單片機(jī)和GSM的家庭防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 單片機(jī)和GSM的家庭防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目前市場上家用報(bào)警系統(tǒng)多數(shù)是通過電話線實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能的， 當(dāng)電話線被惡意剪斷時(shí)， 系統(tǒng)就會(huì)失去報(bào)警功能。針對(duì)此問題， 將移動(dòng)通信技術(shù)引入本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 防止了此類問題的發(fā)生， 依據(jù)性價(jià)比及實(shí)際功能要求， 本系統(tǒng)采用單片機(jī)及移動(dòng)通信技術(shù)開展總體方案的設(shè)計(jì)。把GSM/GPRS 模塊和單片機(jī)、攝像頭模塊及語音模塊有機(jī)地結(jié)合起來， 完成單片機(jī)與GSM/GPRS 模塊的通信及與攝像頭模塊的通信， 設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大的家庭網(wǎng)絡(luò)防盜系統(tǒng)。 1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中的移動(dòng)通信模塊采用*譜泰科技公司的PT39I 模塊。外圍電路自行設(shè)計(jì)， 通過單片

2、機(jī)的RS232串口與移動(dòng)通信模塊開展連接。根據(jù)性價(jià)比以及系統(tǒng)的實(shí)際功能要求等， 系統(tǒng)采用STC89C58 單片機(jī)作為控制器， 通過STC89C58 標(biāo)準(zhǔn)的全雙工串口與移動(dòng)通信模塊開展通信。首先將傳感器采集到的報(bào)警信號(hào)發(fā)送至單片機(jī)， 單片機(jī)通過判斷， 發(fā)送控制指令到通信模塊， 通信模塊接到指令后調(diào)用設(shè)計(jì)好的報(bào)警短信息， 利用GSM 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到用戶手機(jī)， 實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能.用戶接到報(bào)警的短信息后， 可以回復(fù)短信息到報(bào)警系統(tǒng)， 系統(tǒng)根據(jù)用戶回復(fù)的短信息內(nèi)容開展相應(yīng)的判斷， 從而發(fā)出相應(yīng)的防盜指令給控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。使用STC89C58 單片機(jī)作為控制中心， 配有警情采集模塊、移動(dòng)通信模塊、報(bào)警模塊、執(zhí)

3、行機(jī)構(gòu)、攝像頭、語音等模塊。系統(tǒng)總體硬件框圖如圖1 所示。 2 系統(tǒng)硬件組成模塊 2.1 PT39I 模塊 PT39I 是一款非常典型的無線通信GSM 模塊， 可以快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)功能、語音功能、短消息服務(wù)功能和傳真功能。工作電壓為3.4 V4.3 V,實(shí)際使用*議的電壓值為3.8 V4.0 V.工作在900MHz 和1 800 MHz 以及1 900 MHz 三個(gè)頻段， 所在頻段功耗分別為2 W（900 MHz ） 和1W（1 800 MHz 和1 900 MHz） . 圖2 中恒壓芯片為LM2941S , 根據(jù)PT39I 的電氣規(guī)范可知其允許的電壓范圍為3.4 V4.

4、3 V, 因此可以將單片機(jī)的IO 引腳直接接在PT39I 模塊上ZIF 連接器的15 腳上， 啟動(dòng)模塊需要加載一個(gè)至少100 ms 的低電平信號(hào)。通過延時(shí)的方法實(shí)現(xiàn)PT39I 模塊的啟動(dòng)。 2.2 單片機(jī)選型 在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)過綜合分析， 需要一款內(nèi)存較大的單片機(jī)， 因此選中STC89C58 , 內(nèi)存為1 KB RAM 空間，32 KBROM 空間。設(shè)計(jì)時(shí)劃分了201 個(gè)短信數(shù)據(jù)交換空間，206 個(gè)彩信數(shù)據(jù)交換空間。采用22.118 4 MHz 的晶振頻率有兩個(gè)原因， 一是匹配波特率， 二是提高單片機(jī)數(shù)據(jù)的處理速度。 2.3 SIM 卡電路設(shè)計(jì) SIM 卡是帶有微處理器的芯片， 內(nèi)含5 個(gè)模塊， 每

