智能家居報警系統(tǒng)設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)設(shè)計報告

四川師范大學(xué)成都學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)設(shè)計報告前言以智能中控主機為核心，采用國際領(lǐng)先的室內(nèi)無線組網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)門禁、空調(diào)、地暖、燈光、熱水器、家庭影院、窗簾、各類報警器等家庭電子設(shè)備與控制主機之間的通訊組網(wǎng)，用戶可以通過手機、座機、遙控面板以及互聯(lián)網(wǎng)通信終端等方式，一鍵搞定所有家電設(shè)備，隨時了解家中的實時信息，遠(yuǎn)程完成對家里各項設(shè)備的控制。只要手指輕輕一觸，家里所有電器都可以通過用手機平板電腦或者遙控面板一鍵操控，輕松對家居中的燈光、電視、空調(diào)、窗簾、攝像頭等進行實時查看與控制，讓你提前享受未來生活，一切變化盡在你的指尖！1.總體設(shè)計方案1.1 基于GSM安全系統(tǒng)簡介GSM安全系統(tǒng)是基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控報警技術(shù)，徹底解決了普通防盜器、監(jiān)控器無法解決的遠(yuǎn)程報警和易于破解的難題。利用通信加密技術(shù)，讓用戶的家居安全無憂，是繼單向防盜器、雙向防盜器后的新一代防盜產(chǎn)品。GSM智能防盜器，是利用最新材料技術(shù)、最新信息技術(shù)、最新人工智能設(shè)計讓防盜器具備智慧靈魂，使人與財產(chǎn)的安全保障突破時空限制。在性能上必須要在各種情況條件下的高可靠性，在功能上必須既要讓用戶有不可破解的最高安全等級，又要讓用戶操作方便，甚至系統(tǒng)為用戶自動服務(wù)。GSM網(wǎng)絡(luò)智能防盜器符合全能的防盜技術(shù)特點：及時通知：全球范圍最高安全：杜絕解碼操作方便：手動自動實用功能：防盜防火GSM防盜被喻為繼第一代機械鎖，第二代電子式防盜鎖，第三代芯片式數(shù)碼防盜器，第四代GPS防盜之后的第五代防盜器。本系統(tǒng)充分運用GSM移動通訊網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合數(shù)字通訊技術(shù)，實現(xiàn)對家居進行狀態(tài)監(jiān)控、調(diào)度、防盜報警、防火報警等功能。GSM網(wǎng)絡(luò)防盜主要是突破了無距離的限制。無服務(wù)費、無月租、房屋遇到入侵，5秒鐘通知到戶主，戶主可以第一時間制止盜竊行為的發(fā)生，防止火災(zāi)蔓延。1.2 基于GSM安全系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢城市規(guī)模迅速擴大，外來人口大量涌入，使本來就復(fù)雜的城市管理更加復(fù)雜。家庭被盜，住戶被搶，常有發(fā)生。對此，公安部門雖作了大量投入，仍不盡人意。其原因大體是：（1）有的家庭被盜，損失數(shù)目極少，公安部門沒有用常規(guī)的方法立案偵察。（2）有的住戶雖然損失嚴(yán)重，但法律意識淺薄，不能將當(dāng)時的情況和線索作一個明確的表述，自然增加了破案難度。（3）作案人詭計多端，狡猾、飄忽不定，沒有固定的著落和去處。（4）公安部門時時有很多大案要案要辦，使破案周期變長，破案率下降。綜上所述，GSM家庭防盜系統(tǒng)是一個尖端科技的安防產(chǎn)品，性能可靠操作簡單，具有深遠(yuǎn)的發(fā)展意義。2.設(shè)計正文隨著生活水平的提高，提別是物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對自己的個人安全和家庭財產(chǎn)安全越來越重視，安全已成為一種市場需求；同時經(jīng)濟的飛速發(fā)展伴隨著城市流動人口的急劇增加，給家庭防控增加了新的難題和提出了新的課題，傳統(tǒng)的人防物防的形式已難以適應(yīng)社會形式發(fā)展的需求?？茖W(xué)技術(shù)的進步和普遍應(yīng)用，進一步同動了智能化家庭的建設(shè)步伐，家庭安全技術(shù)防范系統(tǒng)已經(jīng)從本地向遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展，從社會的周邊防范向家庭內(nèi)部防控逐漸靠攏，家庭防盜報警系統(tǒng)在人們對美好生活的追求中迅速崛起。一個完善的職能家庭，具有便捷、安全、舒適、高檔的生活環(huán)境，確保每一個家庭住戶的聲明財產(chǎn)安全，是建設(shè)本系統(tǒng)的最大意義和根本目的。GSM模塊將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。因此，GSM模塊具有發(fā)送SMS短信，語音通話，GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)然贕SM網(wǎng)絡(luò)進行通信的所有基本功能。簡單來講，GSM模塊加上鍵盤、顯示屏和電池，就是一部手機。目前，GSM模塊依然在廣泛的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域使用，在更行各業(yè)都能看到GSM模塊應(yīng)用的產(chǎn)品。