1、目 录 1 绪论 1 1.1 家庭报警器的发展现状及其系统构成与分类 1 1.2 设计要求与研究内容 5 2 总体方案设计 6 2.1 系统的功能要求 6 2.2 总体设计方案 6 2.3 系统相关技术 7 3 报警器硬件设计 .14 3.1 主机电路设计 .14 3.2 热释电红外传感器 .17 3.3 TC35 短信息收发模块 17 3.4 电平转换芯片 MAX232.19 3.5 蜂鸣器电路 .20 3.6 数码管显示电路 .20 4 系统软件设计 .23 4.1 程序语言设计 .23 4.2 报警系统的程序设计 .25 4.3 TC35 通信程序设计 .27 结 论 .30 致 谢 .
2、31 参 考 文 献 32 附 录 .33 第 1 页 共 41 页 1 绪论 1.1 家庭报警器发展现状及其系统构成与分类 1.1.1 家庭防盗报警器的发展 从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。在北美，报警呼救箱放置 在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；同时，这种 呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。 随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业 中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电报方式毕竟难 以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。而此后 自动拨号系统的出现以及电话普及到千
3、家万户，更使得通过电话线报警的方 式得到了前所未有的发展。 从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，只有具备 良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由 权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。 国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段，从具有代表性的北 美发展过程，可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况。其具有以 下特点，值得我们借鉴。 目前，对北美的安防产业来说，最成功的经营模式就是联网报警服务模式， 联网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集 中许多高科技手段和产业化管理水准的一体化综合性产业。比如世界
4、排名第 一，北美最大的安防跨国公司一美国棋诺亚公司，它在世纪年代开始搞简单 的防盗报警，其当时的业务范围和技术水平跟中国现在很多安防企业是相当 的。到 70 年代，它对其产业的整体发展方向做了很大的调整，变为联网报警 服务商，建立了首家网管中心，尤其是在年代引用了大量的网管技术、系统 集成技术和电子技术，现己成为十分先进的联网报警服务平台，它在美国、 加拿大、英国、香港、台湾等多个国家和地区都有分公司，北美的客户数己 超过 600 万，2003 年防盗报警收入总产值达 105 亿美元。 第 2 页 共 41 页 1979 年公安部在石家庄市召开了“全国刑事技术预防专业工作会议”，会 议提出要大
5、力开展安全技术防范工作，技防作为公安业务的组成部分就这样 正式提出来。其实我国的技防工作早在 60 年代就开始了，那时候由于形势所 迫，博物馆，银行都自发采用各式各样的防范手段，这是我国技术防范工作 的初级阶段。 当时主要采用的手段是声控报警。罪犯撬玻璃的声音，砸展柜的声音传 到了值班室。值班人员判断出罪犯在行窃，及时报告了领导和 有关部门，组 织保卫人员和警力将罪犯包围后将其擒获。 82 年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术的发展为故 宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超声波、声控等防盗探测器， 形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术提高到一个新水平。 84 年
6、以后安防事业在中国进入了普及与提高阶段，而且发展迅速。相继 各个博物馆、银行、商场、超市、居民小区都陆续建立了安全防范系统。 进入 90 年代，人们注意到周界防范的重要性，要利用周边的围墙，铁栅 栏等屏障建立周界防范，如果没有条件形成大周界也要建立建筑物的墙体、 窗户、门外和建筑物之外。在防护区和禁区内采用 3 种以上不同探测原理的 探测器构筑多道防线，与此同时防遮挡功能的探测器也问世了，促进了入侵 探测器技术的发展。 目前，全国的安全技术基本上和国际接上了轨。在现代计算机技术、自 动控制技术和现代通信技术的支持下，安防系统也是一个很完善的计算机控 制系统，防盗报警系统，电视监控系统，声音系统
7、，门禁系统和巡更系统统 一由一台计算机进行管理，标志我国的安防事业进入一个新阶段 1.1.2 防盗报警系统的构成 防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区 域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位， 显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的 重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准 确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系 统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全 第 3 页 共 41 页 防范系统。 防盗报警系统通常由探测器（又称防盗报警器）、传输通道和报
