可以让温度变化产生的错误信号抵消掉，这种构成方式提高了它的工作可靠性和稳定性。由于红外传感器对应不同的

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光线就会产生对应的变化信号，我们怎样才能找到对应于人的红外光呢？这就是传感器的封装上我们看到的小窗口的作用，它就起到了滤除其它杂的光线。它把传感器对红外变化的反应限定在了一定的范围内，这个范围就是我们人体辐射的红外范围大约8um~14um。人都有正常的温度，大约三十七度左右，一般能发出10um左右的红外线，正好在这个范围内。一旦人体辐射的红外线照射在菲涅尔透镜上，经过它的增强，被聚集在红外传感器的检测元件上时，这个时候检测元件会失去原有的电荷平衡，向外界释放出电荷，电路中的传感器将它转化成电压信号并输出。热释电红外传感器输出的是一个变化的十分微弱的电信号，一般情况下它输出的信号不大于1mv，而菲涅尔透镜又有使输出的信号电压呈现出脉冲的形式功能，并且脉冲电压的输出频率是由被测物体的移动速度所决定的，因此可以将热释电红外传感器的输出的电压信号进行放大。为了使输出的信号有较大的增益，我们在设计中采用BIS0001运算放大器对输出信号进行放大。

如果热释电红外传感器探测到人体辐射出的红外线，传感器就将信号输出到放大器进行放大，再送到窗口比较器，若信号的强度大于窗口比较器的上下限，系统将输出高电平信号，否则就输出低电平信号。

下面我们来介绍RE200B的工作方式及工作参数。

可重复触发方式是指热释电红外传感器受到触发后，输出高电平会有一段的延时，在延时时间内如果有人体再次触发传感器，传感器的输出一直保持高电平不变，直到人离开后才延时将高电平变为低电平，传感器每检测到一次人体的活动都会自动延时一个时间段，并且以最后一次的检测到的活动为起点再延时一个时间段，以确保的确没有人在传感器的检测范围内[10]。

传感器的感应封锁时间是指传感器检测到人体后输出高电平，经过延时后变为低电平，可以紧跟着一个时间段的封锁。在这段时间里传感器接收不到任何的信号，这种功能实现了感应器的输出时间和封锁时间两种工作的间隔。同时此功能可以有效的抑制负载切换过程中产生的各种干扰。

传感器工作时候的电压范围：默认的电压为直流5V到20V。 微功耗：静态电流65微安，特别适合干电池供电的电器产品。 输出高电平信号：能够和各种电路相匹配连接。

3 防盗报警器单元硬件设计

3.1 防盗报警器硬件结构分析

防盗报警器硬件结构主要由AT89C51控制模块、GSM报警电路模块、红外检测电路模块、声光报警模块、复位电路模块、电源电路模块组成。防盗报警结构图如图3所示。

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电源模块复位电路AT89C51红外检测电路声光报警电路GSM报警电路 图3 防盗报警器硬件结构图

AT89C51控制模块为主芯片控制各模块协同工作，采用5V直流电压供电，采用频率为12MHZ的晶振为其外部振荡电路。TC35模块采用的 4.2V电源。综合所选的硬件，在设计硬件电路时主要考虑以下几点：

（1）硬件的电路设计应该多采用典型的电路，这些电路比较成熟，使用起来方便可靠，并且可以节省不少时间[11]。

（2）本控制系统在调试时需要外接显示模块用来调试，考虑到微处理器的驱动能力，在硬件电路上引出了必要电源电路，因为驱动能力，不足所以在调试外接电路时不能外接大的负载。

（3）在进行设计时要综合考虑软件和硬件的问题，有些功能既能通过硬件电路实现又能通过软件编程达到要求。在用硬件去实现时可能会增加电路板的尺寸或者增加电路设计的难度。但是用软件方法实现时又占用了CPU的资源。综上所述，我们在做设计时要综合分析，尽量选用比较合理的方式去实现系统的功能[12]。

3.2防盗报警器硬件电路介绍

3.2.1 控制芯片基本电路设计

AT89C51芯片的最小系统主要包含电源电路、复位电路和晶振电路，都采用典型的电路设计。由于P0口在芯片内部没有上拉电阻，所以在设计电路时给P0口外接上拉电阻，则P0口的带负载能力大于其他端口，但本系统中没有用到P0口。采用了P3口与无线模块连接。AT89C51最小系统电路如图4所示。

