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1、题目基于单片机和GP机网络的家庭防盗报警设计学生姓名姜勇学号姓名014076所在学院物理与电信工程学院专业班级电子12吸班指导教师贾建科完成地点物理与电信工程学院实验室2023年6月5日基于单片机和GPRS网络的家庭防盗报警设计姜勇（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业12级3班，陕西723000）指导老师：贾建科摘要为了解决当前防盗系统存在的诸如可靠性较差、易破坏，易误报、漏报、处理时间延后、布线繁琐等问题，本文给出了以AT89S51实现基于单片机和GPRS网络的家庭防盗报警设计方案。整个防盗报警系统由家庭监测端、通信网络和远程用户监测端组成。家庭监测终端由控制模块，无线通信模块，
2、数据采集模块，信号处理局部组成。当有警情发生时，红外传感器接收到有人入侵信号，发送电信号到控制端，经过信息处理，经过单片机串口送到GPRS模块发射，经GPRS通信网络以短信息的彩式发送到预设号码，从而实现家庭防盗报警。硬件测试结果说明到达设计要求。关键词AT89S51：GPRS阿络：家庭防盗报警：DesignofHomeanti-theftandAlarmSystemBasedonSingleChipMicrocomputerandGPRSAuthorJiangYong(Grade12,Class03,MajorinElectronics&Informationcnginecring,Phys
3、ics&TelecommunicationsengineeringDept.,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723OOO,Shaanxi)Tutor:JiaJianKeAbstract：Inordertosolvethecurrentanti-theftsystemissues,suchasprreliability,easytodamage,falsepositives,falsenegatives,processingtimedalay,cumbersomewiringandsoon.thispaperpresentsthe89S51torea
4、lizethehomeanti-theftandalarmsystembasedonsinglechipmicrocomputerandGPRSdesignscheme.Thehomea11i-theftandalannsystemarecomposedofhomemonitoring,communicationnetworkandtheremoteusermonitoring.Homemonitoringhascontrolmodule,wirelesscommunicationmodule,dataacquisitionmodule,signalprocessingunit.Thework
5、processofthehomeanti-theftandalannsystem:Theinfraredsensorrecivesingalofsomebodyinvade,thensendtheintnationtocontrolsiteandhandleil,andGPRSmoduleUansmitthroughthesinglechipserialport.FinallytheGPRScommunicationnetworkinthefnofSMSsendtousersmobile,realizehouseholdsecurityalarm.Itmakesurefiomtleexperi
6、mentresultsthattheIiardwarereachsdesignrequirements.KeyWords：AT89S51;GPRSnetwork:homeanti-theftandalarmsystem：目录1引言11.1 立题的目的及意义11.2 国内外的研究现状及开展趋势11.3 本系统主要研究内容22系统方案设计22. 1系统总体设计思路23. 2系统方案24. 3传感器介绍32. 3.1热释电红外线传感器（PIR）简介33. 3.2PIR的原理特性34. 3.3PIR结构特性及安装45. 4AT89S51单片机概述66. 4.1AT89S51单片机的结构67. 4.2A
7、T89S51单片机的工作周期103系统硬件设计113.1 单片机最小系统设计113.2 人体感应模块设计118. 3GPRS模块设计123.4 电源供电模块设计133.5 按键控制模块设计143.6 6LED指示灯模块设计144系统软件设计154.1 中断效劳程序工作流程图164.2 报警电路流程图164.3 信号采集电路流程图175硬件测试17结论21致谢22参考文献23附录A：外文文献及翻译24附录B：程序29附录C：主要元件清单351引言1.1 立题目的及意义当前，随着社会经济的快速开展，流动人口迅速增加，治安问题也变得日渐突出，家庭防盗早已成为社会热议的话题，由于目前防盗报警系统设计的