例如，在車載監(jiān)控領(lǐng)域，使用GSM模塊將車輛行駛的GPS數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕v管理中心；在電力、水務(wù)系統(tǒng)，通過GSM模塊實現(xiàn)了遠(yuǎn)程智能抄表，可以實時監(jiān)控用戶的用電和用水量；在測繪行業(yè)，為很多偏僻的測繪點安裝了GSM模塊實現(xiàn)了實時的監(jiān)控，不必再人工收集數(shù)據(jù)；在家庭，可以安裝無線報警系統(tǒng)，一旦發(fā)生火情或盜竊行為，可以立即通知戶主和報警；在國外，很多老人小孩帶了個人跟蹤器，防止老人和小孩走失或意外發(fā)生，里面也是集成了GSM模塊?？梢哉f，隨著GSM的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的完善，GSM模塊的應(yīng)用范圍也越來越廣。通過手機終端接收報警短信，并且可以發(fā)送命令短信異地遙控系統(tǒng)實現(xiàn)各種操作。利用各種傳感器對可能出現(xiàn)的煤氣泄露、火災(zāi)、家中門窗被打開并有人闖入等意外情況進行，并通過短信發(fā)送特定報警信息于預(yù)先設(shè)定好的手機號碼，通知事主做出相應(yīng)措施。通過GSM 網(wǎng)絡(luò)，即使遠(yuǎn)在千里之外也能對家中發(fā)生的各種突發(fā)意外情況了如指掌，使生活更安全更智能。 2.1 基于GSM的安全系統(tǒng)簡介GSM安全系統(tǒng)是基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控報警技術(shù)，徹底解決了普通防盜器、監(jiān)控器無法解決的遠(yuǎn)程報警和易于破解的難題。利用通信加密技術(shù)，讓用戶的家居安全無憂，是繼單向防盜器、雙向防盜器后的新一代防盜產(chǎn)品。GSM智能防盜器，是利用最新材料技術(shù)、最新信息技術(shù)、最新人工智能設(shè)計讓防盜器具備智慧靈魂，使人與財產(chǎn)的安全保障突破時空限制。在性能上必須要在各種情況條件下的高可靠性，在功能上必須既要讓用戶有不可破解的最高安全等級，又要讓用戶操作方便，甚至系統(tǒng)為用戶自動服務(wù)，系統(tǒng)設(shè)計如圖1圖1 系統(tǒng)設(shè)計圖2.1 單片機控制模塊單片機控制模塊主要采用STC89C52單片機作為主控制芯片。STC89C52作為普通51單片機已廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品中，其接口簡單，方便使用，且功能強大。 STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。其引腳圖如圖2所示。圖2 STC89C52引腳圖2.2 傳感器模塊傳感器模塊主要由紅外傳感式集發(fā)射接收于一體的ITR9909。這是一種光電開關(guān)。光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進行探測。2.3 GSM模塊GSM模塊主要采用SIEMENS公司的TC35模塊，通過串口接入電路與單片機控制模塊相連，主要負(fù)責(zé)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離報警的功能。采用GSM的短信功能，可以使某些控制達(dá)到“零距離”。由于短信息的費用低廉，可以取代傳統(tǒng)的無線遙控。因此本系統(tǒng)采用單片機控制GSM模塊發(fā)送GSM短信，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離報警的功能。TC35模塊是SIEMENS公司為嵌入式設(shè)備設(shè)計的GSM雙頻通訊核心模塊，TC35T內(nèi)含TC35/SIM卡座/電源/天線/RS232接口，是可獨立使用的通訊終端。TC35支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集，通過AT指令可實現(xiàn)發(fā)送短信功能。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4K、4.8K、9.6K的非透明模式。TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR和EFR語音信道編碼。設(shè)置以下AT指令，GSM模塊可以發(fā)送短消息：AT+CMGF=1回車(采用文本格式發(fā)送，如用PDU格式，則AT+CMGF=0)AT+CMGS=“+8613xxxxxxxxx”回車>輸入短消息。Crtl+Z結(jié)束并發(fā)送。2.4 存儲器模塊為了實現(xiàn)對密碼的存儲，防止不法分子切斷電源造成密碼丟失，本系統(tǒng)采用了AT24C02存儲器對密碼進行存儲。AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM，內(nèi)部含有256個8位字節(jié)。內(nèi)部有一個16字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過I2C總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。AT24C02支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。I2C總線協(xié)議規(guī)定，任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式。 AT24C02通過8個引腳實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲功能，其引腳圖如下圖3所示。圖3AT24C02引腳圖2.5 液晶鍵盤模塊液晶鍵盤模塊主要由4*4矩陣鍵盤和LCD1602液晶顯示器組成。