8、警控制器 三部分构成。如图所示。报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探 测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的关 键，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可以 构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。 探测器（报警器） 传输通道 报警控制器 传感器 信号处理 图 1-1 防盗报警系统构成图 1.1.3 防盗报警器的分类 （1）报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测 器、被动式红外/微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、 超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测 器、
9、视频运动检测报警器、声音探测器等许多种类。 （2）报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测 器。 （3）报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警 探测器、面控报警探测器和空间防范报警探测器。 （4）防盗探测器是否采用电源分类可分为无源和有源两种。 （5）从防盗探测器与报警主机（后端处理器）的连接方式可分有线与无 线。 除了以上区分以外，还有其他方式的划分。在实际应用中，根据使用情 况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同的安全防范要 求。报警探测器作为传感探测装置，用来探测入侵者的入侵行为及各种异常 情况。在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要
10、安全防范的场所很多。这 些场所根据实际情况也有各种各样的安全防范目的和要求。因此，就需要各 种各样的报警探测器，以满足不同的安全防范要求 第 4 页 共 41 页 1.1.4 防盗报警器的发展前景与趋势 随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复 杂，因此作为社会的基本单元“安全防范问题就显得尤为重要”。传统的机 械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些明显的问题，如： （1）影响楼房美观，市容整洁；（2）影响火灾救援通道；（3）给犯罪分子 提供了便利的翻越条件；（4）时间久了会有高空坠物的危险；（5）压抑人 性自由。 所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应
11、运而生，并日益受到广 泛的重视和运用。另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别 制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信 息管理、物业管理和信息网络等系统。因此，小区安全防范系统建设已逐渐 纳入许多小区建设的必备项目中。 数字化、无线化、集成化是防盗报警系统的技术发展趋势。不难发现防 盗报警的技术发展趋势： （1）更稳定/可靠：如探测器需可抗 RFI/EMI、防雷电等，以适应恶劣气 候； （2）更多样的功能：如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等； （3）更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室内装潢需求； （4）更智能化的设计：方便地设/撤防，人性化的
12、操作界面； （5）更强大的联网功能； （6）更方便的扩展性。 上述发展趋势，都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础 上 4。 1.2 设计要求与研究内容 1.2.1 设计要求 现时社会治安问题严峻，各种入室抢窃、偷盗事件时有发生，治安问题 更加突出。为了防护自己，越来越多的家庭采用智能防盗报警产品。防盗报 警系统是利用探测器装置对建筑物内外重要地点和区域进行布防，探测。当 第 5 页 共 41 页 探测器探测到非法入侵，报警器工作状态变为报警状态，产生报警声。本论 文的目的就是设计出一种符合上述要求的防盗拨号报警系统。本文所研制的 报警器的功能要求如下: （1） 应用场合：家庭防盗报
13、警，可实现非法入侵报警； （2） 采用热释电红外传感器，一旦发现有人入室行窃，应发出声、光报 警，并能显示出出事地点； （3） 预留相应接口，以适应家用电器联网的需求； （4） 220V AC供电； （5） 成本控制在适合家用。 1.2.2 研究内容 本课题需要研究的内容主要有以下几个方面： 1.根据系统功能要求并且考虑产品的性价比，进行系统的整体方案设计。 该方案采用模块化设计方法，以方便系统的调试和用户的使用。 2.系统硬件设计。包括芯片的选型、所选芯片的功能、芯片外围电路的 合理设计。主要内容有单片机的选择、主机电路的设计、传感器的选择、报 警电路的设计。 下面分3章从系统涉及的相关技术
14、、系统的硬件设计、系统的软件设计对 本课题做详细的介绍。 2 总体方案设计 现在市场上有各种各样的报警器，通过对它们进行分析比较，根据产品 的功能要求和产品的性价比，决定采取由单片机为主要技术进行总体方案设 计。 第 6 页 共 41 页 2.1 系统的功能要求 根据实际要求，本毕业设计课题技术要求： （1）应用场合：家庭防盗报警； （2）采用热释电红外传感器，一旦发现有人入室行窃，应发出声、光报警， 并能显示出出事地点； （3）预留相应接口，以适应家用电器联网的需求； （4）220V AC 供电； （5）成本应控制在适合家用。 2.2 总体设计方案 智能住宅安防报警系统开发设计方案是参照国内