8、不尽合理，抵挡不住犯罪分子“H渐高明的作案手段，传统的防盗产品越来越不能满足人们H常家庭平安防范的要求，人们迫切需要一种智能型家庭防盗报警系统，现代通信技术、计算机技术、电子技术的快速开展，给基于GPRS家庭防盗报警系统的诞生提供有力的技术支持现阶段，国内外的各类防盗报警器是以红外线、监控摄像、门磁窗磁等为根底进行开发研制，防盗报警设备从单一化、被动化、复杂化向多元化、综合化、智能化方向开展，功能逐渐增强，可靠性得以提高。在中国，众多家庭的安防还是主要依靠防盗门窗，这样不仅有碍美观,更为重要的是，不能非常有效地起到防盗作用，在实际使用过程中暴露出很多问题，诸如：容易遭到破坏、火灾时不易逃生，即
9、使使用电子式防盗器，也容易失报、误报、可靠性低I为了解决当前防盗系统存在的诸如可靠性较差、易破坏，易误报、漏报、处理时间延后、布线繁琐等问题，基于单片机和GPRS网络家庭防盗报警系统是一种非常先进，并且相对成熟的一种安防技术，不依赖有线网，而是借助最可靠、最成熟的GPRS网络，系统是以红外传感器为检测元件，以单片机为控制核心，以GPRS模块为发送单元组成的一种自动防盗报警系统，可以使主人无论身在何处，都可以及时掌握家中情况。当红外线传感器探测到有非法人员入侵时，便会将警情发送给单片机，系统便会启动GPRS模块，将警情短消息发送到预设号码,或者自动呼叫预设号码，甚至是以彩信、实时监控等方式通知主
10、人，使灾情得到及时处理，保护人们的生命财产平安。系统安装的方法相对灵活，性价比高，在未来的防盗技术开展空间很大，采用模块化的方法，方便系统的调试、维护和升级，可以满足不同的需求同。1.2 国内外的研究现状及开展趋势上世纪初，报警系统开始在北美开展起来。在美国，报警呼救箱被放置在街头巷尾，当有呼救时报警箱会发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；并且，报警呼救箱宜接连接到附近的警局，使得各个警局也可以收到呼救信息。后来，依赖通信技术的快速开展，电报公司也参加到这个行业中，通过通信网络使得报警信息可以传送到更远的地方：但是这种电报方式由于众多限制因素难以普及，因此在稍后出现的报警系统理所当然地成为报警
11、通讯的主要方式。在此后自动拨号系统的出现以及普及到千家万户，更使得通过报警的方式得到了前所未有的开展。从开展过程来看，报警行业的开展是以工业技术开展为根底的，只有具备良好的通信手段,才能够把各地的报警信息会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。微电子技术促进了报警系统的开展，可划分为三个开展阶段，对应着三代产品：第一代报警系统是由纯别离的元件组成，特点：电路组成复杂，体积较大，功能单一，可靠性较差。第二代报警系统是利用集成芯片和别离元件组成的产品，特点：电路组成比拟复杂，可以实现更多的功能，可靠性较高。第三代报警系统是以单片机为控制核心，外加其它集成芯片和
12、别离元件组成的产品，特点:功能齐全，可靠性高，更加智能化，电路组成比拟复杂。市场上主要以第三代产品为主，第一两代产品由于不能适应时代的开展己经被淘汰。第三代报警系统又可分为两类，一类是适合居民小区联防报警的联网报警系统，另一类是适合家用的独立报警器。家用报警器产品己经比拟成熟，而且功能也比拟齐全。大多数报警器采用单片机作为控制核心，通过线实现向外界报警功能。但是这类报警器有很多缺陷，一个独立的报警系统，不能有效地与外界保持联系，虽然它可以通过固定与外界联系，但如果线被人恶意剪断,报警功能也会失效。国外智能监控防盗技术开展已处于一个较高水平阶段，通过研究北美的报警系统的开展过程，可以了解到防盗报
13、警系统的开展情况。现在，在北美的安防产业中，联网报警效劳模式是最成功的经营模式之一，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E。美国棋诺亚公司是北美最大的安防跨国公司之一，在世界范围内也排在前列，公司从上世纪30年代开始出售简单的防盗报警器，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，公司调整了产业的开展方向，变为联网报警效劳商，并建立了全球首家网络管理中心，并引用了大量的网管技术、系统集成技术和电子技术，如今公司成为十分先进的联网报警效劳平台，它在美国、加拿大、英国、香港、台湾等多个国家和地
14、区都有分公司。1.3 本系统主要研究内容1 .系统设计包括硬件、软件两局部。硬件设计主要包括人体红外感应电路设计、单片机最小系统设计、GPRS模块电路设计等相关的控制管理模块，软件设计主要包括初始化子程序、中断子程序、短信报警子程序。2 .整个防盗报警系统由家庭监测端、GPRS通信网络和远程用户监测端组成。3 .系统可实现功能：当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，传感器工作时，当有人闯入，热释电红外传感器将探测到人体，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，发送电信号到控制端，经过信息处理，经过单片机串口送到GPRS模块发射，经GPRS通信网络以短信息的形式向用户发