4*4矩陣鍵盤主要提供用戶操作輸入功能，是實現(xiàn)人機通信的主要控制部分；LCD1602液晶顯示器主要負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)信息，協(xié)助用戶操作系統(tǒng)。下面分別簡單介紹矩陣鍵盤和LCD1602液晶顯示器的性能和工作原理。2.5.1 LCD1602液晶顯示器LCD1602是一種字符型液晶顯示模塊，是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式的LCD。該液晶顯示器使用方便，功耗小，因此本系統(tǒng)采用LCD1602作為系統(tǒng)的顯示部分。LCD1602包括4種工作狀態(tài)，通過MCU設(shè)置RS、RW和E值，可使液晶工作在不同的狀態(tài)。讀狀態(tài)：輸入：RS0，RW1，E1輸出：D0D7狀態(tài)字寫指令：輸入：RS0，RW0，D0D7=指令碼，E高脈沖輸出：無讀數(shù)據(jù)：輸入：RS1，RW1，E1輸出：D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)：輸入：RS0，RW1，E1輸出：無2.5.2 4*4矩陣鍵盤在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，從而節(jié)省I/O資源，因此在本設(shè)計中采用4*4矩陣鍵盤。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V上。當(dāng)無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，因此可分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高4位是行號，低4位是列號。編碼相互轉(zhuǎn)換可通過計算或查表的方法實現(xiàn)。3.硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計系統(tǒng)硬件電路主要由單片機控制模塊電路、報警模塊電路、GSM模塊電路、存儲器模塊電路、液晶鍵盤模塊電路和傳感器模塊電路組成。系統(tǒng)硬件電路如圖4所示。圖4 系統(tǒng)電路圖3.2 單片機控制模塊電路設(shè)計單片機電路主要包括晶振電路、復(fù)位電路、P0口的上拉電阻等組成，電路如圖7所示。接口P3為單片機P0引腳的上拉電阻，接口P2為矩陣鍵盤的接入口。在晶振電路中，晶振頻率選為11.0592MHz，原因是使初值為整數(shù)，從而產(chǎn)生精確的波特率，如圖5 圖5 單片機控制模塊電路圖3.3 傳感器模塊電路設(shè)計在本設(shè)計中，為了提高傳感器的精確度和方便性，傳感器都通過引線連接到相應(yīng)的接口上，而非直接焊接到電路板上。由于傳感器的信號為弱電平信號，容易造成單片機的誤操作。為保證系統(tǒng)具有較高的靈敏度，故加入由LM324組成的放大電路，電路如圖8所示。接口P6為煙霧傳感器的接口；接口P7為人體感應(yīng)傳感器的接口。通過分別調(diào)整可變電阻R2和R7，可以改變煙霧傳感器和人體感應(yīng)傳感器信號的放大倍數(shù)。由于單片機的中斷方式為低電平中斷，所以經(jīng)放大器放大后的信號要先接入反相器，才能再連接到單片機的中斷引腳上如圖6。圖6 傳感器模塊電路圖3.4 報警模塊電路設(shè)計由于單片機STC89C52提供的工作電流只有20mA，而蜂鳴器正常工作電流一般比較大，片機的I/O口是無法直接驅(qū)動的，因此需要一個外部的驅(qū)動電路，提供正常工作所需要的電流。報警模塊電路圖如圖7所示，在該電路中，speaker連接在單片機引腳上，接口P4為蜂鳴器，晶體管工作在飽和狀態(tài)，相當(dāng)于一個開關(guān)。圖7 報警模塊電路圖3.5 GSM模塊接口電路設(shè)計GSM模塊的工作主要由單片機通過串口將AT指令發(fā)送到GSM模塊。串口電路主要由芯片MAX232進行電平轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)串口電壓與單片機電壓的轉(zhuǎn)換，確保雙方可以相互通信，電路如圖8所示。單片機的TXD引腳接到MAX232的T2IN引腳，單片機的RXD引腳接到MAX232的T2OUT引腳。圖8GSM模塊接口電路圖3.6 存儲器模塊電路設(shè)計存儲器模塊電路主要由芯片AT24C02構(gòu)成，存儲器模塊電路圖如圖9所示。在本設(shè)計中，只有一個AT24C02被總線尋址這三個地址，故輸入腳A0 A1 A2 可懸空或連接到Vss。串行時鐘SCL和串行數(shù)據(jù)/地址引腳SDA分別接到單片機引腳P3.6和P3.7上，通過單片機編程控制存儲器的讀寫。圖9存儲器模塊電路圖3.7 液晶模塊電路設(shè)計液晶模塊電路如圖10所示?？烧{(diào)電阻R1調(diào)節(jié)液晶偏壓，RS、RW和EN分別接到單片機的P0.5、P0.6、P0.7引腳，通過單片機按相應(yīng)時序編程控制液晶顯示。Data0Data7為液晶數(shù)據(jù)位，接到單片機P2引腳。圖10 液晶模塊電路圖3.8 PCB板設(shè)計在本設(shè)計中，硬件部分采用PCB板制作。首先，利用Protel DXP軟件繪制電路圖并生成PCB板，利用人工布局，對PCB圖進行布線。如果使用自動布線，很容易出現(xiàn)飛線或者布線錯誤。所以在布線時，應(yīng)該先使用自動布線，然后再手動布線，對部分線路進行修改。在布線過程中，調(diào)整元器件的位置和方向，可以改善電路板布線，減少飛線。生成的PCB圖如圖11所示。圖11 PCB板圖焊接時，需要特別注意避免造成短路。