1、一种具有 GSM 报警功能的电子储物柜的设计 学院名称： 电气信息工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 二一三 年 六 月JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）江苏理工学院毕业设计说明书（论文）一种具有 GSM 报警功能的电子储物柜的设计摘 要： 本系统以 STC89C52 单片机为控制核心，利用 4*4 矩阵键盘检查按键，当用户按下存包键时，系统检测到空柜并打开，同时记录 5 位随机密码；当用户按下取包键时，用户输入 5 位密码，系统自动验证并打开柜门，若连续三次输入密
2、码错误，则蜂鸣器报警；当用户按下求助键时，系统通过 GSM 模块向管理员手机发送短信，寻求帮助。此设计共有 16 个按键和 6 个数码管显示密码，可以对 4 个柜子进行控制。此论文重点描述了自动存包柜的设计思想及软硬件电路的工作原理、设计过程，并叙述了调试过程中出现的问题，并做了相应的分析。关键词：单片机；GSM 模块；随机密码；矩阵键盘The Design of Electronics Cabinet Alerted Based on GSMAbstract：This system takes the STC89C52 list slice machine as to control cor
3、e and makes use of 4*4 matrix keyboard check keys，when the customer presses to save a pack of key， the system examines empty cabinet and open，record 5 random passwords at the same time；When the customer presses to take a pack of key，the customer inputs 5 passwords，the system automatically verifies a
4、nd open a cabinet door；When the customer presses to ask for help key，the system passes a GSM mold piece to send out a message to managing persons cellular phone and looks for a help.This design totally includes 16 keys and 6 piece code tube show a password，can carry on a control to 4 cupboards.When
5、the customer three times inputs a password in a row mistake， the buzzer reports to the police.This thesis particularly described to automatically save the design thought of a pack of cabinet and the work principle of the soft hardware electric circuit，design process，and as for problem that described
6、 to adjust to try to appear in the process，and did homologous analysis. Keywords： STC89C52；GSM；Random password；Matrix keyboard江苏理工学院毕业设计说明书（论文）I目 录第 1 章 绪论.11.1 概述.11.2 GSM 的发展.21.3 无线电子存包柜的组成.31.4 课题的意义及研究的内容.4第 2 章 系统硬件电路的设计.52.1 整体电路的工作原理.52.2 单片机最小系统电路设计.52.3 GSM 模块 TC35i 电路设计.72.3.1 GSM 模块的构成.7
7、2.3.2 TC35i 的工作原理.92.3.3 TC35i 与单片机的连接.102.4 矩阵键盘电路设计.112.5 6 位数码管电路设计.122.6 LED 电路设计.142.7 蜂鸣器电路设计.16江苏理工学院毕业设计说明书（论文）II第 3 章 系统的软件设计.193.1 主程序设计.193.2 GSM 模块程序设计.203.2.1 AT 指令介绍.213.2.2 程序介绍.25 3.3 按键扫描及处理程序设计.273.3.1 按键扫描.273.3.2 按键处理.313.4 6 位数码管程序设计.34 3.5 LED 显示及蜂鸣器报警程序设计.35第 4 章 系统软硬件调试及实验结果.
8、364.1 硬件调试.364.2 软件调试.394.3 实验结果.43结束语.44参考文献.45致谢.46江苏理工学院毕业设计说明书（论文）第 0 页第 1 章 绪 论1.1 概述早期的 GSM 模块主要是供手机厂使用，手机厂直接购买模块，配上外围的器件就是可以生产一部手机。GSM 模块解决了手机设计中复杂的射频发送和基带处理问题，并提供了标准的通信接口，厂商不用再从底层的芯片级开始进行手机的设计，缩短了设计周期。5 年前，国内的手机厂家几乎都是购买国外的成品 GSM 模块进行二次开发生产手机的，近几年，随着国内手机设计公司的逐渐成熟，手机厂家才摆脱对 GSM 模块的依赖，转为直接从芯片级入手
9、生产手机。目前，GSM 模块依然在广泛的工业应用领域使用，在各行各业都能看到 GSM 模块应用的产品。例如，在车载监控领域，使用 GSM 模块将车辆行驶的 GPS 数据传输回车辆管理中心；在电力、水务系统，通过 GSM 模块实现了远程智能抄表，可以实时监控用户的用电和用水量；在测绘行业，为很多偏僻的测绘点安装了 GSM 模块实现了实时的监控，不必再人工收集数据；在家庭，可以安装无线报警系统 1，一旦发生火情或盗窃行为，可以立即通知户主和报警；在国外，很多老人小孩带了个人跟踪器，防止老人和小孩走失或意外发生，里面也是集成了 GSM 模块。具有 GSM 报警功能的电子储物柜是集 GSM 模块，按键