15、外相关技术的发展状况， 根据我国住宅建设的实际情况，为满足新时期居民的居住要求，并充分考虑 其经济性和可靠性。 系统组成框图如图 2.1 所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为 以下功能模块：电源电路，热释电红外传感器电路、警铃电路、数码管显示 电路、TC35 通信电路等。 A T 8 9 S 5 2 单片机 RS232 串口 通信 T C 3 5 模块 电源 LED 蜂鸣器 SIM 卡 后备电源 GSM 网络 GSM 网络 短消息服 务中心用户手机 红外传感器 红外探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房，卧室等， 当系统开机时，一旦有人入侵，与之相应的报警探测器立即向用户端自
16、动报 警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认 无误后，进行处理，同时显示入侵的地点，并做出相应的提醒。 图 2.1 系统组成框图 第 7 页 共 41 页 2.3 系统相关技术 本系统主要有电源电路，热释电红外传感器电路、警铃电路、数码管显 示电路、TC35 通信电路等部分组成。下面我们将简要介绍单片机技术，传感 器技术和 GSM 技术等。 2.3.1 单片机技术 1.单片机的特点 所谓单片机就是一块芯片上集成了 CPU、ROM、RAM、定时/计数器和多种 I/O 接口电路等而具有一定规模的微型计算机。单片机与通用微型计算机相比 较，它在硬件结构、指令设置上均有其独
17、到之处，主要特点如下： (1)单片机中的存储器 ROM 和 RAM 是严格分工的。ROM 为程序存储器，只 存放程序、常数及数据表格。而 RAM 则为数据存储器，用作工作区及存放变 量。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空 间，把已调试好的程序固化在 ROM 中，而把少量的随机数据存放在 RAM 中， 这样，小容量数据存储器能以高速 RAM 形式集成在单片机内，以加快单片机 的执行速度。但单片机上 RAM 是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓 冲存储器（Cache）用。 (2)采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能 力要优于同等级的 CPU，
18、特别是单片机具有很强的位处理能力。单片机的运行 速度也较高。 (3)单片机的 I/O 引脚通常是多功能的。由于单片机机芯上引脚有限，为 了解决实际引脚和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引 脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。 (4)系列齐全，功能扩展性强。单片机具有内部掩膜 ROM、内部 EPROM 和 外接 ROM 等形式，并可方便的扩展外部的 RAM、ROM 及 I/O 接口，与许多通用 的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。 (5)单片机的功能是通用的。单片机虽然主要是作控制器用，但是功能上 还是通用的，可以像一般微处理器那样广泛地应用在
19、各个方面。 第 8 页 共 41 页 2.单片机的应用 单片机在控制应用领域中，有如下几方面的优点： (1)体积小、成本低、运用灵活、易于产品化，它能方便地组成各种智能 化的控制设备和仪器，做到机电仪一体化； (2)面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获 得最佳的性能价格比； (3)抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工 作，这是其他机种无法比拟的； (4)可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统得效率和可靠性 大为提高。 单片机的应用范围十分广泛，下面仅列举一些典型的应用领域。 (1)工业控制：数控机床，温度控制，可编程顺序控制，电机控制，工
20、业 机器人，智能传感器。离散与连续过程控制； (2)仪器仪表：智能仪器，医疗器械，液体和气体色谱仪，数字示波器； (3)电讯技术：调制解调器，声象处理，数字滤波，智能线路运行控制； (4)办公自动化和计算机外部设备：图形终端机，传真机，复印机，绘图 仪，磁盘/磁带机，智能终端机； (5)导航与控制：导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导航系统； (6)汽车与节能：点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，最佳燃 料控制，计费器，交通控制； (7)商用产品：自动售货机，电子收款机，电子秤，银行计统机； (8)家用电器：微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机 5。 3.AT89S52 的特点
21、AT89S52 作为普通 51 单片机已与广泛应用于各种产品中，其接口简单， 方便使用，且功能强大，因此本系统采用 AT89S52 单片机作为主控制芯片。 AT89S52 的功能特性描述：AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控 制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性 存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许 程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 第 9 页 共 41 页 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系
