基于GSM模块的智能报警器设计开题报告 - 图文

南京邮电大学毕业设计(论文)开题报告

题 目 学生姓名 基于GSM模块的智能报警器设计 黄子轩 班级学号 B09060105 专业 自动化 提纲(开题报告2000字以上)： 1. 对指导教师下达的课题任务的学习与理解； 2. 阅读文献资料进行调研的综述（10篇左右）； 3. 根据任务书的任务及文献调研结果，初步拟定的执行（实施）方案（含具体进度计划）。 一、 课题任务理解 1、课题背景 随着经济的不断发展，人们生活水平的日益提高，尤其是物质生活水平的提高，使得人们对于安全方面的问题愈发重视。为了保障公司和家居的人身、财产安全，许多人在公司、店铺或家庭中的门窗上安装了防护栏、防盗门等。然而，这些设备在起到防盗作用的同时，也带来了许多弊端，例如：钥匙的丢失导致的不便、紧急情况逃生或救援时的诸多阻碍等。随着科学技术的不断发展，尖端科学技术应用的普及，智能化报警系统应运而生。其具有多功能一体的多传感器设计、远程无线智能控制、良好的交互界面、快速及时响应能力，逐渐走入大众的生活。 GSM是Global System for Mobile Communications的缩写，意为全球移动通信系统，是1992年欧洲标准化委员会推出的标准，是世界上主要的蜂窝系统之一。GSM性能优异，除提供标准化列表和信令系统外，还开放了一些比较智能的业务如国际漫游等。GSM系统有几个重要特点：通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、信号覆盖死角少、能耗低。GSM应用于手机通信中，可以与SIM卡机卡分离，提高了通用性和个性化，方便个人用户定制自己的通信服务。GSM应用于手机还允许用户接收160字长度的短信息[1]。 基于GSM模块的智能报警器设计，即应用GSM网关的远距离、稳定的无线通讯能力，将经过单片机处理后的多功能传感器的报警信号，实时、有效发送给用户或安检中心的预留号码，通过对不同报警信号的不同反馈，方便用户或安检中心及时做出有效反应。此系统具有低成本、低能耗、安装便捷、用户界面良好和对警报事件的快速有效响应，即使用户本身不在屋内，仍可对家中的安防情况了如指掌。 2、课题认识 基于GSM的智能报警器系统是一个软、硬件结合系统。通过多个传感器如门磁传感器、红外传感器等对室内安防情况进行感知，也可通过低电压掉电检测对室内电源稳定情况进行监控，以确保室内电器的正常使用。将采集到的传感器信号通过无线或者有线的方式（具体方式选择可依据具体信号而定）发送给主控节点，主控节点对信号进行分析、处理，得出警报类型并显示，此后，通过连接主控节点的GSM模块，将警报通过电话或短信的形式，发送给用户或安检中心的预留号码。 3、课题所达到的预期功能 系统平时处于待机状态，一旦传感器节点被相应警报事件触发，用户即可通过电话、短信及时、准确的接收到报警信息，并做出及时反应，以确保人身、财产安全。主控节点除具有信号分析、处理功能外，还可提供键盘输入、LCD显示屏等友好交互界面，方便用户对安防情况进行设置等。 二、 对课题的调研 智能报警器（Intelligent Alarms），目前通常被定义为利用无线通讯、电脑和综合布线技术，通过主控信息管理平台将与室内安全有关的各种子系统有机地结合的一个报警器系统。 首先，它需构建一个通信内部网络，为警报信息提供必要的通路，在主控平台的操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有室内传感器设备、控制器设备的监测和控制。其次，它们都要通过一定的媒介平台，构成与外界的通讯通道，以实现与外界世界的信息沟通，满足远程监测/控制和交换信息的需求。最后，它们的最终目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。 1. 发展历史 报警器是一种为预防某事件的发生而通过声光气等形式来提醒或警示我们应该采取某种行动的电子产品。 报警系统的发展与电子科学技术的发展息息相关，它大致经历了一下几个发展阶段：机械式防盗阶段、电子式防盗阶段、芯片式数码式防盗器阶段和网络式防盗系统阶段。随着科技的进步，第三代报警器逐渐普及，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救助、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产密不可分[2]。报警器功能的显著逐渐体现在生活中的各个方面，使得报警器的智能化、数字化、科技化需求进一步提高。 