10、检测模块 2，显示模块，报警模块为一体的自动控制存包柜。它与我们的日常生活紧密联系在一起，有着安全性高、可靠性高、方便快捷等特点，目前一些大商场的入口处，常有电脑控制的自动存包柜。电脑控制的存包柜无需专职的管理人员且安全可靠，颇受顾客的信任。凡需要临时存放物品，又要求安全保密的地方都需要这样的一个装置，如游泳池的更衣室、部队军训时的存包处，展览会、车站、电影院等等，应用非常广泛。短信息服务作为 GSM 网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。这里以 GSM 网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。典型的应用有变电站、电表、水塔、水库或环保监测点
11、等监测数据的无线传输和无线自动警报；远程无线控制高压线路断电器、加热系统、防洪拦阻系统或其他机电系统的启动和关闭；车队交通管理和控制指挥系统；控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货水平等。本次设计将 GSM 短消息功能应用于自江苏理工学院毕业设计说明书（论文）第 1 页动控制存包柜中。1.2 GSM 的发展随着全球移动通信系统(GSM)移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发和应用就已经提到十分重要的位置。短消息服务业务作为 GSM 网络的一项基本业务，已经得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。短消息业务在 GPS(
12、全球定位系统)/GSM(SMS) 移动车辆监控定位系统的应用，机房监控、远程维护系统的应用，移动性数据查询证券交易和信息查询、数据采集系统的应用等各个领域得到了广泛的发展。GSM 调制解调器的出现可以说给 GSM 的发展又一次注入了新的活力，而单片机则在嵌入式系统中得到最为广泛的应用，本系统正是利用单片机对 GSM 调制解调器 TC35 模块进行控制并实现了英文短消息的收发。在 GSM 移动通信系统的各项业务中，短消息业务是 GSM 系统提供给用户的一种有别于语音传输的通讯业务。它利用信令信道(SDCCH 用户正常时或 SACCH 用户忙时)传输，是 GSM 通信网所特有的，它不用拨号建立连接
13、，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心 3，由短消息服务中心再发送给最终的信宿，短消息的收发不影响通话；短消息业务可以使网络端知道被叫方是否已经收到短消息，如果传送失败，被叫方没有回答确切消息，网络一侧会保留所传的消息，一旦网络发现被叫方能被叫通时，消息能被重发以确保被叫方能收到。短消息业务主要包括点到点短消息业务与小区广播短消息业务。点到点短消息业务即通过 MO(MS 发起短消息业务)和 MT (MS终止短消息业务) 将一条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务。编码后单条短消息最大长度为 140 个字节，可以承载 160 个英文字符或 70 个汉字。小区广播短消息业务即通过基
14、站(BSC) 向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务。编码后每页消息长度为 82 个字节，最大页数为 15 页。短消息业务的优点在于其无需建立连接，服务费用低，因此基于 GSM 模块的应用一般都使用短消息业务。此外，GSM 模块是继 GSM 手机外又一种非常重要的 GSM 移动通信系统的终端设备。它是传统调制解调器与 GSM 无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备，因此也叫无线调制解调器 4。它的出现给 GSM 的发展注入了新的活力，改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了 GSM 网络数据通信及其应用的大门。所以在应用上，凡是使用调制解调器的地方大多数可以用 GSM 模块代替。由于调制
15、解调器必须通过 PSTN江苏理工学院毕业设计说明书（论文）第 2 页或者其他专用通讯网进行通信，因而受地域，线路等影响，在应用上有很大的局限性。而 GSM 模块则无此限制，所以基于这种模块，以 GSM 网络作为无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，如：GPS/GSM (SMS)移动车辆监控定位系统；移动 POS 机，移动收费系统；移动性数据和 Internet 接入。目前，国内已经开始使用的 GSM 模块有 Falcom 的 A2D 系列、Wavecome 的WMO2 系列、西门子的 TC35 系列、爱立信的 DM10/DM20 系列、中兴的 ZXGM18 系列等，而且这些模块的
16、功能、用法差别不大.其中西门子的 TC35 系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证.所以这里选用的是西门子 TC35 系列的 TC35.i 它是西门子推出的最新的无线模块，功能上与 TC35 兼容，设计紧凑，大大缩小了产品的体积. TC35i 与 GSM 2/2 +兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232 数据口、符合 ETSI标准 GSM07. 07 和 GSM07. 05，且易于升级为 GPRS 模块.该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的 AT 命令接口 5，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便了用户的应用开发及设计。1.3 无线
17、电子存包柜的组成无线电子存包柜包括单片机控制部分，键盘控制部分，数码显示部分，执行部分。1.单片机控制部分：它是系统的核心部分。由 ATC89C52 单片机、时钟、复位电路等组成。2.键盘控制部分：这是用户对自动存包柜进行操作的控制面板。由 4*4 键盘组成。通过它可以实现所有的控制功能。键盘功能定义如下表 1-1：表 1-1 键符说明表键符 功能0-9 输入随机密码10 存包11 取包12 退格13 取消14 确认江苏理工学院毕业设计说明书（论文）第 3 页15 短信3.数码显示部分：这是用户对自动存包柜进行操作后，能够显示 6 位随机密码。由数码显示驱动电路和 6 位数码管组成。4.执行部
