毕业论文——基于GSM的远程家庭智能报警系统.doc

1、河南理工大学毕业设计(论文)说明书I摘要随着生活水平的提高,人们对自我财产的保护意识逐渐增强,同时伴随着现代科技逐步走进人们的生活,智能家居应运而生。报警系统作为智能家居的一部分备受人们重视，而市场上的报警系统的设计虽日渐成熟，但依然有缺陷。本设计独辟蹊径，运用加速度传感器作为主要感知层，这样不用限制门窗的材质,使报警系统更加完善。本设计针对现有的 GSM 无线网络，介绍了基于 GSM 的远程家庭智能报警系统的设计及实现方法。利用各种传感器，如温湿度传感器、加速度传感器等对家中可能出现的各种意外情况进行采集，并通过组建的家中内部无线网络及时向单片机进行中断报警。GSM 模块在单片机控制下，利用

2、 GSM 网络，将各种报警信息通过短信的方式发送到预先设定的手机中，达到了远程无线智能报警的功能。同时,本文在对加速度信号的处理上,采用新的方法,即使用加速度平均值,并设定参考点的思路和方法,有效避免了漏报、误报现象的产生，是系统更加稳定。经过测试，该系统经济、可靠、稳定性高。家庭无需为传感器布线，具有广泛的市场推广价值。关键字：单片机；加速度传感器； 温度传感器 DHT11； GSM 模块 河南理工大学毕业设计(论文)说明书IIAbstractWith the raising of living life, more and more people have the mind to prot

3、ect their possessions .As the modern science and technology gradually come into the life of people, Intelligent household arises at the same time. as a part of the smart home Alarm system has been given much attention. Although the market alarm system design is mature, it still has much weakness.Aim

4、ing at the existing GSM wireless network，a design and solution of realizing long-distance house intelligent warning system based on GSM network has been introducedDifferent kinds of contingencies gathering by sensors in house are reported to MCIU in time by inner wireless networkGSM module with the

5、control of MCU utilizes the GSM and send the warning information by short-message to the beforehand fixed telephone numbers，achieving the long-distance wireless warning functionAt the same time, we use a new method to come up with the processing of acceleration signal. We use the average acceleratio

6、n and the ideas that sets the reference point After testing，the system possess of economical、reliable high stable qualitiesThis method effectively avoid the mistake, witch makes the system more stable. After testing，the system possess of economical、reliable high stable qualitiesFurthermore，there is

7、no need wiring for sensors，so the system has abroad value of business popularityKeywords：MCU；MMA7455；DHT11；GSM module河南理工大学毕业设计(论文)说明书I目录1 引言 .11.1 国内外现状.11.2 设计目的与意义.11.3 系统结构流程图.22 硬件设计 .32.1 传感器的选型.32.1.1 MMA7455I 加速度传感器.32.1.2 DHT11 温度传感器.72.2 PT2262/2272 无线收发模块 .112.3 AT89S52 单片机模块 .132.3.1 AT8

8、9S52 单片机概述.132.3.2 AT89S52 单片机的典型功能.182.4 GSM 模块 .203 软件设计 .223.1 系统软件设计的总体思路 .223.1.1 主函数软件设计流程图.223.1.2 基于 C 语言的程序调试 .233.2 系统各功能模块的软件设计.293.2.1 温度传感器 DHT11 的软件设计 .293.2.2 加速度传感器 MMA7455 的软件设计 .293.2.3 IIC 通讯协议.303.2.4 液晶显示的软件设计 .313.2.5 GSM 模块中的 AT 指令.324 系统调试 .354.1 液晶 显示 .354.2 GSM 的调试 .354.3 加

9、速度传感器的调试 .374.4 DHT11 温湿度传感器 .385 总结与展望 .405.1 总结 .40河南理工大学毕业设计(论文)说明书II5.2 展望 .40参考文献 .42致谢 .44附录一 原理图 .45附录二 程序 .46河南理工大学毕业设计(论文)说明书11 引言1.1 国内外现状在目前国内现代化居住格局日益封闭的情况下，财产安全问题显得尤为重要。当前安全防范及报警系统是确保住宅、财产安全的重要的途径之一，同时也是数字化家庭的重要组成部分。当遇到盗窃、失火、煤气泄漏等紧急情况时，及时通过通信系统完成报警以及提示就显得尤为必要。目前的、家居报警系统领域多用到开关振动、超声波、红外探

10、测、门磁开关等类型的传感器，其在应用过程中暴露出诸多的缺点：首先，传感器价格昂贵，体积庞大，难以集成。比如超声波传感器，体积大，市场价在 8 元左右，操作复杂，易受干扰；其次，误报现象比较严重，困扰人们的生活，比如我们家里面电车或者汽车上常用的震动型传感器，在人不小心碰到时就会发出刺耳的警笛声，虽然起到了一定的报警作用，但是给人的生活带来很大困扰，并且当人距离报警声音传播范围之外时，亦无法知道车辆的安全状况。另外，市场上并没有一种专业的报警系统，能让人随时随地的知道家庭公司等安全状况，并能够显示警情位置，警情级别等。同时大多数的报警系统采用红外传感器和门磁开关配合使用，而门磁开关主要由开关和磁