报警器的应用可分为两类，一是适合于单个使用者使用的报警系统，另一类是适用于小区联防报警的联网报警系统。 2．国内外研究现状 目前，国内外多个国家均对智能报警器系统做出了大量的研究和应用，并可将其整合于智能家居系统中，促进智能家居（Smart Home）的研究和发展，获得了更广泛的应用前景[3]。 智能报警器系统根据连接模式的不同可分为两类，有线网络和无线网络。其中无线技术包括蓝牙技术、ZigBee、802.11和无线USB等都已有在智能报警器系统中相关应用；有线连接方式则包括RS-485总线、IIC总线、CAN总线等，不同的连接方式适用于不同类型的信号传输。当警报发生时如何及时通知用户已成为家居安全系统中的关键问题。基于此，报警器系统可以通过因特网或者GSM、GPRS技术等，全时段的待机以确保用户得到警报信息的及时性和准确定[4]。 相较于国外智能报警器系统的高度统一标准和普遍应用，国内的智能传感器发展较为迟滞。随着通信技术和网络技术的发展，使传统建筑业和IT行业有了更深的融合，推动了智能传感器系统在企业、家居应用中的前进步伐，但是缺乏统一的行业标准、产品稳定性和可靠性较差、缺乏完善的社会合作体系、跨产业合作困难等等，使得我国的智能报警器系统的发展较为缓慢。 随着数字化、信息化通信平台的完善，报警器的数字化、信息化趋势会继续发展，智能报警器系统将以其科学性、实用性、灵活性、绿色性，将更好地为人们提供舒适、便捷的服务[5]。 3. 智能报警器发展趋势 智能报警器将能够更好地融入智能家居（Smart Home）系统，将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置通过家庭智能主控平台进行连接，使得用户可以在家庭智能化系统上进行集中地或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调[6]。 三、毕业设计解决方案： 1. 系统硬件设计 通过阅读单片机C语言程序设计、STC12C5A60S2技术指导手册、ARM、无线通讯、现场总线等方面的资料和文献，最终确定了设计方案。 （1）MCU（Micro Control Unit）主控模块芯片选型： STC12C5A60S2 优点： (1)高速/低功耗/超强抗干扰能力强； (2)指令代码完全兼容传统8051且速度快8-12倍； (3)内部含外部掉电检测电路,在4.6口有一个低电压门槛比较器，可用于低压检测； (4)STC12C5A60S2系列单片机有双串口。 普通8051 优点： (1)大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件； (2)使用较为熟练。 缺点： 运行速度较慢，片内资源较少，无内部存储器，单串口。 ARM 优点： (1)CPU功能上增加DSP指令集； (2)运算能力强，灵活性高； (3)速度快，资源丰富，支持LCD显示和触屏,支持SD卡。 缺点： 外围电路复杂，成本较高。 相比较而言，应选用STC12C5A60S2系列单片机，因其内部含外部掉电检测电路：在4.6口有一个低电压门槛比较器，可用于低压检测；且STC12C5A60S2单片机有双串口，可支持MCU同时与GSM模块和现场通信总线进行串行通信。除此之外，它完全兼容51单片机，从成本上考虑也相对低廉，所以最后决定选用STC12C5A60S2系列单片机作为MCU芯片。 （2）无线模块选择 ZigBee模块 优点： (1)低复杂度、低功耗、低数据速率,较蓝牙技术成本低廉； (2)抗干扰能力强，保密性好。 缺点： 开发和使用成本都过高，将直接增加安全系统的成本，导致一般家庭无法承受。 nRF24L01模块 优点： (1)单片射频收发器件,内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块； (2)输出功率和通信频道可通过程序进行配置； (3)功耗低，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。 315MHz超外差无线模块 优点：成本低廉、频率稳定、接收灵敏度高。 缺点： (1)静态时会输出短暂针状干扰杂波，传输时要采取软件滤波； (2)功耗较大，不适宜小容量电池供电应用。 相比较而言，nRF24L01的低功耗、低成本、一主多从的通信方式非常适用于家居安检系统，且对于nRF24L01的通信使用有一定基础，因此选用nRF4L01模块作为无线通信模块。 （3）现场总线模块选择 RS-485总线 优点： (1)采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力； (2)布线简单，稳定可靠,广泛应用于视频监控 ，门禁对讲，楼宇报警等各个领域； (3)外围电路只采用一个芯片，协议编写可操作。 缺点： 采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态。 IIC总线 优点： (1)每个器件都有一个唯一的地址识别，且均可作为发送器或接收器（由器件的功能决定）； (2)接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高。 缺点： 传输距离有限，且抗干扰能力弱。 CAN总线 优点： (1)是国际上应用最广泛的现场总线之一,广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境 ； (2)高可靠性和良好的错误检测能力。 缺点： 外围电路较为复杂，需专用芯片，且协议编写复杂。 相比较而言，485总线的稳定性高、成本低廉，布线简便等特性，以及其10m左右的传输范围，更适用于本系统。 2. 系统软件设计 （1）GSM模块通信设计； （2）智能报警器配置及控制策略设计； （3）无线传感器和通信协议设计； （4）现场通信总线和通信协议设计。 3. 系统结构图 图1 系统结构图 4. 主控节点工作流程图 图2 主控节点工作流程图 四、毕设进度安排： 从毕业设计工作开始起： 第1-2周：理解课题、查阅文献、撰写开题报告、开题； 第3周：基于GSM模块智能报警器系统方案确定； 第4周：学习熟悉STC12C5A60S2单片机及其基本程序设计； 第5周：硬件电路设计； 第6周：低电压检测模块设计； 第7周：软件架构设计； 第8周：硬件电路连接及基本调试； 第9周：各软件部分程序设计及调试； 第10周：各软硬件程序的调试、连接； 第11周：系统调试； 第12-13周：系统改善，撰写报告、技术文档； 第14周：答辩。 五、参考文献： [1] 龙光利, 李白萍, 王少华. 基于GSM/GPRS无线报警系统的设计[J]. 西安：陕西理工学院学报, 2011年03期. [2] 王凯明. 智能家居系统的研究[D]. 西安科技大学, 2005-04-25. [3] 张天超，基于GSM网络的安防系统研究[D],大连理工大学，2005. [4] Y. Zhao and Z. Ye: A Low Cost GSM/GPRS Based Wireless Home Security System [J], IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 54, No. 2, MAY 2008 [5] A. Z. Alkar, An internet based wireless home automation system for multifunctional devices [J], IEEE Trans. Consumer Electron., vol. 51, no. 4, pp. 1169-1174, Nov. 2005. [6] Y. P. Tsou, J. W. Hsieh, C. T. Lin, and C. Y. Chen, Building a remote supervisory control network system for smart home applications [C], IEEE International Conf. on System, Man and Cybernetics, pp. 1826-1830, Oct. 2006. [7] 苏小红，陈惠鹏，孙志岗. C语言大学实用教程（第2版） [M]. 北京：电子工业出版社, 2007 . [8] 侯殿有. 单片机C语言程序设计 [M]. 北京：人民邮电出版社, 2010 . [9] Joseph Yiu. ARM Cortex-M3权威指南 [M]. 宋岩 译. 北京：北京航空航天大学出版社, 2009.1 . [10] 华成英, 童诗白. 模拟电子技术基础（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社. 2007 指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日 注：可另附A4纸

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