22、统提 供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，两个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振 及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持两种软件可选 择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、 中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一 切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 下面我们介绍一下 AT89S52 的引脚，AT89S52 引脚排列
23、如图 2.2 所示，各 引脚的功能如下： 引 脚 结 构 第 10 页 共 41 页 图2.2 AT89S52引脚排列图 VCC：供电电压。 GND：接地。 PO口：PO口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当 P1口的管脚第一次写l时，被定义为高阻输入。PO能够用于外部程序数据存储 器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，PO口作为原码输 入口，当FLASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向1/O口，P1口缓冲器能接 收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P
24、1口 被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编 程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向1/O口，P2口缓冲器可接收， 输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作 为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器 进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉 优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存 器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高
25、八位地址信号和控制信号。 第 11 页 共 41 页 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向1/O口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为 输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如下为管脚的备选功能： P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INTO(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 TO(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P
26、3.7 /RD(外部数据存储器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高 电平时间。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出 6。 2.3.2 热释电红外传感器技术 现在有关家庭防盗的传感器非常多，有人体热释电传感器、门磁传感器、 振动位移传感器、红外线反射开关无线探头、门把手人体接近感应传感器、 雷达波人体检测无线探头等等。本系统考虑到不仅要满足可靠探测的需要， 而且还需经济实用和安装操作简便，所以选用了人体热释电红外传感器完成 防盗监测。当盗贼企图从门
27、窗进入室内时，人体热释电传感器能检测到人体 移动的红外信号。 热释电红外传感器是一种新型的利用红外辐射热效应的原理进行工作的 探测器，其原理是利用热释电晶体材料自发极化强度随温度变化所产生的热 释电效应。晶体受辐射照射时，由于温度的改变使自发极化强度发生变化， 结果在垂直于自发极化方向两个外表面之间出现感应电压，利用这个感应电 压的变化可以测量光辐射的能量。因为热释电传感器的电信号正比于传感器 第 12 页 共 41 页 温度随时间的变化率，不像其他热传感器需要有个热平衡的过程，所以其响 应速度比其他热传感器快很多。而且它的光谱响应范围宽，在室温下工作无 需致冷，使用方便，因此本课题中的红外传
28、感器选用的就是热释电传感器 78 。 1.热释电效应 由于热释电晶体自然存在时，内部会产生固有的自发电极化，通常情况 下这类晶体并体并不显出外电场，因为对导体来说，这种自极化的自由电荷 分布将与内电矩相抵消；对绝缘体来说，极化引起的表面电荷会吸引杂散电 荷趋附到晶体表面从而使得二者中和掉。当晶体的温度发生变化时，晶体的 自发极化强度也随之改变，在与极化强度方向垂直的晶体表面就会产生热释 电电荷，如果晶体的温度变化足够快，内部的或外界的电荷来不及补偿中和 热释电电荷，这时会显出电场。这种晶体随温度变化而产生电荷的现象就是 热释电效应 910 。 2.热释电红外传感器结构及工作原理 热释电红外传感
