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摘要

本设计是采用AT89S52单片机实行的基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统。该系统主要由单片机AT89S52、传感器、HRH GSM Modem短信模块、HD7279键盘显示芯片、DS12887实时时钟芯片、315MHZ调幅遥控器和其它基本外围电路组成，借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息，直接把报警地点的情况反映到所设定的手机屏幕上。

关键词：单片机;GSM模块;传感器

Abstract

This paper uses of AT89S52 MCU to design a Family guard against theft and Alarm system based on GSM Modem. It is made up of AT89S52 MCU、HRH GSM Modem、HD7297 keyboard display chip、DS12887 real-time clock chip、315MHZ remote control sensors and other basic peripheral circuits. It will display the alarm content in Chinese directly on their?s mobile screen, through the most reliable GSM mobile network.

Keywords：MCU;GSM modem;Senor

目录

1 绪论 (4)

1.1防盗报警系统发展概况 (4)

1.2设计背景及目的 (4)

1.3系统应用 (4)

2 整体方案设计 (5)

2.1方案选择 (5)

2.2主控芯片单片机选择 (5)

2.2.1 AT89S52的主要性能 (6)

2.2.2 AT89S52的功能特性描述 (6)

2.2.3 AT89S52的引脚结构 (7)

2.3通信模块的选择 (7)

2.3.1 GSM MODEM 的主要功能 (7)

2.3.2 GSM MODEM 的硬件接口 (8)

2.4传感器的选择 (8)

2.4.1 红外传感器 (8)

2.4.2 烟雾传感器 (8)

2.4.3 气体泄漏传感器 (9)

2.5键盘显示芯片选择 (9)

2.6存储器的选择 (9)

2.7时钟芯片的选择 (10)

3 系统硬件设计 (11)

3.1系统结构原理图 (11)

3.2单片机电源 (12)

3.3实时时钟 (12)

3.3.1 DS12887功能与特点介绍 (12)

3.3.2 时间、日历和定闹单元 (13)

3.3.3 DS12887引脚定义 (13)

3.4信号采集电路 (14)

3.4.1 红外信号检测 (14)

3.4.2气体、烟雾检测 (15)

3.5复位电路 (16)

3.6键盘显示电路 (16)

3.6.1 HD7279键盘显示芯片 (16)

3.7遥控布撤防电路 (16)

3.8GSM模块与单片机的连接电路 (17)

4 家庭防盗报警系统的软件设计 (19)

4.1主程序流程图 (19)

4.2外部中断0中断服务子程序流程图 (20)

4.3通信模块的设置 (20)

4.3.1 设置短信中心号 (20)

4.3.2 利用GSM MODEM 向普通手机发短信 (21)

4.4串口控制SMS的工作原理 (22)

5 结论 (23)

参考文献 (24)

附录 (25)

致谢 (36)

1 绪论

1.1 防盗报警系统发展概况

当科技还不发达的时候，人们依靠安装防盗门、防盗窗及人工防犯来防止犯罪分子对住宅的入侵，这种防盗安全措施对当时的人们来说已经够用，但是随着科学技术的不断飞速发展，这些防盗安全装置已经不能让人们满意，因为这种安防装置不但不美观,而且不符合大家对家的要求。人们开始利用电子技术与网络技术来设计新的防盗防火安全系统，常见的防盗报警系统的有固定点电话联网防盗报警系统、以太网、集群系统、AURINE家庭报警系统、智能拨号防盗报警系统等，来有效防止犯罪分子的入侵。

1.2 设计背景及目的

随着电子技术的发展，防盗安全报警装置已经从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。目前传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统已不能满足我们的需求，本系统的设计是针对家庭安全报警系统的研究，因为信息时代的到来，手机通讯工具越来越普及。本设计正是利用这一点，展开对家庭安全报警系统的研究，解决了传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统中存在的弊端，比如，为其它没有安防盗窗的相近楼层形成被盗隐患、发生火灾时不易逃生等。它是用AT89S52单片机实现的基于GSM短信模块的家庭安全报警系统，该系统以最直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到主人的手机屏幕上，这使家庭防盗使用起来更及时、更方便。

1.3 系统应用

本系统主要由单片机和GSM短信模块组成，借助GSM移动网络，以最直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。它采用主动式红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。

2 整体方案设计

2.1 方案选择

防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心(硬件加软件)组成。它的最简形式是家庭或者单位等报警系统,它的组成部分是入侵探测器和本地报警控制器，以及声光报警器。

