智能家居報警系統(tǒng)設(shè)計

PAGE本科畢業(yè)設(shè)計智能家居報警系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著科技的發(fā)展與社會的進步，智能家居已經(jīng)開始進入人們的日常生活，大家越來越注重智能家居系統(tǒng)的設(shè)計。智能家居系統(tǒng)以住宅為平臺，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體。利用先進的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和無線電技術(shù)，將與居家生活有關(guān)的各種設(shè)備有機地結(jié)合起來。通過網(wǎng)絡(luò)化的綜合管理家中設(shè)備，來創(chuàng)造一個優(yōu)質(zhì)、高效、舒適、安全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保的居住生活環(huán)境空間。本系統(tǒng)為智能家居報警系統(tǒng)，由微型控制器，人體熱釋感應(yīng)模塊，顯示模塊，報警模塊，密碼鎖鍵盤輸入模塊，密碼存儲模塊，GSM（GlobalSystemofMobilecommunication）通信模塊，串口程序下載模塊和模擬門組成。微型控制器采用STC（StandardTestCondition）89C52單片機，其具有低功耗，低成本，操作簡單的特點。人體熱釋感應(yīng)模塊采用BISS0001，是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，是一種開關(guān)量傳感器。液晶顯示模塊采用LCD1602（LiquidCrystalDisplay）。報警模塊采用蜂鳴器鳴叫和紅色LED（LightEmittingDiode）發(fā)亮來報警。密碼鎖鍵盤輸入模塊采用4×4薄膜鍵盤。密碼存儲模塊采用AT24C02芯片，可以儲存六位數(shù)的密碼。GSM模塊用的是TC35，是一款雙頻900/1800MHz高度集成的GSM模塊。模擬門是由綠色LED的亮與滅來模擬家里的門的開與關(guān)。本系統(tǒng)經(jīng)過制作和測試，很好地完成了原本理論設(shè)計中所有的功能：第一，檢測室內(nèi)是否有人非法進入；第二，電子密碼鎖和密碼的修改存儲；第三，液晶顯示；第四，GSM遠程報警。本系統(tǒng)具有成本低，操作簡單，環(huán)保高效，可靠性高等特點，而且具有良好可擴展性和實用價值。符合家居智能化系統(tǒng)創(chuàng)造一個安全舒適環(huán)保的生活環(huán)境設(shè)計理念，能提高現(xiàn)代生活的科技檔次和品質(zhì)。關(guān)鍵詞：89C52人體熱釋感應(yīng)密碼鎖液晶顯示GSM報警IntelligentBuildingAlarmSystemLinWeiqian（CollegeofScience,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China）Abstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnologyandtheprogressofthesociety,intelligentbuildinghasstartedintopeople'sdailylife.Peoplepaymoreandmoreattentiontothedesignofthesystem.Intelligentbuildingisbasedonthehousing.Itisconsistofsystem,structure,service,managementandcontrol.Itcreatesacomfortable,safeandconvenientspaceofhighqualityandhighefficiencythroughthenetworkofcomprehensivemanagementbyusingtheadvancednetworkcommunicationtechnology,automationtechnology,computertechnologyandtheradiotechnology.Thissystemisconstructedbymicrocontroller,humanpyroelectricsensor,displaymodule,alarmmodule,combinationlockmodule,passwordstoragemodule,GSMcommunicationmodule,andthesimulationofthedoor.MicrocontrollerusesSTC89C52thatwithlowpowerconsumption,lowcostandsimpleoperationcharacteristic.ThehumanpyroelectricsensorusesBISS0001thathasahigh-performanceintegratedcircuits.LCDdisplayusesLCD1602.Alarmmoduleworksbythebuzzer’sscreamingandtheredled’sshine.Combinationlockmoduleuses4×4filmkeyboard.ThepasswordstoragemoduleusesAT24C02chipthatcanstorethepasswordofsixfigures