29、器系统主要有光学系统、热释电红外探测头、信号滤波 和放大、信号处理电路等几部分组成。其组成框图如下图所示： 菲涅尔透镜 热释电红外传感器 放大电路 比较器 电源 红外热释电处理芯片BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制 器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路， 具有较高性能的传感信号处理能力，它配以热释电红外传感器和少量外围元 器件构成被动式热释电红外开关，能自动快速开启报警装置。由于红外热释 电传感器只对不断快速变化的红外信号才敏感，而自然界的红外信号一般都 是缓慢变化或者是不变的，因此探头部分需要一个能对红外辐射进行调制的 装置，本课题所使用的菲涅尔
30、透镜。由于菲涅尔透镜采用了特殊的光学透镜 组合，因此能在探测器前方产生一个交变的场区，即产生了一个交替变化的 图2.3 热释电红外传感器系统组成框图 第 13 页 共 41 页 “盲区”和“有效区”。这样，外部目标的红外辐射通过菲涅尔透镜照射到 敏感单元上的将会是交变的红外辐射，当这个交变的红外信号照射到探测器 晶体上面，晶体的温度会发生变化，从而引起自发极化强度的变化，晶体表 面的束缚电荷因此也会发生变化，这样就产生了一个随红外辐射变化的电信 号 1012 。 红外热释电传感器的正确安装应满足下列条件： （1）红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。 （2）红外线热释电传感器远离空调，冰
31、箱，火炉等空气温度变化敏感的地 方。 （3）红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔 离物。 (4) 红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走 动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不 要安装在有强气流活动的地方。 2.3.3 GSM 模块 目前，在国内已经开始使用的 GSM 模块有 Falcom 的 A2D 系列，Wavecom 的 WM02 系列，西门子的 TC35 系列模块，这些模块的功能、用法差别不大。 其中 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。 西 门子的 TC35 模块是西门子推出的无线模块，功
32、能丰富，设计紧凑，大大缩小 了用户产 品的体积。TC35 与 GSM 2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232 数据口、 符合 ETSI 标准 GSM0707 和 GSM0705，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，为数据、语音、短消息 和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。因此本 此课题研究选用西门子的 TC35 模块。 它主要是由射频天线、内部 F1ash、GSM 基带处理器、匹配电源和一个 40 脚的 Zip 插座组成。其中 GSM 基带处理器是核心部件，它的作用相当于一个 协议处理器
33、，用来处理外部系统通过串口发送过来的 AT 指令。射频电路部分 第 14 页 共 41 页 主要实现信号的调制与解调，实现外部射频信号与内部基带处理器之间的信 号转换，匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源，插座是提供给用 户的应用接口主要有音频接口、数据接口、SIM 卡接口、电源及其控制接口。 TC35 工作频段为双频 GSM900MHz 和 GSMl800MHz(phase 2/2+)：支持数据、 语音、短消息和传真。TC35 的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发 器，符合 ITU-T RS232 接口标准。它有固定的参数：8 位数据位和 l 位停止位， 无校验位，波特率在 3
34、00bps115kbps 之间可选，硬件握手信号用 RTSO/CTSO，软件流量控制用 XON/XOFF，CMOS 电平，支持标准的 AT 命令集。 GSM 模块提供的命令接口符合 GSM07.05 和 GSM07.07 规范。GSM07.07 中 定义的 AT Command 接口提供了一种移动台(MS)与数据终端设备(DTE)之间的 通用接口，GSM07.05 对短消息作了详细的规定。在短消息模块收到网络发来 的短消息时，能够通过串口发送指示消息，数据终端设备可以向短消息模块 发送各种命令 13。 3 报警器硬件设计 我设计红外防盗报警系统是由中央控制器、人体热释电红外传感器、 第 15
35、页 共 41 页 TC35通信模块、警铃电路及数码管显示部分组成。控制器采用单片机 AT89S52，检测部分采用红外感应芯片BISS0001，显示部分采用数码管显示和 警铃电路设计。概况起来可分信号采集端，数据处理显示，警铃电路三部分。 本文从硬件和软件两方面介绍了红外防盗报警系统，对硬件原理图和程序图 作了简洁的描述。 3.1 主机电路设计 报警器的主机采用AT89S52单片机来实现。单片机是将中央处理器(CPU)、 随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、定时/计数器及输入输出接口电路 等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型算机。 现在世界上已经有很多大公司能够生产单片机，