5、個(gè)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)功能：CPU, 程序存儲(chǔ)器ROM、工作存儲(chǔ)器RAM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROM 和串行通信單元， 這5 個(gè)模塊被集成在一塊集成電路中。因此SIM 卡在與手機(jī)連接時(shí)， 少需要5 個(gè)連接線： 電源（VCC） 、時(shí)鐘（CLK） 、數(shù)據(jù)I/O 口（Data） 、復(fù)位（RST） 、接地端（GND） .如圖3 所示。 2.4 攝像頭模塊 選擇GXT-M201 攝像頭， 它可以直接輸出JPEG 格式， 便于GMS/GPRS 模塊發(fā)送彩信。 2.5 語音電路設(shè)計(jì) 語音合成芯片采用科大訊飛公司生產(chǎn)的XF-S3111 ,該芯片內(nèi)嵌多種合成方式。且體積較小， 使用方便， 主要是面向中低端應(yīng)用， 符合本系統(tǒng)

6、的成本要求。本系統(tǒng)中需要使用其提示音合成的功能。 將單片機(jī)的P32 連接到語音的TXD 引腳上， 單片機(jī)用模擬串口的方式將數(shù)據(jù)傳給語音芯片。RST 與單片機(jī)的P15 相連， 在本系統(tǒng)中對(duì)GB2312 和Unicode 格式編碼的信息開展報(bào)讀。在完成一種語音的播報(bào)后就開展模塊重啟， 此時(shí)就用到芯片的復(fù)位信號(hào)。這樣方便另一種語音的播報(bào)。該芯片采用3.3 V 電源供電， 原理圖中J2 為3.3 V 穩(wěn)壓芯片。8 腳為模擬音頻信號(hào)輸出點(diǎn)， 接音頻放大電路。 2.6 單片機(jī)與GSM 模塊通信電路設(shè)計(jì) 74LS04 內(nèi)部有6 個(gè)反相器， 圖4 只用到其中的4個(gè)。在該電路的設(shè)計(jì)中利用其驅(qū)動(dòng)作用，保證單片機(jī)與

7、GSM 模塊間的通信數(shù)據(jù)不丟失。在實(shí)際應(yīng)用過程中做過相關(guān)的調(diào)試， 沒有該驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)通信數(shù)據(jù)是亂碼，參加該器件通信數(shù)據(jù)正常， 通信過程準(zhǔn)確無誤。原理圖如圖4 所示：1TXD 、1RXD 分別連接單片機(jī)的TXD 和RXD,74LS04 的13 和4 腳分別連接ZIF40 的RXD0 （18）和TXD0（19） .這樣的連接使信號(hào)得到了放大， 增強(qiáng)了傳輸過程中的驅(qū)動(dòng)能力。 2.7 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì) 在由單片機(jī)控制的儀器儀表、家用電器、工業(yè)監(jiān)控等系統(tǒng)中， 對(duì)某些狀態(tài)參數(shù)， 不僅要求能夠在線修改， 而且斷電后能保持， 以備上電后恢復(fù)系統(tǒng)的初始狀態(tài)。為此選用24 系列串行EEPROM 的產(chǎn)品。同時(shí)由于系統(tǒng)要對(duì)

8、特定用戶報(bào)警， 要求能對(duì)其身份開展有效的識(shí)別， 而這種信息在一個(gè)相對(duì)的時(shí)間里是固定不變的， 所以要對(duì)其開展保存而且要保證隨時(shí)能夠改寫。對(duì)本系統(tǒng)即手機(jī)報(bào)警系統(tǒng)來說需要保存的信息有： 用戶自己的手機(jī)號(hào)碼、報(bào)警時(shí)約定的報(bào)警密碼、家庭的地址、家庭其他用戶的號(hào)碼等相關(guān)信息。這幾個(gè)信息的內(nèi)容相對(duì)簡單， 因此使用EXEL 產(chǎn)品中的24C02 完夠到達(dá)要求。但是24C02 和其他24CXX 系列比較有一點(diǎn)特殊， 其按頁寫方式寫入數(shù)據(jù)時(shí)只能是8 B,這次設(shè)計(jì)中選用的是EXEL公司的24C02,其頁寫只能是4 B.所以在編程中采用字節(jié)寫入方式。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作過程簡介： 當(dāng)系統(tǒng)獲得傳感器信號(hào)時(shí)， 單片