相距很近的引線要用萬用表測量是否存在通路，若通過可能會造成短路等嚴(yán)重的后果。電器元件焊接中應(yīng)避免燙壞元件。4.軟件設(shè)計該系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能是：輸入密碼，密碼正確則進入系統(tǒng)。當(dāng)輸入密碼錯誤次數(shù)小于3次時，可以重新輸入。當(dāng)錯誤次數(shù)達(dá)到3次，系統(tǒng)便進入自鎖狀態(tài)并通過GSM發(fā)送短信通知用戶。成功進入系統(tǒng)后可以選擇不同的功能：開門、修改系統(tǒng)密碼和開啟報警系統(tǒng)。選擇開門功能。則開門的指示燈會亮。選擇修改系統(tǒng)密碼功能，則按照系統(tǒng)指引輸入舊密碼、新密碼和重復(fù)新密碼。若輸入的密碼都正確，則修改密碼成功。若輸入的密碼錯誤，則需要重新輸入，當(dāng)錯誤次數(shù)達(dá)到3次時，系統(tǒng)也會進入自鎖狀態(tài)和通過GSM發(fā)送短信通知用戶。選擇開啟報警功能，煙霧傳感器和紅外熱釋能傳感器便開始工作，一旦檢測到信號，報警音響并通過GSM發(fā)送短信通知用戶。若需要關(guān)閉報警功能，只要按關(guān)閉報警的按鍵，并正確輸入密碼后，報警功能就會關(guān)閉。主程序流程圖如圖17所示。4.1 傳感器模塊軟件設(shè)計在本系統(tǒng)中，LCD1602液晶顯示是通過調(diào)用void display(uchar pos,uchar *q)函數(shù)實現(xiàn)的，其流程圖如圖12所示。在void display(uchar pos,uchar *q)函數(shù)中，pos是寫入的位置，q指向要寫入的數(shù)據(jù)所在的數(shù)組。該函數(shù)主要調(diào)用lcd_wcmd()，lcd_pos()兩個函數(shù)，先寫顯示地址，后寫顯示數(shù)據(jù)。單片機P2口接LCD1602的數(shù)據(jù)引腳，P05、P06、P07分別接LCD1602的RS、RW、EP引腳，通過單片機控制液晶顯示圖12 流程圖在本系統(tǒng)中，鍵盤的軟件實現(xiàn)通過分時掃描、鍵盤編碼的形式來實現(xiàn)，其流程圖如圖13所示。P1口低4位作為鍵盤的行，高4位作為鍵盤的列。P1口低4位先循環(huán)輸出0，單片機掃描P1口高4位。如果有鍵按下，P1口高4位不會全為1。如果讀取不到P1口的值，比如是干擾，則不做鍵值處理，返回繼續(xù)循環(huán)下次。圖13主程序流程圖4.2 GSM模塊軟件設(shè)計在本系統(tǒng)中，GSM模塊軟件設(shè)計是通過串口發(fā)送AT指令給GSM模塊來實現(xiàn)發(fā)送短信的功能，其流程圖如圖14所示。首先串口發(fā)送字符串“AT+CMGF=1r”給GSM模塊，設(shè)置短信為TXT模式；然后發(fā)送“AT+CMGS=13760727792r”，設(shè)置收信方的手機號碼；接著將待發(fā)送短信的內(nèi)容發(fā)給GSM模塊；最后發(fā)送十六進制的0x1A（回車）確認(rèn)發(fā)送，這樣就能通過GSM模塊最終實現(xiàn)報警通知用戶的功能。程序見附錄。圖14 短信發(fā)送流程圖在GSM模塊和單片機的串行通信中，選用定時器T1在工作方式2設(shè)定波特率為9600，其初值計算公式如下：已知為11.00592MHz，設(shè)波特率控制位SMOD=0，則有故在程序設(shè)計時，定時器初值設(shè)置為0xFD。4.3 存儲器模塊軟件設(shè)計在本系統(tǒng)中，AT24C02的存儲功能主要是通過I2C總線來實現(xiàn)串行讀寫，其流程圖如圖15所示。I2C總線在寫入和讀取一個8位二進制數(shù)時，總是高位在前低位在后。在讀函數(shù)_24C02Read(unsigned char l_address)中，先向I2C總線發(fā)出讀取24C02的寫地址，在完成I2C串口協(xié)議后，寫入24C02的讀地址，再讀取存儲器對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)。在寫函數(shù)_24C02Write(unsigned char dat，unsigned char l_address)中，先向總線發(fā)出寫24C02的地址，在完成I2C串口協(xié)議后，寫入24C02的寫地址，然后寫入數(shù)據(jù)。程序見附錄。圖15 AT24C02讀寫流程圖4.4 液晶鍵盤模塊軟件設(shè)計在本系統(tǒng)中，LCD1602液晶顯示是通過調(diào)用void display(uchar pos,uchar *q)函數(shù)實現(xiàn)的，其流程圖如圖16所示。在void display(uchar pos,uchar *q)函數(shù)中，pos是寫入的位置，q指向要寫入的數(shù)據(jù)所在的數(shù)組。該函數(shù)主要調(diào)用lcd_wcmd()，lcd_pos()兩個函數(shù)，先寫顯示地址，后寫顯示數(shù)據(jù)。單片機P2口接LCD1602的數(shù)據(jù)引腳，P05、P06、P07分別接LCD1602的RS、RW、EP引腳，通過單片機控制液晶顯示。程序見附錄。圖16 LCD1602顯示流程圖在本系統(tǒng)中，鍵盤的軟件實現(xiàn)通過分時掃描、鍵盤編碼的形式來實現(xiàn)，其流程圖如圖17所示。P1口低4位作為鍵盤的行，高4位作為鍵盤的列。P1口低4位先循環(huán)輸出0，單片機掃描P1口高4位。如果有鍵按下，P1口高4位不會全為1。讀取P1口的值，查表獲得相應(yīng)的16進制值存放l_key變量中，退出循環(huán)。如果讀取不到P1口的值，比如是干擾，則不做鍵值處理，返回繼續(xù)循環(huán)下次。