15、送短信息实现远程防盗报警功能。2系统方案设计2.1 系统总体设计思路对日前市场家用防盗报警系统的开展现状和存在的各种缺陷进行分析，根据系统功能要求进行系统的整体方案设计，以传感器、单片机、GPRS移动通信等技术为依托，设计一种基于单片机和GPRS网络的家庭防盗报警系统，结构组成如图2.1所示。整个防盗报警系统由家庭监测端、通信网络和远程用户监测端组成。家庭监测终端由控制模块，无线通信模块，数据采集模块，信号处理局部组成。通过用户端接收短信完成报警信息的接收。GPRS网络图2.1系统组成2.2系统方监本设测上两个局部。模块划分为人体感3I系统、GPRS网络模块、短信报警等I瑞电源供电模块等。用户
16、终端完川端数据传送、就此设计的核心模块来说，单片机是本设计的核心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统由硬件系统和软件系统组成。其中硬件包括单片机最小系统、I/O设备、和外部应用电路等组成的系统，软件由各个子程序组成。单片机应用系统的设汁过程包括总体方案设计、硬件设计、软件设计等局部。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：人体感应模块电路、指示电路、单片机最小系统电路、GPRS模块及相关的控制管理电路组成；图2.2是总体设计框图：处理器采用51系列单片机AT89S51,整个系统是在系统软件控制下工作的。红外传感器接收到有人入侵信号时，发送电信号到控制端，经过信息处理，经
17、过单片机串口送到GPRS模块发射，经GPRS通信网络以短信息的形式发送到用户端，实现家庭防盗报警。图2.2总体设计框图2.3 传感器介绍热释电红外线传感器简介热释电红外线传感器是一种新型高灵敏度探测元件，它以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化并将其转化成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作防盗防火报警、自动检测、电源开关控制等。热释电红外线传感器应用电路如下：用双元件型热释电红外传感器来探测移动的人体,传感器内部是由两个敏感元件反相连接,在人体静止的时候，两个元件的极化程度相同,电压互相抵消。当人体移动时两个元件极化程度不同,导致净输出电压不为0.PIR的原
18、理特性热释电红外线传感器是一种尺寸为2*lmm的探测元件，由高热电系数的材料，如错钛酸铅系陶瓷、硫酸三甘钛、旭酸锂等制成。每个传感器内部有两个探测元件，它们反极性串联，用来抑制由于自身温度升高而产生的干扰。当探测元件接收到人体红外信号之后，将它转变成微弱的电信号，再经过传感器内部的场效应管放大后向外输出。一般会在探测器的前方安装一个菲涅尔透镜，用来提高红外传感器的灵敏度和测量的范围，菲涅尔透镜由聚乙烯制成，透镜的上、下两局部各分成假设干等份，组成一种光学系统透镜，透镜配合放大电路使用，可将信号放大70分贝以上。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的盲区和高灵敏区，用来
19、提升它的探测范围和接收灵敏度。假设有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地经过盲区和高灵敏区”，接收到的红外信号以强弱变化的脉冲形式输入，增强其能量输入幅度.人体辐射的红外线中心波长为9-IOum,而探测元件的波长灵敏度在0.2-20Um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7-IOum,正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器；一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过局部镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号
20、处理而输出电压信号。在该探测技术中，所谓被动是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。传感器的D端接电源 d y了消除因环境和自身 S 两个极性相反、大小学器前面的菲涅尔透镜:J高热电材料是一种光 斗的红外线探测的敏感 c勺红外线通过，并把其该信号再通过一个由2. 3.3PlR结构特性及安装如图2.3所示，是度，在传感器的窗口I他波长范围红外光线狂的正极，S端是信号2滤光片变化引起的干扰信号，相等的干扰信号可以推-将红外线聚焦后，
21、加至！谱材料，能够探测到的当探测元检测到人Rl、R2、Cl、C2组成的带通滤波器，滤波器的上限截止频率为16Hz,下限截止频率为0.16Hz。探测到的这个电压信号非常微弱，只有ImV左右，并且电压信号在不断改变并呈现为脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.1-IOHZ左右），所以要把红外传感器输出的电压信号进行放大。Cl和R2用来稳定工作中电压，又用稳压元件加在输出端来稳定信号。探测元检测到人体辐射时，电荷信号经过场效应管FET放大后，经过C2,Rl的稳压后使输出变为高电位，再经过三极管Q2的转化，输出OUT为低电平.图2.4热科电红外传感器原理图图2.5热秆电红外传感器