该系统设计方案有以下两种：

方案一：利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示，监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）警力分布，及时调动警力作出快速处理。

方案二：通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果传递给单片机，通过单片机控制GSM Modem向预先设定好的手机号码发送报警信号，在设计的报警系统中，不仅可以通过防盗传感器发送防盗报警信号，也添加了烟雾传感器和气体泄漏传感器来检测烟雾和气体信号，实现防火、防燃气泄漏的作用，同时配备了HD7279键盘来自己设置报警手机号码和315MHZ调幅遥控器来实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变。

通过比较，方案二能更能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，故本设计选择方案二。

2.2 主控芯片单片机选择

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。

● 与MCS-51 单片机产品兼容

● 8K 字节在系统可编程Flash 存储器

● 1000 次擦写周期

● 全静态操作：0Hz～33Hz

● 三级加密程序存储器

● 32 个可编程I/O 口线

● 三个16 位定时器/计数器

● 八个中断源

● 全双工UART 串行通道

● 低功耗空闲和掉电模式

● 掉电后中断可唤醒

● 看门狗定时器

● 双数据指针

● 掉电标识符

2.2.2 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，适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、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，2 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2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。

P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1时作高阻抗输入端。

P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，输出是可驱动4个TTL。端口置1时内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。

P2、P3端口同样作输入用，在存取外部存储器时，可作为高位地址输出，内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。

2.3 通信模块的选择

随着电子技术与网络技术的飞速发展，手机通讯工具基本上是人人必备的，基于这一点，本文设计了基于GSM短信模块的家庭安全报警系统，而由于HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的GSM 通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而且公网的数据传输具有通信范围广（GSM 网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点。因此本设计选用HRH GSM Modem来进行通信。

2.3.1 GSM MODEM 的主要功能

1.收发短信；

2.借助短信实现远程小批量数据传输；

3.语音通话（GSM 电话）；

4.数传模式实现无线实时数据通信；

5.无线上网（自动应答型）。

2.3.2 GSM MODEM 的硬件接口

模块要求12V/500mA供电，与单片机通过串口通信，波特率9600bps，通过SIM卡座来安装SIM卡。

2.4 传感器的选择

要实现防盗、防火、防燃气泄漏，相应的传感器是必不可少的，而无论是哪种传感器，其最终输出的都是开关量。

2.4.1 红外传感器

对于防盗传感器，本系统采用主动式红外对射传感器，它相对于传统的被动式热释红外传感器有以下优点：

1.主动式对射红外传感器安装于门窗及一切需要设防的位置，采用多光束综合判断，当有一定体积的障碍物遮挡时，才被触发，极大的降低了传感器的误报；

2.由于其安装在门窗等位置，使夜间主人的正常活动不受限制，这给用户提供了极大的夜间布防的可能。

2.4.2 烟雾传感器

本设计选用离子式烟雾传感器，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。本传感器通电后就处于工作状态，在警戒状态发光二极管每分钟闪烁一次；当探测到烟雾时，即进入报警状态：烟雾传感器发出清脆响亮的脉动警报讯号，同时发光二极管快速闪烁，并滞后输出报警信号供采集器识别。烟雾消散以后，声光警讯立即停止，通过跳线可选择向采集器输出报警信号是常开或常闭，是自动复位(自动进入警戒状态)，还是掉电复位(烟雾消散以后，维持报警状态)。出厂缺省设置一般为常开、自动复位方式。

2.4.3 气体泄漏传感器

本设计选用电化学型气体传感器，电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器。近年来，又开发了检测酸性气体和毒性气体的原电池式传感器。可控电位电解式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能检测C O 、N O 、2C O 、2O 、2S O 等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数离子电极式气体传感器出现得较早，通过测量离子极化电流来检测气体的体积分数，电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。 2.5 键盘显示芯片选择

HD7279芯片支持64键盘和8位数码管动态显示，与传统的键盘显示芯片8279相比，外围芯片少，与CPU 仅有4线串行通信，大大的节省了CPU I/O 口的资源；

该芯片内部含有译码器，可直接接受BCD 码或16进制码，并同时具有两种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如左移、右移、闪烁、消隐、段寻址等；