单片机的工作需要提供震荡周期，可以使用内部时钟，也可以使用外部时钟。我们使用外部时钟信号，连接到XTAL1和XTAL2引脚上，给单片机提供所需的时钟信号。一个机器周期含有六个状态周期，每个状态周期为两个振荡周期，那么一个机器周期就有十二个振荡周期，如果我们选用石英晶体振荡发生器的振荡频率为12MHZ，也就是本单片机系统的一个机器周期为1us[13]。

复位电路部分，复位方式一般有两种，上电复位和手动复位。此处我们运用手动复

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位方式。在9管脚给出两个机器周期的高电平，就可以实现复位功能。也就是要持续的给出2us以上的复位信号。

图4 AT89C51最小系统电路

如图4复位部分可知，当我们没有按下开关时，+5V的直流电压不能接通单片机的复位端口上，因为中间通过了一个电容，它有隔直通交的作用，因此不能完成复位功能。当我们按下开关时，+5V直流电压就可以接通复位端口，提供高电平做出复位动作，在2us后系统自动复位，松开开关按钮，系统初始化后能正常运行。如果复位引脚一直保持高电平，单片机将循环复位。

3.2.2 电源电路设计

家庭用电一般都是220V的市电，系统的主要控制部分都是5V供电。所以为了给系统供电必须先由变压器把220V交流市电通过变压器降为12V电压，再进行简单的整流、滤波、稳压后提供5V的电压，才能满足AT89C51供电要求，其供电电源电路如图5。

7805的使用说明：它有三个端口，分别为输入端口、输出端口和GND端口。输入端口只要能够输入8~25V的电压，输出端就可以输出经过处理的稳定的5V电压，以供单片机使用。

C17：滤波作用，一般设置为uF级。

C18：改善电源的质量，减小不必要的高频，减小电源的波动，使输出电压更稳定。

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图5 系统模块供电电源电路

系统模块供电电源电路如图5所示。其中第一部分为电源指示灯。第二部分为电源电路的电压变换部分。首先对220V交流电进行降压，采用220/12V的变压器，变换得到12V的交流电有较多的谐波，12V经桥式整流器D2整流，电解电容C17滤波输入到三端稳压器7805稳压，C18改善稳定电源波动最后得到要求的正5V稳定直流电源。这时的电源符合系统的要求，可直接给系统供电。

3.2.3 串口电路设计

单片机的输入和输出电平皆是TTL电平，但是数据端口的电平是RS232标准电平，两种电平的电气特性不相同，因此，系统在运用单片机实行串口通信时，就必须先把电平转换一下。

RS232接口电平和单片机的TTL电平通过MAX232芯片进行转换。在设计串行通信接口电路时要注意芯片管脚和串口头管脚的对应关系。如果将MAX232的管脚11和单片机的P3.1口相接，则串口头的第二管脚一定要对应MAX232的14管脚。同时，MAX232的12管脚和单片机的P3.0相接，串口第三管脚对应接MAX232的13引脚。注意使串口头和单片机共地，否则不能正常的传输数据。

MAX232内部的基本结构可分为三个大部分，见MAX232管脚说明表2。

表2 MAX232管脚的说明

电荷泵电路 供电部分 由1、2、3、4、5、6管脚、四个电容构成 15管脚接GND、16管脚接VCC 数据转换通道 由7、8、9、10、11、12、13、14管脚构成

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MAX232的串行通信电路如图6所示。

图6 MAX232的串行通信电路

3.2.4 声光报警电路设计

声光报警电路如图7所示，声光报警电路由一个SPEAK报警器和三个发光二极管构成分别接到单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3接口，图中Q1为报警器的放大部分，由于电流过小不足以驱动SPEAK，必须经过放大。在没有人触发热释电传红外传感器时报警器不会产生动作，D3警灯绿，表示正常工作。当有人触发低于5次时，有可能是误触发，报警器不动作，警灯D5黄，表示低于5次触发。当触发次数在5次之上时，报警器发出警声，警灯D6红闪烁。

图7 声光报警电路

3.2.5 热释电传感器电路设计

热释电红外传感器电路在设计时既要保证传感器模块的灵敏度又要考虑到传感器不能被外界信号所干扰，并且人体触发红外传感器后RE200B发出的信号比较弱，而单片机检测的信号范围在1.9~5.5V之间，所以单片机可能会检测不到红外传感器的信号，

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考虑到以上这些，在设计电路时需要加上适当的放大信号电路。BIS0001是由运算放大器、电压比较器等模数混合电路组成的专用集成电路，设计中由RE200B和BIS0001组成了红外检测电路。热释电红外传感器整体电路图如图8所示。