22、电路图被动红外探测器光学系统包括菲涅尔透镜、抛物面反射镜、遮挡片三种类型。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射在PIR上；第二个作用是将警戒区内分为假设干个明区和暗区。菲涅尔透镜是凸透镜，将物体的红外影像投射在热电元件外表。热释电红外传感器其热释电器件及前置放大电路封装在圆型金属帽内，金属帽顶部方型开孔镶嵌有抗冷白光的硅红外滤光片，底部有金属引脚，分别为电源引脚，地线引脚，热电信号输出脚。热释电元器件是热释电红外传感器的核心部件，可以把红外辐射转化为电压信号，热释电元器件的电特征属性是一个以热电晶体薄膜为电介质的平板电容器，当温度变化时，红外辐射会改变这个电容器的电
23、容量，从而可利用这一特性来探测红外辐射。热释电红外传感器包括单元、双元、四元三种类型。现在主要使用的是双元和四元传感器3。热释电红外传感器的优缺点优点：L本身不发射任何红外辐射：2 .性价比高。缺点：I.容易受各种热源、阳光源干扰；3 .受环境温度限制，环境温度和人体温度接近时，灵敏度下降：针对被动红外探测器存在的缺点，可以采用不同的措施来防止产品误报和漏报现象。一方面是采用新技术来加强抗干扰能力：另一方面是在安装方面加以注意。由于透镜的光学特性决定横切探测区域比拟敏感，所以产品安装时要注意入侵方向与探测器视场的夹角，最好成90。垂直，这样就可以保证有人入侵时能最大程度横切探测区域。2.4 A
24、T89S51单片机概述2.4.1 AT89S51单片机的结构AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemPrOgrammabIe)的可反复擦写IOoO次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及8OC51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案味AT89S51具有如下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器
25、(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)11,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器。图2.7为89S51单片机的根本组成功能方块图。有图可知，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成局部，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各个局部通过芯片内部的总线相连接。下面介绍几个主要局部。外时钟源外部事件计数外中断控制P3P2PlPORXDTXD图2.7AT89S51功能方块图1 .中央处理器（CPU）中央处理器是单片机最核心的局部，是单片机的大脑和心脏，具有运算和控制功能。AT8
26、9S51的CPU是-个字长为8位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。2 .数据存储器（内部RAM）芯片中共有256B的RAM单元，但其中后128个单元（80H-OFFH）被专用存放器占用，能作为存放器提供用户使用的只是前128个单元（Oo-7FH）,用于存放可读写的数据。因此常说的内部数据存储器是指前128个单元，简称内部RAM。3 .程序存储器（内部ROM）在芯片的内部是4KB掩膜ROM,可用于存放原始数据、程序和表格等，因此称为程序存储器，简称内部ROM。4 .定时器/计数器由于控制应用，芯片内部拥有两个16位的定时器/计数器，用来实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果
27、对单片机进行控制。5 .并行I/O口AT89S51共有4个8位的I/O口（P0、Pl、P2、P3口），可以实现数据的并行输入/输出。6 .串行口AT89S51有1个全双工的可编程串行口，单片机通过串行口与其他设备进行数据传送。该串行口功能较强，可以作为同步移位存放器使用。7 .中断控制系统A89S5I的中断系统功能较强，可以满足一般控制应用的需要。它共有5个中断源：2个外部中断源/INTO和/INT1；3个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断。8 .时钟电路AT89S51单片机芯片内部拥有时钟电路，但需要外接微调电容和石英晶体。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，系统允许的最晶振11