36、随着超大规模集成电路 的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高，相继出现了32 位和64位单片机，但根据实际系统的需要和产品的性价比，本文选用ATMEL公 司生产的8位单片机AT89S52，构成系统的主机。主机部分的电路原理图如图3.1 所示，它由复位电路、振荡电路组成。 图 3.1 主机部分原理图 3.1.1 时钟电路 AT89S52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和 XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方 式产生。内部方式的时钟电路如图3.2所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时 第 16 页 共 41 页 元件
37、，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成 的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在 530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。 外部方式的时钟电路如图3.3所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对 外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的 方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片 机使用 13。 3.1.2 复位及复位电路 1.复位操作 复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片 机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正
38、常初始化之外，当由于程序 运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重 新启动。 除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表 3-1所示。 表3-1 一些寄存器的复位状态 寄存器 复位状态 寄存器 复位状态 PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H 图 3.2 内部方式时钟电路 图 3.3 外部方式时钟电 路 第 17 页 共 41 页 DPTR 0000H TH1 00H P0-P3 FFH SCON 00H IP 000000B SBUF 不定 IE 0000
39、000B PCON 00000B TMOD 00H 2.复位信号及其产生 RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持 续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位 信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。 产生复位信号的电路逻辑如图3.4所示。 图3.4 复位信号的电路逻辑图 整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送 至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触 发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。 复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。 上电自动复位是通过
40、外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图 3.5(a)所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上 电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。 第 18 页 共 41 页 图3.5(a)上电复位 图3.5(b)按键电平复位 图3.5(c)按键脉冲复位 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过 使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图3.5(b)所示；而按键脉 冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图3.5(c)所示 14。 上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电 平持续时间大于2个机器周期。本
41、系统中采用上电自动复位，其复位电路如图 3.5(a)所示。 3.2 热释电红外传感器 本系统采用的热释电传感器成品的引脚示意图如图3.6所示，引脚功能如 下： 数字1脚：电源负极 数字2脚：信号输出，高电平有效，46V和工作电压有关 数字3脚：电源正极 DC69V W1：灵敏度调整 W2：输出延时调整 5120秒 图3.6 热释电红外传感器的引脚示意图 它的技术参数如下： 1、工作电压：DC69V 2、电平输出：和电源电压相同 3、感应角度：水平：90140 度；垂直：1530 度 4、静态电流：小于 750A 5、无信号输出：0V 6、感应距离：0.515 米 第 19 页 共 41 页 7
42、、外形尺寸：28mm38mm 高 25 毫米（最高点） 8、输出电平：46V 与工作电压有关 9、工作时间：可调 5-120 秒范围 当探测器检测到异常的情况，由 2 脚输出一个高电平，发送到单片机上， 单片机做出报警处理。 3.3 TC35 短信息收发模块 GSM 模块选用德国西门子公司的 TC35 模块，通过标准 AT 指令控制。 GSM 无线通信模块 TC35 具有语音、数据呼叫、短消息等许多功能，本系统主 要采用 GSM 模块 TC35 的短消息接收和发送功能。基于 AT89S52 与 GSM 的短 消息收发系统的组成框图如图 3.7 所示 。 计算机 MCU GSM 模块 Mobil