程序見附錄。圖17 鍵盤掃描流程圖4.5 密碼鎖軟件設(shè)計在本系統(tǒng)中，密碼鎖的軟件實現(xiàn)是通過比較輸入密碼值和實際密碼值是否一樣來進行的，其流程圖如圖18所示。如果密碼正確，則進入下一步操作。如果密碼錯誤，則需要重新輸入密碼，直到密碼正確為止。每輸錯一次密碼，錯誤次數(shù)記錄變量times就會加1。一旦times增加到3，則調(diào)用GSM程序發(fā)短信，并且系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)。程序見附錄。圖18 密碼鎖設(shè)置流程圖5.調(diào)試與結(jié)果電路板焊接成功后就可以進行調(diào)試，在調(diào)試之前，應(yīng)先將已編好的程序下載到芯片STC89C52。編寫好程序后，將文件加載到工程中，然后“build”，生成“*.hex”文件，將AT89S52芯片插到下載開發(fā)板中，然后打開下載軟件，通過它導(dǎo)入“*.hex”運行編譯，載入到芯片即可。5.1 密碼鎖調(diào)試系統(tǒng)上電后，液晶顯示“Please input the password:”字樣，如圖24所示。2秒后，系統(tǒng)進入輸入狀態(tài)，此時可通過鍵盤輸入6位密碼。在輸入狀態(tài)，當(dāng)輸入錯誤時，可通過鍵盤上的“Delect”鍵刪除錯誤位。當(dāng)輸入完成以后，按“Enter”鍵確認(rèn)輸入。若輸入的密碼正確，則進入操作系統(tǒng)，液晶顯示“Please press the function key”字樣，此時可通過按不同的功能鍵選擇不同的功能。若輸入的密碼錯誤，蜂鳴器長鳴同時液晶顯示“Error!”，如圖26所示。若錯誤次數(shù)小于3次，2秒后可重新輸入密碼。若錯誤次數(shù)達(dá)到三次，系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，液晶顯示“Try it tomorrow!”，并通過GSM模塊發(fā)送短信通知用戶，5.2 開門功能調(diào)試在進入操作系統(tǒng)后，按“Open”鍵進入開門功能。此時，開門燈亮，液晶顯示“Open the door.”。5.3 修改密碼功能調(diào)試在進入操作系統(tǒng)后，按“Change”鍵進入修改密碼功能。按照液晶指示“Input old password”，輸入舊密碼；然后提示“Input new password”，輸入新密碼；最后在提示“Input it again!”后重復(fù)輸入新密碼。若輸入的密碼都正確，則修改密碼成功，顯示“Establishes successful!”，如圖28所示。若密碼有一次錯誤，則需要從輸入舊密碼開始重新操作，當(dāng)錯誤次數(shù)達(dá)到3次時，系統(tǒng)也會進入死鎖狀態(tài)。5.4 報警功能調(diào)試在進入操作系統(tǒng)后，按“Alarm”鍵進入開啟報警功能，此時液晶顯示“System startup.”。當(dāng)煙霧傳感器檢測到煙霧時，啟動中斷程序，蜂鳴器報警，液晶顯示“Alarm!”和“On fire!”，并通過GSM發(fā)送短信通知用戶， 當(dāng)紅外熱釋能傳感器檢測到人體時，啟動中斷程序，蜂鳴器報警，液晶顯示“Alarm!”和“Steal!”，并通過GSM發(fā)送短信通知用戶。5.5 調(diào)試存在問題整個設(shè)計的難點在于調(diào)試方面，因此在調(diào)試中也遇到了很多問題，但經(jīng)過查看資料和細(xì)心分析后，最終都能順利解決。下面總結(jié)以下調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法。在制板過程中，難免會出現(xiàn)各種差錯而導(dǎo)致電路短路或斷路等現(xiàn)象。為避免此類情況的發(fā)生影響調(diào)試結(jié)果，在調(diào)試前，先用萬用表二極管檔將電路板的線路都測一下，確保電路正常。調(diào)試過程首先驗證LCD1602能否正常運行。先編寫簡單的LCD1602顯示程序，然后通過串口下載HEX格式文件到單片機。上電后，液晶只亮但沒有顯示，初步懷疑是RS、RW和E控制位設(shè)置錯誤。但通過萬用表測試控制引腳電平跳變情況，發(fā)現(xiàn)正常，故排除該可能。最后經(jīng)過反復(fù)檢查，發(fā)現(xiàn)原來是因為單片機P2引腳為倒序排列，在畫板圖時沒有留意，導(dǎo)致接錯數(shù)據(jù)引腳。采用飛線修改后，LCD1602能正常顯示。在設(shè)計程序時，考慮到存儲器AT24C02全新時存儲內(nèi)容為0，此時才寫入初始化密碼。但經(jīng)過驗證，該設(shè)想不實際，故直接寫入初始化密碼。在設(shè)計功能選擇時，采用按鍵獲得鍵值，再根據(jù)鍵值選擇不同功能函數(shù)的方式來實現(xiàn)的。在調(diào)試時，出現(xiàn)第一次按鍵有反應(yīng)，之后都沒有反應(yīng)的現(xiàn)象。經(jīng)過仔細(xì)分析后得知，在每次按鍵后，程序跳入不同功能函數(shù)時要將鍵值重設(shè)初值0xFF，否則會進入死循環(huán)。調(diào)試過程遇到的最大難題是中斷問題。剛開始時，傳感器沒有檢測到信號，但單片機卻運行中斷程序。通過萬用表測試中斷引腳，發(fā)現(xiàn)電平正常。試過更換單片機芯片和將中斷引腳接地，問題依然存在。最后使用示波器測試中斷引腳，發(fā)現(xiàn)存在干擾信號，使得單片機出現(xiàn)誤中斷現(xiàn)象。故在程序中加入延時檢測中斷信號部分后，干擾信號被排除掉，中斷正常。編程時要注意規(guī)范問題。編程過程中要注意加注釋或分割線，否則，在程序過長時容易變得很亂，不便于查找或更改。