28、率为12MHz。9 .内部总线上述部件只有通过内部总线将其连接起来才能构成一个完整的单片机系统。总线在图中以带箭头的空心线表示。系统的地址信号、数据信号和控制信号分别通过系统的三大总线一地址总线、数据总线和控制总线进行传送，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性.由上所述，AT89S51虽然是一块芯片，但它包括了构成计算机的根本部件，因此可以说它是一台简单的计算机。图2.8AT89S51引脚图 .管脚说明tAT89S51是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装（DIP）形式，如图2.8所示。AT89S51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能
29、.VCC：供电电压。GND：接地。PO：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。QPl口：Pl口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，Pl口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P2口：P2口为-个内部上拉电阻的8位双向I/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，P211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
30、出其特殊功能存放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P311:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/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,P3I将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如下所示：P3口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INTO（外部中断0）P3.3/INTl（外部中断I）P3.4T0（记时器。外部输入）P3,Sr11磷记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
31、P3.7/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。ALEPR:当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时，ALE只有在执行MOVX,MC)VC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被
32、略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号端.在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次/PSEN有效.但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，那么在此期间外部程序存储器(OoooH-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP).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。 .主要特性t
33、 与MCS-51兼容 4K字节可编程闪烁存储器寿命：IO(X)写/擦循环数据保存时间：10年，全静态工作：OHZ-24HZ三级程序存储器锁定128*8位内部RAM-32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路2.4.2AT89S51单片机的工作周期单片机有了硬件和软件就可以在控制器发出的控制信号作用下有条不紊地工作，控制信号必须定时发出，为了定时计算机内部必须有一个准确的定时脉冲。这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的，并组成下面几种工作周期，如图2.9所示。图2.9振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期振荡周期：是指为单片机
34、提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。即由单片机的晶体振荡器产生的时钟脉冲的周期。状态周期：每个状态周期为振荡周期的2倍，是振荡周期经二分频后得到的。在一个状态周期中有两个时钟脉冲，通常称它为Pl、P2.机器周期：一个机器周期包含6个状态周期S1S6,也就是12个振荡周期。在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。指令周期：它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。控制部件是单片机的神经中枢，以主振频率为基准（主振周期即为振荡周期），控制器控制CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，它将各个硬件环节组织在一起。一般情况下，算术逻辑操作发生在时相Pl期间，而内部存放器之间的传送发生在时