HD7279具有片选信号，可方便的实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。

2.6 存储器的选择

为了实现对预设电话号码的存储和对报警信息的记录，本系统采用了能够保证掉电数据不丢失的铁电存储器，该类存储器相对于传统的EEPROM 有许多优点：

1.传统的EEPROM 写入次数有限，一般为10万次，而铁电存储器有着近乎无限次擦写的特性；

2.传统的EEPROM 写入速度较慢，一般需要CPU 延时几个NOP 的时间来等待写入，而铁电存储器有着和RAM 相同的操作速度；

3.EEPROM 需要较大的能量来完成一次擦写，而铁电存储器在写入时属于微功耗。

同时本设计选用了FM24C16来作为非易失性数据存储器，其特点如下：

1. FM24C16A是一种串行非易失存储器，它的结构容量为512*8位，接口方式为工业标准二线制造串行接口，与串行EEPROM的功能操作相似，与EEPROM 具有相同的引脚排列，不同之处在于，FM24C16A具有非常出色的写操作性能；

2.FRAM内部采用读恢复机制操作。所以读写次数与每一次读写都有关系。FRAM结构是基于行与列阵列排布，每次访问都会使一行减少一次读写寿命。铁电的擦写次数几乎可以说是无限次。即使每秒访问3000次，连续使用十年，使用寿命仍未终止。

2.7 时钟芯片的选择

为了实现发生警情时，对发生警情的时间进行记录，且为了保证系统的可靠运行，要求系统进行自检并定时上报系统运行状态，因此需要系统具有实时时钟功能。

DS12887采用CMOS技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部。采用DS12887芯片设计的时钟电路不需任何外围电路并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微轼耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。故本设计选用了DS12887实时时钟芯片。

该模块有两个功能：一是为系统提供实时的时间日历信息；二是送出一个周期为125ms的方波作为MCU AT89S52外部中断INT0的中断源，以产生周期性中断采集数据。该模块主要由DS12887组成，具体的接口电路如图所示。DS12887是DALLAS公司生产的实时日历时钟芯片，其主要功能包括非易失性时日历时钟、报警器、可编程中断、方波

发生器和114字节的非易失静态RAM。

3 系统硬件设计

3.1 系统结构原理图

主电路采用AT89S52，由于AT89S52内含8KB容量，因此在设计中不需要外扩ROM。硬件电路主要有键盘接口电路、时钟电路、电源电路、发射接收电路、传感器采集信号电路等组成。

电路原理框图如图3.1所示：

图3-1 电路原理框图

3.2 单片机电源

由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，单片机要求电源中应尽量较少纹波,电压要稳定，且单片机复位电路要稳定、可靠，故需要设计一个直流稳压电源给单片机供电，先经变压器转为9伏的交流电，再通过桥堆2W10对输入的9 伏的交流电进行整流，然后通过电容滤波，稳压器进行稳压，使后续电路的电压稳定为+5伏，电源指示灯亮，说明该模块能正常工作。

3.3实时时钟

为了实现发生警情时，对发生警情的时间进行记录，且为了保证系统的可靠运行，要求系统进行自检并定时上报系统运行状态，因此需要系统具有实时时钟功能。本设计选用了DS12887实时时钟芯片。

3.3.1 DS12887功能与特点介绍

DS12887采用CMOS技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部。采用DS12887芯片设计的时钟电路勿需任何外围电路并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微轼耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。其主要功能如下：

1．内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。

2．计秒、分、时、天、星期、日、月、年，并有闰年补偿功能。

3．二进制数码或BCD码表示时间、日历和定闹。

4．12小时或24小时制，12小时时钟模式带有PWM和AM指导，有夏令时功能。5．MOTOROLA5和INATAEL总线时序选择。

6．有128个RAM单元与软件音响器，其中14个作为字节时钟和控制寄存器，114字节为通用RAM，所有ARAM单元数据都具有掉电保护功能。

7．可编程方波信号输出。

8．中断信号输出(IRQ)和总线兼容，定闹中断、周期性中断、时钟更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。

3.3.2 时间、日历和定闹单元

时间和日历信息通过读相应的内存字节来获取，时间、日历和定时闹钟通过写相应的内存字节设置或初始化，其字节内容可以是十进制或BCD形式。时间可选择12小时制或24小时制，当选择12小时制时，小时字节高位为逻辑“1”代表PM。时间、日历和定闹字节是双缓冲的，总是可访问的。每秒钟这10个字节走时1秒，检查一次定闹条件，如在更新时，读时间和日历可能引起错误。三个字节的定闹字节有两种使用方法。第一种，当定闹时间写入相应时、分、秒定闹单元，在定时允许、闹钟位置高电平的条件下，定闹中断每天准时起动一次。第二种，在三个定闹字节中插入一个或多个不关心码。不关心码是任意从C到FF的16进制数。当小时字节的不关心码位置位时，定闹为小时发生一次由于相线小时和分钟定闹字节置不关心位时，每分钟定闹一次；当三个字节都置不关心位时，每秒中断一次。