程序的結(jié)構(gòu)要設(shè)計的合理，避免上下亂調(diào)用的現(xiàn)象，這樣會使程序更加清晰化。編程前要畫流程圖，這樣會使思路清晰。此外，使用循環(huán)結(jié)構(gòu)體時要注意有退出循環(huán)體的出口，避免程序進入死循環(huán)。6.總結(jié)該設(shè)計在一定程度上解決了傳統(tǒng)機械式防盜的弊端，利用高科技將防盜報警智能化、自動化，可以減少和避免戶主的損失。由于該系統(tǒng)主要利用現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)作為承載，不需要考慮布線等因素，減少了環(huán)境因素對系統(tǒng)的影響，提高了該系統(tǒng)的可移動性。由于時間的關(guān)系和考慮到元器件的價格等因素，該設(shè)計還存在一些不足的地方。例如，該設(shè)計存在不夠人性化的地方，可通過添加實時時鐘芯片增加時間功能，并在此基礎(chǔ)上加入自動開啟和關(guān)閉系統(tǒng)的功能等等。除此以外，還可以通過增加斷電保護電路增強系統(tǒng)的安全性。在設(shè)計的這段時間里，我對這四年學(xué)習(xí)到的知識有了一個全面的認(rèn)識，也因此學(xué)到了很多東西。這一次的實訓(xùn)設(shè)計，從查找資料、方案確定、電路設(shè)計到PCB制作和調(diào)試，整個過程都是我自己親自去完成。在整個設(shè)計期間，我遇到了很多問題，但經(jīng)過仔細(xì)的分析和其他同學(xué)的幫助后，最終都把問題解決，我也從中學(xué)會了解決問題的方法。217.參考文獻1 祁偉，楊事單片機C5l語言教程與實驗M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20062 林桂花基于GSM模塊的數(shù)據(jù)傳輸及實時控制系統(tǒng)J計算機與現(xiàn)代化，2006(2)：22243 李曉輝，等基于GSM技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)的設(shè)計J現(xiàn)代電子技術(shù)，2008(3)：l9l 1934 劉字靜基于GSM的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸J科學(xué)技術(shù)與工程，2007(5)：10-145 師俊宏智能家居中的安全防范系統(tǒng)J上海建設(shè)科技，2006，(05)6 游燕，隨善坤一種智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計J中國科技信息，2005，(12)7 陳剛，李葉紫，胡輝基于GSM的車輛防盜搶系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)J電氣自動化，2005，(06)8 丁元杰單片微機原理及應(yīng)用M北京：機械工業(yè)出版社，2001：56-69附錄：#include <reg52.h>#include <math.h> #include <stdio.h>#include "key.h"#include "lcd1602.h"#include "gsm.h"#include "at24c02.h"sbit door=P00 ; /定義P00 為門鎖控制標(biāo)志位sbit speaker=P01; /定義P01為喇叭控制標(biāo)志位sbit alarm=P03; /定義P03為人體熱釋能檢測標(biāo)志位sbit int1=P33;sbit int0=P32;uchar pswd6=0; /存儲 輸入鍵值uchar pswd_flash6=0; /存儲密碼uchar pswd_new6=0; /暫存新密碼uchar correct_old=0; /檢測舊密碼標(biāo)志位uchar correct_new=0; /檢測新密碼標(biāo)志位uchar correct_old_change=0; /檢測修改舊密碼標(biāo)志位uchar times; /每次輸入密碼錯誤次數(shù)uchar test; /存儲器檢測int i=0; /密碼位 bit change=0; /修改密碼控制標(biāo)志位bit set=0; /設(shè)定控制標(biāo)志位bit delect; /刪除控制吧標(biāo)志位bit ok; /確定控制標(biāo)志位bit cancle; /取消控制標(biāo)志位voidsend_message(void) /發(fā)送彩信函數(shù)void input(void); /輸入函數(shù)void pswd_error(void); /密碼錯誤函數(shù)void onfire(void); /火災(zāi)報警函數(shù)void steal(void); /盜竊報警函數(shù)void function(void); /功能選擇函數(shù)void change_f(void); /修改密碼函數(shù)void alarm_f(void); /報警功能函數(shù)#include<STC_NEW_8051.h>#include<string.h>#include<intrins.h>#include<UART1.h>#include<UART2.h>#include<Delay_ms.h>#include<Init_Timer0.h>#define Buf1_Max 500 /串口1緩存長度sbit Yellow_LED = P15;/LED1黃色指示燈sbit Green_LED = P16;/LED2綠色指示燈sbit Red_LED = P17;/LED3紅色指示燈sbit IGT = P25; /啟動TC35I信號sbit K1 = 