9、機(jī)系統(tǒng)首先檢查當(dāng)前狀態(tài)是否為設(shè)防狀態(tài)。如果是，則單片機(jī)系統(tǒng)通過GSM 發(fā)送一條短信給用戶， 用戶獲得信息后可以發(fā)送控制命令。在異常狀態(tài)下有0 拍照 、1 監(jiān)聽 、2 撥打小區(qū)電話 幾條指令可用。當(dāng)用戶發(fā)送0 拍照 時(shí)， 首先從存儲(chǔ)器中提取用戶號(hào)碼與收到短信中的電話號(hào)碼開展比對(duì)， 校驗(yàn)成功后單片機(jī)就會(huì)發(fā)起對(duì)攝像頭的通信并完成拍照與上傳數(shù)據(jù)。之后通過GPRS 模塊將照片發(fā)送至用戶的手機(jī)上。當(dāng)用戶發(fā)送1監(jiān)聽時(shí)，單片機(jī)首先從存儲(chǔ)器區(qū)中提取電話號(hào)碼并撥打該號(hào)碼。用戶接聽電話后，就可以監(jiān)聽家中的安全狀況。 當(dāng)用戶發(fā)送2 撥打小區(qū)電話 時(shí)， 系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)從存儲(chǔ)器中提取小區(qū)保安的電話號(hào)碼并撥打保安電話。每完成

10、操作，語音電路都會(huì)根據(jù)操作的內(nèi)容提示用戶操作的結(jié)果。系統(tǒng)軟件工作流程圖如圖5 所示。 圖5 系統(tǒng)軟件工作流程圖 利用串口助手可以對(duì)PT39I 開展測試和操作， 也可以用來分析理解AT 指令協(xié)議， 為軟件編程做準(zhǔn)備。在此根底上可以在單片機(jī)上開發(fā)程序， 通過串口對(duì)無線通信模塊開展控制， 到達(dá)實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)控制收發(fā)短消息的功能。.使用PT39I 收發(fā)短消息， 用戶必須準(zhǔn)備一張已開通的SIM 卡， 并將其插入PT39I 的SIM 卡座中。使用PC配合PT39I 收發(fā)短消息， 使用時(shí)需開啟PT39I 電源， 通過串行數(shù)據(jù)線連接到PC 機(jī)， 并在PC 端安裝串口讀寫軟件， 例如超級(jí)終端、Telix 等， 通過終端軟件發(fā)送AT 命令， 察看返回的數(shù)據(jù)是否正確。 系統(tǒng)的測試、啟動(dòng)、初始化完成后， 用戶可以發(fā)送 拍照 到系統(tǒng)的號(hào)碼。發(fā)送短信后等待約1 min .用戶會(huì)收到一條彩信， 打開瀏覽， 是系統(tǒng)抓拍的照片。有一點(diǎn)需要說明， 系統(tǒng)攝像頭抓拍的照片為收到用戶短信后2 s左右， 但是數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間較長。具體傳輸時(shí)間由照片的大小和串口的通信速率決定。在系統(tǒng)收到用戶發(fā)送的拍照命令后， 系統(tǒng)要完成主控制器對(duì)攝像頭模塊的同步與設(shè)置。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于通過軟、硬件結(jié)合的方式， 設(shè)計(jì)了一種基于STC89C58 和GSM 網(wǎng)絡(luò)的家庭網(wǎng)絡(luò)防盜系統(tǒng)