在图8热释电红外传感器电路图中，BIS0001管脚1接高电平表示允许重复触发。管脚2是控制信号的输出端，与单片机建立连接。管脚3、4、5、6定时器的调节端。管脚7是电源的负端，管脚8是接VCC表示基准电压。管脚9是触发被禁止端口。管脚10是设置运算放大器的偏置电流的端口。管脚11是电源正端。管脚12、16分别是二级、一级运算放大器的输出端。管脚二级运算放大器的反相输入端，14、15管脚一级同相、反相输入端。当传感器检测到人体的红外信号后经过BIS0001芯片的处理后传给单片机的P3.2口，单片机才可以实现对外围电路的控制。

图8 热释电红外传感器整体电路图

3.2.6 GSM电路设计

如图9所示。本文设计的GSM原理图是根据典型电路设计的，第1到5管脚都接电源的正极，第6到10管脚接电源的负极。在系统上电后为让使 GSM启动工作，需要给15管脚加上大于一百毫秒的低电平，电平的跳变时间不能大于一毫秒。16到23管脚是数据输入、输出管脚，管脚名称为：RTS0、DSR0、RXD0、TXD0、RING0、DCD0、DTR0和 CTS0。TC35的数据输入、输出接口是个串行通信的异步收发器[14]。其参数是8 个数据位和1个停止位，没有校验位。负责串口通信的18管脚为RXD和单片机的TXD管脚相连，19管脚TXD和单片机的RXD相连。TC35外接SIM卡，TC35的24到29管脚和SIM卡的管脚名称对应相连，CCIN 管脚负责检查SIM卡是不是已经安装

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好，如果正确的安装后，CCIN 管脚将有高电平输出，否则输出低电平。

本设计的系统只是用了TC35的收发短信的功能，所以不用全部连接TC35的端口，但是SIM卡的端口全部被用到，如图9为GSM模块的电路图。图中的电源为单独的供电电源，因为GSM的供电电源不同于单片机的5V电源，所以不能和单片机公用一个电源，其采用电源为4.2V。D4为指示灯。

图9 TC35电路图

4 系统各单元软件设计

4.1 GSM模块的AT指令设计

软件部分的设计最主要是使用TC35模块收发短信，要能正确的使用TC35模块完成功能，对串口通信、AT指令和短信的编码、解码都必须进行学习。AT89C51通过串口向TC35模块发送AT指令，让TC35得到控制并可以进行通信。短信的收发模式在AT指令下的常用的有两种，一种是文本模式，另一种为协议数据模式。一般我们选用协议数据模式，因为它既可以在短信息中发送中文、英文、声音或者图像。而文本模式发送短信息的代码虽然容易，也很容易实现功能，但是只能发送中文格式。

本设计中使用AT指令是在报警器被触发后主控制器通过串口向GSM模块发送命令，然后GSM模块向用户的手机发送短信息，信息的内容为报警信息。所以在设计发送的内容时可以简洁，我们规定在报警器被触发GSM向手机发送的内容为

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“WARNING”，表示家中的传感器被触发，有人闯入。则用到的AT指令为：

AT+CMGS=15139165663\\r\\n; AT+CMGF=0\\r\\n;

AT+CMGC=!! WARNING!!\\r\\n;

第一条指令表示接通用户的手机号为15139165663，在报警器被触发后GSM模块接通该手机号，为向该手机号发送信息做准备。第二条指令为设置短信内容的格式, AT+CMGF=0表示发送的短信为协议数据模式，AT+CMGF=1表示发送的短信内容为文本模式，我们在设计时是向用户发送一串英文字符，文本模式只能发送中文，所以在此采用发送的短信为协议数据模式。第三条指令为要发送的短信的内容，在报警时向用户发送的内容为“!! WARNING!!”。

4.2 主程序设计

开始上电初始化，然后检测中断端口有没有红外控制信号。当有人入侵时，系统就会接到中断请求，进入中断服务程序。此时单片机会由串行端口向TC35发出指令，通过TC35模块将报警信息传送到用户手机上同时单片机也控制声光报警电路进行报警。按照上述工作原理、硬件结构分析，系统的主程序工作流程图如图10所示。 开始系统初始化是否有中断产生？NY中断服务程序结束 图10 主程序工作流程图 系统上电后先进入初始化阶段，初始化后将循环检测各端口的变化，查看是否有中断产生，当有中断产生时将进入中断服务程序模块，当没有中断信号时继续监测。初始化的功能是让控制系统的各个部分进入最初的状态，不会产生任何报警和动作，传感器在最初的等待状态。写入中断模式寄存器TMOD为0x10表示定时器1和外部中 16