0xC1;/繼電器unsigned char Buf_First_SerialBuf1_Max;unsigned char runxun_ser1 = 0,Flag_Buf1_Rec = 0;unsigned int Start_weizi,End_weizi;unsigned int First_Int = 0,Second_Int = 0;unsigned char Timer0_Start = 0;unsigned int Times = 0,shijian = 0,Count_time = 0;/發(fā)送換行回車函數(shù)void Send_LR(void)Send_Hex(0x0D);Send_Hex(0x0A);/清除串口1緩存數(shù)據(jù)函數(shù)void CLR_Buf1(void)unsigned int k; for(k=0;k<Buf1_Max;k+) /將緩存內(nèi)容清零 Buf_First_Serialk = 0x30; First_Int = 0; /接收字符串的起始存儲位置/判斷緩存中是否含有指定的字符串函數(shù)unsigned char Hand(unsigned char *a) if(strstr(Buf_First_Serial,a)!=NULL) return 1;elsereturn 0;/定位字串"+32"符位置void Find_dw_TEXT(void)unsigned int k;for(k=0;k<Buf1_Max;k+)if(Buf_First_Serialk=+&&Buf_First_Serialk+1=3&&Buf_First_Serialk+2=2)Start_weizi = k+6;break;for(k=0;k<Buf1_Max;k+)if(Buf_First_Serialk=O&&Buf_First_Serialk+1=K)End_weizi = k-5;break;/送命令函數(shù)/不允許出錯void Second_AT_Command(unsigned char *b,unsigned int wait_time) unsigned char i;unsigned char *c;c = b;/保存字符串地址到cCLR_Buf1(); i = 0;while(i = 0) if(!Hand("OK") if(Timer0_Start = 0)b = c;/將字符串地址給b for (b; *b!=0;b+) Send_Hex(*b);Send_LR();Times = 0;shijian = wait_time;Timer0_Start = 1; elsei = 1;Timer0_Start = 0;CLR_Buf1(); /發(fā)送命令函數(shù)/允許出錯void Second_AT_ERROR(unsigned char *b,unsigned int wait_time) unsigned char i;unsigned char *c;c = b;/保存字符串地址到cCLR_Buf1(); i = 0;while(i = 0) if(!Hand("OK")&&(!Hand("ERROR") if(Timer0_Start = 0)b = c;/將字符串地址給b for (b; *b!=0;b+) Send_Hex(*b);Send_LR();Times = 0;shijian = wait_time;Timer0_Start = 1; elsei = 1;Timer0_Start = 0;CLR_Buf1(); void Set_Text_Mode(void)Second_AT_Command("ATE0",3);/取消回顯Second_AT_Command("AT+CNMI=2,1",3);/新短信到來時提示Second_AT_Command("AT+CMGF=1",3);/PDU模式Second_AT_Command("AT+CSDH=0",3);/TEXT顯示模式/Second_AT_Command("AT+CSCS="GSM"",3);/使用GSM字符集/Second_AT_Command("AT+CSMP=17,167,0,8",3);/設(shè)置PDU模式參數(shù)Second_AT_Command("AT+CPMS="SM","SM","SM"",3);/所有操作都在MT(模塊終端)中進行;Second_AT_ERROR("AT+CMGD=1",10);void Check_Message_rec(void)unsigned int k;if(strstr(Buf_First_Serial,"+CMTI")!=NULL) /若緩存字符串中含有"+CMTI"就表示有新的短信Delay_ms(500);CLR_Buf1(); /while(!Hand("OK")&&(!Hand("ERROR")/ /CLR_Buf1(); Send_ASCII("AT+CMGR=1"); /發(fā)送讀取信息指令 Send_LR(); Delay_ms(10000); /Find_dw_TEXT();for(k=Start_weizi;k<=End_weizi;k+)Second_Serial_Port_Send(Buf_First_Serialk);if(strstr(Buf_First_Serial,"onled1")!=NULL)Yellow_LED = 0;else if(strstr(Buf_First_Serial,"offled1")!=NULL)Yellow_LED = 1;else if(strstr(Buf_First_Serial,"onled3")!=NULL)Red_LED = 0;else if(strstr(Buf_First_Serial,"offled3")!=NULL)Red_LED = 1;else if(strstr(Buf_First_Serial,"onrelay")!