35、相P2期间，这些内部时钟信号无法从外部观察，故用XTAL2引脚振荡信号作参考.3系统硬件设计1 .1单片机最小系统设计目前的单片机开发系统只能够仿真单片机，却没有给用户提供一个通用的最小系统。根据设计的要求，只要做很小集成度的最小系统应用在一些小的控制单元。其应用特点是：1.全部I/O口线均可供用户使用。2 .内部存储器容量有限（只有4KB地址空间）.3 .应用系统开发具有特殊性。图3.1单片机最小系统时钟电路用于产生单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL
36、1,输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成个自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的上下、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的振荡频率为12MHZ明。把EA脚接高电平，单片机访问片内程序存储器。单片机的复位是由外部的复位电路来实现。采用最简单的外部按键复位电路。按键自动复位是通过外部复位电路的来实现的.我们选用时钟频率为12MHz,Cl取IOUf。3.2人体感应模块设计HC-SR501是热释电红外传感器控制模块，探头型号为LH1778,灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，主要应用在各种红外感应电子设备，如:用干电池供电的自
37、动控制设备模块参数：1 .工作电压：DC5V至20V2 .静态功耗：65微安3 .电平输出：高3.3V,低OV4 .延时时间：可调（0.3秒、18秒）5 .封锁时间：0.2秒6 .触发方式：L不可重复，H可重复7 .感应范围：小于120度锥角，7米以内8 .工作温度:T5+70度图3.2HC-SR501模块模块特性：1 .红外探头是以探测人体的红外辐射为目的。因此探测元对波长为IOlM左右的红外辐射特别敏感。2 .在红外探头上通常会安装一个菲涅尔透镜，用来减少环境的干扰和增加探测灵敏度3 .红外传感器包含两个互相串联的热释电元。并且两个热释电元的电极化方向相反，外界的红外辐射对两个元件具有相同
38、的作用，使得产生释电效应相互抵消，红外传感器无信号输出。4 .当传感器探测到有人体入侵时，人体红外线通过菲涅尔透镜聚焦，探测元接收到信号，由于两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，产生电压信号。5 .菲涅尔灌光片根据性能要求不同，具有不同的感应距离，从而产生不同的检测视场，视场越多，控制越严密。图3.3人体感应模块电路原理图如图3.3所示，人体感应模块的的三个引脚分别接电源、接地、接输出脚，当感应到人体的时候，输出高电平，三极管起到开关作用，9013属于NPN型三极管，高电平有效：2.2K的电阻为限流电阻，10K电阻为上拉电阻，让RSD处于高电平状态。当有人闯入时，三极管就会导
39、通，RSD接地，单片机接口会检测到一个低电平，然后执行相应程序。3.3 GPRS模块设计通用分组无线业务（GenemlPaCketRadioSerVice,GPRS）是在现有的GSM移动通信系统根底之上开展起来的一种移动分组数据业务。GPRS通过在GSM数字移动通信网络中引入分组交换功能实体，以支持采用分组方式进行的数据传输3）。系统采用低功耗GPRS模块SIM9O0A。系统与模块的通信通过TTL串口，接入AT89S51单片机串口，即RXD/P3.0和TXDP3.1=使用标准的AT指令对SIM900A模块进行控制，实现打发短信等功能。S1M900A是-款尺寸紧凑型、高可靠性的无线模块，SIM9
40、00AGSM/GPRS使用工业标准界面，使得具备GSM/GPRS900/1800MHz功能的SIM900A以小尺寸和低功耗实现语音、SMS,数据和信息的高速传输。S1M900A能满足M2M几乎所有应用要求，尤其是小巧、紧凑型的设计。可广泛应用于车载跟踪、车队管理、智能抄表与电力监控等众多方向内.图3.4STM900A原理图如图3.4所示，本设计用到SIM900A模块的四个引脚。因为模块的工作电压是4.2V,所以电源处串联一个二极管,利用二极管的管压降使电压降了0.7V：滤波电容起到稳定电路的作用。3.4 电源供电模块设计整个设计由5V电源供电。如图3.5所示，DC电源接口的2、3脚接地，1脚实