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断0被启用，用来当有人体触发传感器后程序进入中断函数；初始化后关闭中断端口，让寄存器EA=0（当EA=1时表示总中断被打开，当EA=0时表示总中断被关闭），外部中断请求寄存器EX0=0（EX0=1表示中断请求打开，EX0=0表示中断请求关闭），定时器开关寄存器TR0=0（TR0=1表示定时器打开，开始计时，TR0=0定时器被关闭）。

4.3 中断程序设计

如果红外传感器检测到有外人进入时，传感器会发出微弱的电信号，传感器信号被处理后接到了单片机的P3.2引脚，单片机接到信号后产生中断，每次进入中断都会被记录下来。当进入中断的次数满足移动次数大于五次，就会被断定为有人入侵，产生中断申请。进入中断后首先关中断保护，声光报警系统启动，同时GSM模块向用户发送短信息，如果发送成功，则重新打开中断，中断返回。否则短信发送失败。中断程序的工作流程图如图11所示。

中断源发出中断申请关中断保护现场启动声光报警启动GSM模块恢复现场关中断是否发送成功YN短信发送失败中断返回

图11 中断程序的工作流程图

5系统测试仿真

5.1防盗报警器仿真介绍

每一个设计硬件的可靠性，对一个系统来说，都是非常重要的，在没完成产品前，对硬件电路进行仿真是非常重要的，不仅可以检测系统的可行性，还可以分析系统的稳定性和合理性，还有利于对软件程序的分析。

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本系统在测试时采用Protues进行仿真，在软件上建立仿真系统，如图12所示为防盗报警器的仿真图。主要包括控制单元、声光报警单元、串口通信单元和模拟GSM通信单元。其中控制单元的作用是根据系统要求控制各模块的运行，声光报警单元作用是在接收到控制器的触发指令后通过声音和灯光通知外界，串口单元的主要作用是在报警器被触发后，通过串口将报警信息通过指令传送给GSM模块。GSM模块的作用就是将接收到的串口发送过来的指令后，以短信息的方式通知用户。由于仿真软件不能仿真GSM单元给用户发送短信息，所以我们采用串口显示部件观察在热释电传感器触发后是否有信息经过串口传送到GSM单元。将串口观察部件的RXD端与单片机的TXD端相接，系统在运行时就可以观察到单片机经串口发送给GSM的信息。仿真系统图如图12所示。

图12 系统仿真图

5.1.1防盗报警器仿真测试步骤

1：首先要运行利用Keil C编写的源程序，如果没有编译错误、编译警告等提示，就可以将编译的程序生成.hex格式的文件，以供电路图仿真模拟时调用[15]。

2：打开软件Proteus，完成所有仿真硬件设计后，可以点击Play后，查看有无警告或错误，如果无任何错误，就可以加载hex文件。

3：hex文件加载进单片机之后，模拟外部红外传感器被触发的中断信号，分别观察在没按下、按下次数少于五次、按下次数大于五次三种状态下的仿真，并记录结果。

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5.1.2防盗报警系统仿真测试

仿真说明：由于软件的限制，也为了更好的检测其它模块的运行情况，我们直接采用+5V的直流电源。热释电红外检测电路用按钮的按下、不按产生的脉冲来代替，这样不仅容易控制，更方便模拟红外传感器能否产生中断的三种状态：即按钮未被按下、按下不按次数少于五次、按下不按次数大于五次。模拟红外检测说明图如图13所示。

图13 模拟红外检测说明图

实际中的热释电传感器被触发时输出端输出的是电平可调的高低电平信号，由于软件有所限制，仿真时用一个按钮代替热释电传感器，如图13所示，在按钮被按下时单片机的输入端电平被拉低，按钮松开单片机的输入端变为高电平，所以按钮按下和松开产生的信号和热释电产生的信号类似。单片机识别的是逻辑电平0或者1，他能识别的高电平为1.9~5.5V,低电平为-0.5~0.9V，也就是说会有0.9~1.9之间的电平，单片机是不能识别的。为了避免这个错误，我们就让高电平接供电电源+5V，让低电平接GND。在正常状态下单片机的输入口为高电平，如果按钮被按下，该端口变低，重复按下按钮，单片机内部累加够五次则表示热释电传感器被触发，单片机停下当前正在处理的工作转去执行中断函数。系统上电后，初始状态后防盗系统的指示灯绿灯亮，表示系统运行正常，传感器没有接收到有人体触发信号。在Proteus上画出仿真原理图模拟没有触发红外检测电路图如图14所示。