43、e 图 3.7 系统组成框图 该系统主要有两个通信模块 AT89S52 与 GSM 通信模块 TC35 ，实现 MCU 与 GSM 模块之间的有线数据传输；GSM 与手机通信模块，实现 GSM 模块与手 机之间的无线数据传输。 本设计采用 PC 机处理数据，通过单片机转发给 TC35。GSM 通信模块 TC35 是利用串口进行数据传输的，所以就可以使用 AT89S52 的串口和它直接进行 数据传输，MAX232 是完成电平转换的功能。设计电路框图如图 2 所示 。 TC35 AT89S52 MAX232 PC 图 3.8 系统设计框图 TC35 模块的正常运行需要相应的外围电路与其配合。TC3
44、5 共有 40 个引 脚，通过 ZIF 连接器分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、语 音通信电路、SIM 卡电路、指示灯电路等连接。 TC35 主要由 GSM 基带处理器、GSM 无线模块、电源模块、闪存、ZIF 连 接器、天线接口 6 部分组成，共有 40 个引脚，通过一个 ZIF 连接器引出。这 第 20 页 共 41 页 40 个引脚可以划分为 5 类，即电源、数据输入输出、SIM 卡、音频接口和 控制。第 114 脚为电源部分，其中 15 为电源电压输入端 Vbatt +，610 为电源地 GND，11、12 充电引脚，13 对外输出电压(外电路使用)， 14 为 ACCUT
45、EMP 接负温度系数的热敏电阻；15、30、31 和 32 脚为控制部分； 1623 为数据输入输出；2429 为 SIM 卡引脚；3340 为语音接口用来 接电话手柄 15。TC35 模块及其外围设计电路图见图 3 图 3.9 TC35 模块及其外围设计电路 3.4 电平转换芯片 MAX232 MAX232 产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容 RS232 标准的芯片。 该器件包含 2 驱动器、2 接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电 平。 内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6 脚和 4 只电容构成。功能是产生+12v 和
46、-12v 两个电源，提 供给 RS-232 串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 脚构成两个数据通道。其中 13 脚（R1IN） 、12 脚（R1OUT） 、11 脚（T1IN） 、14 脚（T1OUT）为第一数据通道。8 脚（R2IN） 、 9 脚（R2OUT） 、10 脚（T2IN） 、7 脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS 数 据从 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232 数据从 T1OUT、T2OUT 送到电脑 DP9 插头； DP9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据
47、后从 第 21 页 共 41 页 R1OUT、R2OUT 输出。第三部分是供电。15 脚 DNG、16 脚 VCC（+5v） 16。 单片机与计算机串口通信电路串行端口的本质功能是作为 CPU 和串行设 备间的编码转换器。当数据从 CPU 经过串行端口发送出去时，字节数据转换 为串行的位。在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。由于计算机串口 输出电平是 15V，单片机是 5V，所以单片机与 PC 机的通信需要进行电平转换。 电平转换电路很简单,只要在单片机和计算机串口之间接个电平转换 MAX232。 串口通信电路如图 3.10 所示 图 3.10 串口通信电路 3.5 蜂鸣器电路 本系统的蜂
48、鸣器报警电路如图3.11所示，蜂鸣器用一个三极管0913来驱 动。单片机引脚P3.4接0913的基极输入端。当P3.4输出高电平1时，三极管导 通，蜂鸣器两端获得约+5V的电压而鸣叫；当P3.4输出低电平0时，三极管截 止，蜂鸣器停止发声。 第 22 页 共 41 页 图3.11 蜂鸣器电路 3.6 数码管显示电路 本系统的显示电路采用的是数码管显示电路，数码管显示器由于其成本 低，配置灵活，与单片机接口简单，广泛应用于单片机应用系统中。下面介 绍其工作原理及与单片机的接口电路。 3.6.1 数码管的工作原理 LED 数码显示器是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相 应的点或线段发
49、光，将这些二极管排成一定图形，控制不同组合的二极管导 通，就可以显示出不同的字形。单片机应用系统中常用的 LED 显示器为七段 显示器，再加上有一个小数点，因此也可把它称为八段显示器。结构形式有 共阴极和共阳极两种，它的结构图如图 3.12 所示。共阴极是把所有发光二极 管的阴极连起来，通常接地，通过控制每一只发光二极管的阳极电平来使其 发光或熄灭，阳极为高电平发光，为低电乎熄灭，如图 3.12（a）所示；共阳 极是把所有发光二极管的阳极连起来，通常为高电平(如+5v)，通过控制每一 只发光二极管的阴极电平来使其发光或熄灭，阴极为低电平发光，为高电平 熄灭，如图 3.12（b） 。图 3.12（c）当中的 com 端在应用时作为位选端，8 只 发光二极管被分成两组，所以有两个 com 端，在使用时把它们并联起来。 在图中的电阻并非是数码管内部就有的电阻，它们是需外接的限流电阻， 第 23 页 共 41 页 如果不限流将造成发光二极管的烧毁。限流电阻的取值一般使流经发光二极 管的电流在 10-20mA，由于高亮度数码管的使用，电流还可以取得