18、分：这是用户按下按键后的执行部件。由 4 个发光二极管模拟 4 个储物柜，发光二极管灯亮表示柜中无物，反之则柜中有物；1 个蜂鸣器进行报警；1 个 GSM 模块用于无线联系管理员。1.4 课题的意义及研究的内容目前，很多大型超市的存包柜没有无线功能，这是一种缺失。随着时代的进步和科技的发展，GSM 模块必然会被引进。 GSM 模块功能强大，且价格低廉，它可以通过发送短信的方式与管理员联系，及时解决客户的问题，甚至可以向用户发送密码，使用非常方便。据调查，一个 GSM 模块足够处理一个中心型超市的所有存包业务量。无线电子存包柜与传统自动存包柜相比，多了 GSM 无线模块，当用户遇到问题需要求助时
19、可以及时通过短信或电话与管理员联系，方便了客户的问题解决，这样避免了顾客亲自去找管理员，节省了人力物力。使用这种方式，基本上没有什么污染，成本也不高，既方便了顾客，又利于环保，因此具有很好的市场前景。所以，本设计的主要思路是：采用 ATC89C52 单片机做为控制器，4*4 矩阵键盘作为按键输入，6 位数码管显示当前信息。当用户按下存包键时，系统检测到空柜并打开，同时记录下 5 位随机密码；当用户按下取包键时，用户输入 5 位密码，系统验证成功打开柜门，若连续 3 次输入密码错误，蜂鸣器报警；当用户按下短息键时，通过GSM 模块向管理员手机发送短信，寻求帮助。这种无线电子存包柜价格低廉，操作方
20、便，安全可靠，能够满足广大顾客的需求。江苏理工学院毕业设计说明书（论文）第 4 页第 2 章 系统硬件电路的设计2.1 整体电路的工作原理图 2-1 系统框图如图 2-1 所示，系统可以分为 5 个模块，串行通信 GSM 模块，4*4 矩阵键盘模块，6 位数码管显示模块，蜂鸣器报警模块，LED 模块。每个模块都很重要，通过键盘模块实现所有功能的控制，各个功能通过显示模块进行识别，报警模块可以提示用户密码输入错误，LED 模块模拟柜门的关闭， LED 灯亮表示柜门打开或者说明是空柜，灯灭则说明柜门关闭或已经存入物品，GSM 模块实现短信联系管理员功能，GSM 模块功能很强大，是本次设计的主要研究
21、对象。2.2 单片机最小系统电路设计单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、 只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/ 计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制 电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的 微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪 80 年代，由当时的 4 位、8 位单片机，发展到现在的 32 位 300M 的高速单片机。常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集
22、成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统） ，和计算ATC89C52按键模块显示模块GSM 模块报警模块储物柜模块江苏理工学院毕业设计说明书（论文）第 5 页机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择，它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有 CPU 的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容
23、易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL 的 8080 是最早按照这种思想设计出的 处理器 ，当时的单片机都是 8 位或 4位的。其中最成功的是 INTEL 的 8051，此后在 8051 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管 2000 年以后 ARM 已经发展出了 32 位的主频超过 300M 的高端单片机，直到现在基于 8051 的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。S
24、TC89C52 片内有 ROM/EPROM 的单片机，其硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值得一提的是该单片机 CPU 中的位处理器，它实际上是一个完整的1 位微计算机，这个一位微计算机有自己的 CPU、位寄存器、I/O 口和指令集。1 位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而 8 位机在数据采集，运算处理方面有明显的长处。MCS-51 单片机中 8 位机和 1 位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相承，它是单片机技术上的一个突破，这也是 MCS-51 单片机在设计的精美之处。因此，这种芯片构成的最小系统简单、可靠。用 89C52 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，89C52 单片机最小系统如图 2-7 所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：(1) 有可供用户使用的大量 I/O 口线。(2) 内部存储器容量有限。(3) 应用系统开发具有特殊性。1、时钟电路STC89C52 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。STC89C52单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在 XTAL1、XTAL2 引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方