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图14 模拟没有触发红外检测电路图

系统正常运行时设备上的三个状态显示灯只有绿色是常亮的，表示正常运行状态，如果有人体触发热释电传感器，当传感器受到一次触发时候，黄灯变亮，绿灯灭，此时表示有物体触发了传感器但是不确定是否是人为触发，还可能是误触发，所以系统不会启动报警也不会向用户发送短信。如果传感器再次触发次数达到五次以上则启动报警，红灯闪烁，绿灯和黄灯灭，此时表示热释电红外传感器被人体触发，启动报警灯措施。图15所示的三个指示的状态，黄色灯亮，其它灯灭。

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图15 模拟低于5红外检测电路

当大于5次脉冲之后，系统就确定是有人入侵，此时系统发送控制指令，首先启动声光报警，同时设置信息发送模式为协议数据单元模式，同时发送短信指令，报警内容为“!! WARNING!!”。模拟大于5次红外检测如图16所示。

图16中显示的是当传感器启动报警后通过串口给GSM模块发送的两条短息的内容：AT+CMGS=15139165663、AT+CMGF=0和AT+CMGC=!!WARNING!!。其中第一条指令是用户的手机号，第二条指令指初始化GSM模块设定短信格式为协议数据格式，第三条指令表示通过GSM模块向用户手机发送的报警内容为“!! WARNING!!”，用户收到短信后表示有人闯入。在热释电红外传感器被触发向用户发送通知短信的同时会有声光报警，直到有人关闭报警装置声光报警才停止，系统恢复初始状态后即处于工作状态，直到报警器被再次触发。

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图16 模拟大于5次红外检测

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结束语

本文按照设计要求完成了防盗报警器的设计。该部分以微控制器AT89C51为控制核心，以GSM芯片TC35为主要通信设备，突出及时报警性能，达到了设计要求的技术性能指标。本设计主要完成了以下几点任务：

（1）通过阅读大量的资料并结合本设计的特点，选用了AT89C51单片机作为系统的控制部分，无线芯片TC35作为系统的通信部分。通过阅读大量的资料并借阅大量有关无线移动通信软件的书籍，设计了一个较完整的报警系统。

（2）阅读大量有关TC35无线模块的资料完成了以该无线模块为主导的报警通信系统，用C语言为脚本语言编写了主程序和中断的运行程序。使其能够正常的报警和GSM模块传输信息。

（3）因为在TC35模块中，将信息从单片机到模块中传输是通过MAX232进行的，所以阅读了大量的资料，对运用它进行数据的传输有了一定的了解。

（4）在测试过程中完成了防盗报警器有效报警的测试，基本完成本次设计的任务。 由于我的时间和能力不足，我所设计的家用防盗报警系统设计与实现还有待进一步的完善。比如：报警器的声音模块和光模块，可以更加的完善，以便于通知人员到现场。可以增加一些功能，做成可以采集闯入者的视频信息，这样即使被闯入者逃脱了，还是可以给办案人员提供更多的信息，使其工作更加完善；如要作出产品，则可以考虑更改报警器电路板的制作，使其更加美观实用；为了进一步的节能，可以将插针式的AT89C51换成贴片式的芯片，减小核心芯片的面积与能耗；同时也可将DIP封装的MAX232更改为MAX233，可以减少其附属电路的电容，这些都可以减小能耗。

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参考文献

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附录

家庭防盗报警系统设计与实现程序： #include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit SPK=P1^0;

//声音报警

//声明声光控制端口变量 //声明声光控制端口变量 //声明声光控制端口变量

sbit LEDR=P1^1; sbit LEDY=P1^2; sbit LEDG=P1^3; uchar Count;

//声明计数变量

uchar c;

//=========================== //所需函数声明

//=========================== void Alarm (uchar t)

//报警函数

{ uchar i,j; for(i=0;i<220;i++) { SPK=~SPK; LEDR=~LEDR; for(j=0;j

//=========================== void MAIN_init (void) //初始化函数 { TMOD=0x20; TR1=0; EA=0; EX0=0; SPK=0; LEDR=0; }

//======================== //延时函数

//========================= void Delay (uint x) { uchar i; while(x--) for(i=0;i<120;i++);

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rep8.html