3.3.3DS12887引脚定义

图3-3 DS12887引脚结构

AD0-AD7：地址/数据，应接P0口。

MOT：总线类型选择，与AT89S52连接时接地。

CS：片选端，地址选通，与AT89S52连接时接ALE。

R/W：读/写控制，与A T89S52连接时接WD。

DS：数据选通，与AT89S52连接时接RD。

RESET：复位端，接+5V。IRQ：中断请求输出。

3.4信号采集电路

3.4.1 红外信号检测

对于防盗传感器，本系统采用主动式红外对射传感器，它相对于传统的被动式热释红外传感器有以下优点：

1.主动式对射红外传感器安装于门窗及一切需要设防的位置，采用多光束综合判断，当有一定体积的障碍物遮挡时，才被触发，极大的降低了传感器的误报；

2.由于其安装在门窗等位置，使夜间主人的正常活动不受限制，这给用户提供了极大的夜间布防的可能。

图3-4 红外信号检测电路

3.4.2气体、烟雾检测

本设计选用电化学型气体传感器，电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器，近年来，又开发了检测酸性气体和毒性气体的原电池式传感器。可控电位电解式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能检测CO，NO，N02，02，S02等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数。离子电极式气体传感器出现得较早，通过测量离子极化电流来检测气体的体积分数已电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。

图3-5 气体、烟雾检测电路

3.5 复位电路

该部分电路完成AT89S52的复位，采用按键复位的方式，它与单片机的RST 引脚相连，当单片机出现死机或希望它复位的情况下，该电路就会起作用，同时它也具有上电复位的功能。其电阻R1为200欧姆，R2为1K欧姆，电容为22uF。

图3-6 复位电路

3.6 键盘显示电路

为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能，则必须有键盘和LED显示，来对防盗报警系统进行电话号码的预设，本设计选用HD7279作为键盘显示驱动。

3.6.1 HD7279键盘显示芯片

该芯片支持64键盘和8位数码管动态显示，与传统的键盘显示芯片8279相比，外围芯片少，与CPU仅有4线串行通信，大大的节省了CPU I/O口的资源；

HD7279内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有两种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如左移、右移、闪烁、消隐、段寻址等；

HD7279具有片选信号，可方便的实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。

3.7 遥控布撤防电路

为了实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变，本设计选用了315M调幅遥控器，该遥控器具有以下优点：

1．工作在业余频段，不用花钱购买频点；

2．有效距离远，一般可达200－1000米；

3．有丰富的地址码供用户选择，由于遥控器和遥控器接收板上应用的PT2262/PT2272编解码芯片对都提供8位三态的编解码状态，也就是说有3的8次方地址码可供用户选择，足以满足小区内所有用户的防盗报警布、撤防应用。

发射、接收电路无解码电路图分别如下：

图3-7 发射电路

图3-8 接收电路

3.8 GSM模块与单片机的连接电路

HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议，与单片机通过串口连接，由于HRH GSM模块有9个外接引脚针，经过变换放大与单片机的串行通信口连接，以半双工的工作方式，来进行通信和控制。

GSM模块与单片机的连接如图3-9所示：

图3-9 GSM模块与单片机的连接

4 家庭防盗报警系统的软件设计

4.1主程序流程图

图4-1 主程序流程图

本系统要实现的功能比较多，软件编写比较复杂，主程序主要完成的工作有：

有没有陌生人进入，有没有煤气泄漏，发生险情时及时短信通知户主。短信控制部分，实现远程的家庭防盗安全监控。

4.2 外部中断0中断服务子程序流程图

图4-2外部中断0中断服务子程序流程图

4.3 通信模块的设置

该设计选用HRH GSM Modem来进行通信。HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的GSM 通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而且公网的数据传输具有通信范围广（GSM 网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点。

HRH GSM Modem 的软件协议

1．…A?表示ASCII 字符A，00 或00H 表示16 进制数据00。

2．帧结构：帧头（固定为0AAH）＋指令码＋数据。

4.3.1 设置短信中心号

以北京地区为例，短信中心号为：+86138********，应向GSM MODEM 下