41、际是VCC（电源），但是电路中要接蓝色的自锁开关，然后开关的另一个脚再接电源。自锁开关电路中起到电源的开关作用，常开的其中一脚接DC电源插口电源脚，常开的另一脚接电路的VCC.图3.5DC电源接口与自锁开关的连接电路原理图3.5 按键控制模块设计如图3.6所示，三个按键从上到下分别是布防按键、撤防按键和紧急报警按键，每个按键都接到了地。只要相应的按犍按卜一，单片机的接口就会变成低电平，程序上检测低电平就会执行相应的控制程序。布防按键：系统正常开机后，按下此按键，板子上的绿灯闪烁（绿灯闪烁的时间是让人撤离的，热释电的检测范围可以到达7m）,当绿灯熄灭，系统就进入布防模式，热释电此时会布防按键按F
42、是检测周围是否有人：pR有信号?您时、系统正在报警时，都可以按下撤防按键：按下布防按箭编Tr_）撤防按犍撤防，撤防后，热释电不会检测;紧急报警按犍：只要系统正常是J L 3&yhzM、亮。每个指示灯串联-个分压电阻，两个动电流要大些，所以串 绿灯：布防计时指示 （布防状态时检测到有人发送报警短信3.6 LED指示灯模块设计撤防按键按下如图3. 7所示，指示是 快的分压电阳要小+些产发送一条报警短信到指定 上。 否F低电平，指示灯就会被点 是不一样的，因为绿色的发光二极管的驱陶布防倒 .花近，系统，关闭报警并时间到后长亮），报警后倒计时指示灯为同时，绿灯会再次闪烁，计时时间内,撤防系统不会屡次发
43、送短信，天计时时间到，绿灯变为长亮，此时才会再次检测，有人就再发短信）；黄灯：发送信息指示 短信发送完成。LEDY22；_:2.2K只要滋短信，黄色LED就会点亮，熄灭代表报警按键按卜4系统软件设计wr发送报警短信LEDY型后，软件的相应子程序结束图4. 1软件流程图R3L整个系统的功能是电威沁轶模块就确定下来了。系统软件总足船程图4.1 中断效劳程序工作流程图本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动短信模块报警电路开始报警，报警持续60秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报
44、警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到60秒时，用撤防按键停止短信报警的作用。撤防按键停止报警中断效劳程序工作流程图，如下列图4.2所示：J一fTE-.J一FIIl-I-中断源发出中断请求INTl端有输入信号关闭短信报警中断返回4.2 报警电路流程图报警电路控制端由单片机的P3端的I/O口完成，当有信号传输时，驱动GPRS模块发送报警信息、。短信报警电路流程图如卜.列图4.3所示：杏开始4.3 信号采集电路流程图设计中采用r热释电红外传感器进行输入信号的采集。图4.4为信号采集流程图.否,是否是5硬件测试使用AT89s51单片机为控制广器为人体感应模块，SI
45、M900模块进行报警信息的发送，接收报单片机P24口数据采集本设计的仿真图如图5.1所示，其中红外热释电传感器用开关代替。在布防状态下，绿色LED灯常亮；给单片机P2.4口输入一JtiF统开始执行程序，SIM900A发送报警信息时，黄色LED灯点亮，信息发采集完毕？、斗灭，绿色LED灯开始闪烁，进入计时状态（60秒）。计时时间内，急木为、;Trf以节省费用，当计时时间到，绿色LED灯停止闪烁，变为长亮，此时才会再次检测，有人就再发短信，没有人就待机检测。因此,远程无线报警电展正型理到达预期效果。8615891662144如图5.2 条报警信息到如图5.3 器检测到人体请注意！有人进入报警范S1
46、J人体，会发送.假设红外传感图5.4开机状态下的硬件实物图及按下紧急报警按键之后短信接收画面如图5.4所示，当按下紧急报警按键，只要系统在开机状态下，就会发送条报警短信到指定上，从而实现紧急报警功能。图5.5测试红外热释电传感器的检测范围9距离示意图图5.6红外热释电传感器的检测范国与距离测试结果a.距离测试：以人体正常走动步幅测试其最远距离，测试结果：最远距离为56米，在传感器的两侧由于元器件的检测性能衰减，其能够检测到信号的距离为34米。b.扇面角度测试:人体从左到右从非探测区走向探测区，有报警指示点为A点，再从右到左从非探测区走向探测区有报警指示点为B点。测量A、B点即为其水平扇面探测角
47、度。测试结果:能够检测到的夹角范围是10010。结论比拟全面地考虑了家庭防盗的现实问题和实际需求，针对家庭防盗的主要特点设计了一款新型家庭防盗报警系统。研究基于单片机和GPRS网络的家庭防盗报警系统设计，采用模块化的设计思想，利用传感器、单片机、GPRS模块，借助最可靠、最成熟的GPRS移动网络，保证数据传输的准确性、实时性、可靠性，构建起家庭防盗报警系统，实现了远程短信报警的功能。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们平安意识的增强以及科学技术的快速开展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。由于水平有限，设计中存在着一些缺陷和缺乏，还需不断完善，例如：没有考虑系统的抗干扰问题，此外，由于系统使用的是GPRS模块，除上述已经实现的功能之外，还可以开发诸如报警、实时监控之类的高级防盗功能，系统功能可以进一步加以开发。当然，防盗报警系统是一个应用性很强的专业领域，要