=NULL)K1 = 1;else if(strstr(Buf_First_Serial,"offrelay")!=NULL)K1 = 0;/Second_AT_Command("AT+CMGD=1",10);Second_AT_ERROR("AT+CMGD=1",10);CLR_Buf1(); void Wait_CREG(void)unsigned char i;unsigned int k;i = 0;CLR_Buf1(); while(i = 0) CLR_Buf1(); Send_ASCII("AT+CREG?");Send_LR();Delay_ms(5000); for(k=0;k<Buf1_Max;k+) if(Buf_First_Serialk = :)if(Buf_First_Serialk+4 = 1)|(Buf_First_Serialk+4 = 5)i = 1; break;void main(void)P4M1 = 0x00;/P40-P43設(shè)置為推挽輸出P4M0 = 0x0f;P4 = 0x00;Delay_ms(100);IGT = 0;Delay_ms(5000);IGT = 1;Timer0_init();/定時器0初始化 Serial_Init(); /第一個串口初始化Second_Serial_Port_Initial();Wait_CREG();Set_Text_Mode();Green_LED = 0;while(1)Check_Message_rec();Delay_ms(1000);Green_LED = 0;Delay_ms(1000);Green_LED = 1;/定時器0中斷處理函數(shù)void Timer0(void) interrupt 1TR0 = 0;/停止定時器0Count_time+;if(Count_time >= 60000)Count_time = 0;if(Timer0_Start = 1)Times+;if(Times > (40*shijian)Timer0_Start = 0;Times = 0;TH0 = 0x4C;/設(shè)置溢出一次為50msTL0 = 0x00;TR0 = 1;/開啟定時器0/串口1中斷處理函數(shù)void Serial_Int(void) interrupt 4 ES = 0; /關(guān)串口中斷，防止中斷嵌套if(TI) /如果是發(fā)送中斷，則不做任何處理TI = 0; /清除發(fā)送中斷標(biāo)志位if(RI) /如果是接送中斷，則進行處理RI = 0; /清除接收中斷標(biāo)志位Buf_First_SerialFirst_Int = SBUF; /將接收到的字符串存到緩存中First_Int+; /緩存指針向后移動if(First_Int > Buf1_Max) /如果緩存滿,將緩存指針指向緩存的首地址First_Int = 0;ES = 1; /開啟串口中斷/*/void input(void) int k=0; lcd_wcmd(0x01); /清屏 while(k<6) ReadKey(); if(l_key<=9) /輸入數(shù)字0-9 pswdk=l_key+0x30; display(0x00+k,"*"); l_key=0xff; k+; if(l_key=12)/ 刪除 delect=1; k-; display(0x00+k," "); l_key=0xff; while(k>=6) ReadKey(); if(l_key=14)/確定 ok=1; l_key=0xff; break; void pswd_error(void) code uchar sms="Alarm! someone has inputed wrong password three times." int t,j; speaker=0; t=times; lcd_wcmd(0x01); display(0x00,"Error!"); longdelay(10); if(t>=3) /錯誤輸入3次后自鎖 lcd_wcmd(0x01); display(0x00,"Try it tomorrow!"); gsm(sms); for(j=0;j>=0;j+) /自鎖 for(j=0;j>=0;j+) ; return;void function(void) display(0x00,"Please press the"); display(0x40,"function key"); while(1) ReadKey(); if(l_key=10) /開門 lcd_wcmd(0x01); display(0x00,"Open the door."); door=0; longdelay(10); door=1; l_key=0xff; break; else if(l_key=11) /修改密碼 l_key=0xff; change_f(); break; else if(l_key=13) /啟動防盜系統(tǒng) alarm_f(); break; void change_f(void) lcd_wcmd(0x01); display(0x00,"Input old passwo"); display(0x40,"rd:"); longdelay(10); input();for(i=0,correct_old_change=0;i<6;i+) correct_old_change=pswdi-pswd_flashi+correct_old_change; if(correct_old_change=0) /舊密碼正確,輸入新密碼 speaker=1;times=0;lcd_wcmd(0x01);display(0x00,"Input new passwo");display(0x40,"rd:");longdelay(10);input();for(i=0;i<=6;i+)