11、铁两部分组成，开关部分由磁簧开关经引线连接。定型封装而成；磁铁部分由对应的磁场强度的磁铁封装于塑胶或合金壳体内。当两者分开或接近至一定距离后，引起开关的开断从而感应物体。因而门磁开关只适合非铁质的门或窗，但现代家居设计中,大部分使用的都是铁质合金，门磁开关的应用范围大大地受限。1.2 设计目的与意义基于单片机的智能家居防盗系统着重于对家中涉及安全的因素进行监控和报警,用到的传感器有加速度传感器、温度传感器、烟雾传感器；控制期间使用 AT89S51 单片机；并且采用无线网络 GSM 节点，采用直接发送短信或拨打电话的方式直接向户主报警。使得报警更加快捷方便，同时不用布线，避免了维修的复杂性。同时

12、本设计介绍了一种由嵌入式报警主机、无线发射装置，手机终端，无线传感器网络节点构成的智能报警系统。河南理工大学毕业设计(论文)说明书2首先本系统采用新型的加速度传感器，能够将门窗的震动和移动两种状态区别开来，当门窗产生震动而没有发生位移时,通过程序计算没有达到位移门限就判断为没有异常情况发生。当门窗发生移动时，说明家中可能已经被盗处以较危险的情况，此时告知户主，拉响警笛，这样就解决了传统报警系统给人们生活带来的干扰。同时我们将温度传感器布防在厨房、客厅的等地方，通过无线通信技术形成一个传感器网络，与家庭嵌入式主机系统通信。当某个传感器被触发时，就会向主机发送信号，主机通过接收到的信号判断警情地址

13、，警情级别做出相应的判断后，通过 GSM 模块儿发送相应的信息，信息被手机捕获经软件分析后，发出语音告知机主。1.3 系统结构流程图本设计主要由三大部分组成，分别为：感知网络、控制主机、客户终端。该框图详细的说明了该设计的工作流程，我们的产品分为两部分，有家庭传感器节点组成的感知网络，传感器信号经 MCU 分析后由 2262 配置一个唯一的地址，将信号发给家庭主机，经分析后经 GSM 模块向手机发射出相应的语音报警信息，告知机主。加速度传感器M C U温度传感器M C U2 2 7 22 2 6 22 2 6 2M C U G S M图 1-1 系统结构流程图河南理工大学毕业设计(论文)说明书

14、32 硬件设计本系统的硬件主要是由传感器网路、PT2262/2267 无线收发模块、MCU 控制器、GSM模块组成。下图是总体硬件结构： 加 速 度 传 感 器温 度 传 感 器 MCUGSMPT26/7 户 主图 2-1 系统硬件结构传感器部分主要是采集家中安全信息，如温度、门窗的移动情况，而本设计最有特色的部分也在于传感器的选择，采用新型的加速度传感器，使防盗模块更完善；AT2262/2272 是用于无线连接传感器与单片机的部分，此部分避免了防盗系统大量的布线工作；单片机主要是对采集信息的处理、判断并做出相应的处理过程，是整个系统的大脑；GSM 模块主要是用于联系用户，现代在手机十分普及的

15、背景下，采用 GSM 模块进行短息或语音通话直接通知户主家庭安全情况，会非常快捷，使得家中安全情况得到及时处理。下面对各部分硬件进行详细说明。2.1 传感器的选型2.1.1 MMA7455I 加速度传感器2.1.1.1MMA7455 工作原理及引脚功能本设计使用的是飞思卡尔公司的 MMA7455I，飞思卡尔公司有稳定的人员队伍。该公司在全球 30 个国家拥有 24000 多名研发和设计人员，人员结构知识化，年轻化，有稳定的教师和辅助人员队伍。其中，天津飞思卡尔公司拥有 40 多名研发和设计人员，90%以上拥有研究生学历。该公司在全球 30 个国家拥有多家公司。飞思卡尔全球有 9 个全资生产工厂

16、，一个合营生产设施，还有与第三方生产商建立的诸多合作关系等。飞思卡尔根据轻资产河南理工大学毕业设计(论文)说明书4(asset-light)战略，有选择地将内部生产能力集中在处于领先地位的细分化或专业加工工艺上，由第三方工厂提供标准工艺技术，作为内部资源的补充。1992 年，飞思卡尔公司开始在天津开展业务，包括在天津的封装和测试运行部门，北京、苏州和天津3 个研发中心，北京、上海和深圳 3 个销售办事处。天津工厂成立于 1992 年，是飞思卡尔拥有的两个大型芯片测试和封装工厂之一。该工厂占地 400,000 平方英尺，从 2001 年开始投入生产。工厂每周生产超过 900 万个微控制器、混合信

17、号和射频设备。该公司可提供生产实习、毕业设计的实习设备和场地。飞思卡尔公司有坚实的科研和技术生产活动。该公司的客户包括摩托罗拉的个人通讯事业部，以及一些其它消费和汽车电子厂商。2006 年，飞思卡尔在下列领域居于市场领先地位：汽车（全球汽车半导体产品市场份额位居第一）、网络（全球网络通信处理器市场份额第一；全球用于蜂窝基站的射频功率产品市场份额位居第一）、工业控制器、消费电子产品（微控制器和嵌入式处理器市场份额位居第二）和无线产品（无线通信应用专用标准产品市场份额位居第四；蜂窝手机数字基带半导体产品全球市场份额位居第四）。公司为客户提供广泛多样的辅助设备，连接各种产品、网络和真实世界的信号(如

18、声音、振动和压力等)。产品包括传感器、射频半导体、功率管理及其它模拟和混和信号集成电路。飞思卡尔全球现有 1 万个终端客户，其中包括由公司自己的销售队伍服务的 100 多家知名的原始设备生产商，以及通过数千个代理商网络服务的其他终端客户。2004 年，摩托罗拉半导体部成为飞思卡尔半导体。例如，开发出了许多关键产品类别，包括通信处理器、微控制器、固态加速度传感器、蜂窝式半导体和模块等。摩托罗拉半导体部一直引领加工工艺技术的发展，从率先使用 200毫米硅片、铜连线技术、绝缘体上的硅芯片(SOI)到硅锗碳，为客户带来了性能更高、性能更低的产品。因此选用飞思卡尔公司的传感器是十分可靠的选择。MMA74

19、55 是一款数字输出（I2C/SPI）、低功耗、紧凑型电容式微机械加速度计，具有信号调理、低通滤波器、温度补偿、自测、可配置通过中断引脚（INT1 或 INT2）检测 0g，以及脉冲检测（用于快速运动检测）等功能。0g 偏置和灵敏度是出厂配置，无需外部器件。客户可使用指定的 0g 寄存器和 g-Select 量程选择对 0g 偏置进行校准， 量程可通过命令选择 3 个加速度范围（2g/4g/8g）。MMA745xL 系列具备待机模式，使它成为以电池为电源的手持式电子器件的理想选择。MMA7455 数字三轴加速度传感器模块核心为飞思卡尔公司的 MMA7455L 数字三轴加速度传感器，该模块设计使

20、用官方推荐设计，板卡线路经过高电磁兼容设计和优化，具有输出精确，体积小，工作可靠，各种标识清晰，扩展性好等特点。MMA7455L 芯片安装在带 DIP 插脚的印刷电路河南理工大学毕业设计(论文)说明书5板（PCB）上，它允许客户将其集成到特定的设计应用对产品进行评估。这样客户就能够在他们自己硬件和软件环境内灵活地评估器件。MMA7455I 是三轴小量程加速传感器是检测物件运动和方向的传感器，它根据物件运动和方向改变输出信号的电压值。后面的图片示出了它们的关系。各轴的信号在不运动或不被重力作用的状态下（0g），其输出为 1.65V。如果沿着某一个方向活动，或者受到重力作用，输出电压就会根据其运动

21、方向以及设定的传感器灵敏度而改变其输出电压。用单片机的 IIC/SPI 接口方式读取数值，就可以检测其运动和方向。图 2-2 MMA7455 实物图各引脚功能：Pin:输入电压,同时可以接到单片机 AD 参考电压端；Pin2:(可选)5V 电源；Pin3、GND:电源地；Pin456、NC:悬空管脚；Pin7、CS:SPI 片选管脚，低电平有效；Pin8、INT1：中断 1/数据准备就绪；Pin9、INT2：中断 2；Pin10、MISO：SPI 管脚 MISO；Pin11、MOSI：SPI 管脚 MOSI；河南理工大学毕业设计(论文)说明书6Pin12、CLK：SPI 管脚 CLK；图 2-

22、3 MMA7455 的外围电路2.1.1.2 用加速度传感器测量位移的原理与误差分析MMA7455I 是一种差容式伺服加速度传感器，它采用先进的集成电路表面加工技术，将敏感元件和信号调理电路集成在单片集成电路上，组成一个完整的加速度测量系统.安装时使加速度传感器的敏感方向与门窗运动的方向平行，由于重力加速度 g 的作用，当加速度传感器不运动时，其输出为 1g，即传感器的零点偏置不是 0，此时加速度输出值现对于参考点的位置有正有负。设 a(t),v(t),d(t)和 T 分别是门或窗运动的加速度、速度、位移和采样的总周期，g(t)为重力加速度。当门或窗运动时，水平方向的加速度传感器的输出为：A(t)=a(t) (2-1)此时 g(t)的变化是很小的,可看做是常数。作零点校正一般采用测量前先存储零点值，计算时将测量值减去零点值的方法。这里根据门窗运动的特点，提出一种简单方便的方法，用这种方法可以实现加速度传感器的动态零点校正。由于加速度传感器的输出采用了零点校正，因而只需考虑门窗运动的加速度积分得门窗运动的速度。(2-2)tdavt0)()(