.GSMmoduleusesTC35thatisa900/1800MHzdouble-frequencyhighlyintegratedGSMmodule.Simulationdoorsimulatestheopeningofthedoorbylightingthegreenled.Thissystemperformswellinallthefunctionsoftheoriginaldesignthroughproductionandtesting.Fisrtly,itcantestwhetheranyonegetintothebuildingillegally.Secondly,ithasthecombinationlockandthechangeandstorageofthepassword.Thirdly,ithasLCDdisplay.Lastly,itusesGSMforremotealarm.Thesystemprovideslowcostandhighreliabilitytothebuilding.Itisconvenient,efficientandenvironmentallyfriendly.Andthen,ithasgoodscalabilityandpracticalvalue.Thissysteminlinewiththedesignconceptofcreatingasafeandcomfortablelivingenvironment.Itcanimprovethegradeofmodernlifeandthequalityoflife.Keywords:89C52HumanpyroelectricsensorLockLCDdisplayGSMAlarmPAGEIII目錄1前言 11.1研究背景與意義 11.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 11.3國外發(fā)展現(xiàn)狀 21.4未來發(fā)展趨勢 32總體方案確定 42.1方案的對比與選擇 42.1.1方案一 42.1.2方案二 52.2方案的對比 62.3方案的確定 73硬件系統(tǒng)的分析及設(shè)計 73.1硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計 73.2各個硬件模塊的設(shè)計 93.2.1單片機最小系統(tǒng) 93.2.2人體熱釋感應(yīng)模塊 113.2.3液晶顯示模塊 133.2.4報警模塊 143.2.5密碼鎖與密碼存儲模塊 153.2.6GSM模塊 194軟件系統(tǒng)的分析及設(shè)計 204.1軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計 204.2各模塊的軟件設(shè)計 214.2.1液晶顯示模塊的軟件設(shè)計 214.2.2密碼鎖與密碼存儲模塊的軟件設(shè)計 224.2.3人體熱釋感應(yīng)模塊 244.2.4報警模塊 255電路調(diào)試與分析 255.1常用軟件介紹 255.1.1KeilC51介紹 255.1.2STC-ISP燒錄軟件 265.1.3串口調(diào)試助手 275.2系統(tǒng)硬件調(diào)試 275.3各電路模塊的軟硬件綜合調(diào)試與分析 285.3.1單片機最小系統(tǒng)的調(diào)試與分析 285.3.2密碼鎖與液晶顯示模塊的調(diào)試與分析 295.3.3人體熱釋感應(yīng)模塊的調(diào)制與分析 305.3.4GSM模塊的調(diào)試與分析 306結(jié)論 316.1本系統(tǒng)實現(xiàn)總結(jié) 316.2本系統(tǒng)不足之處 326.3未來展望 32參考文獻 33附錄 34附錄A本次系統(tǒng)設(shè)計實物圖 34附錄B本次系統(tǒng)設(shè)計的所有程序 35致謝 64畢業(yè)設(shè)計成績評定表PAGE831前言1.1研究背景與意義隨著科學技術(shù)和國民經(jīng)濟的提高，特別是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使家庭朝著生活現(xiàn)代化、居住環(huán)境舒適化安全化的方向發(fā)展。這些高科技已經(jīng)影響并改變了人們的生活習慣和生活質(zhì)量，家居智能化在這種形勢下應(yīng)運而生。計算機、嵌入式技術(shù)對普通家庭已經(jīng)產(chǎn)生了一次重要的變革。新的應(yīng)用背景下，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上延伸和發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，必然對家庭這一社會的基本單位產(chǎn)生又一次的變革，家庭不再是信息孤島，而將成為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，信息的獲取、傳輸、共享將變得更為便捷有序。上世紀80年代，美國學者托夫勒在《第三次浪潮》中預言：信息社會中，人們的生活中心將從以工業(yè)社會為核心回歸到以家庭為核心，家庭將重新成為社會的中心，在信息社會中具有重要的地位。以物聯(lián)網(wǎng)為標志的新的產(chǎn)業(yè)革命將人類帶入“微觀世界”，信息獲取的便利使人類感受不到距離的存在。一次新的科技浪潮即將到來。現(xiàn)在宏觀信息高速公路的構(gòu)架已經(jīng)完成，只剩下“最后的一公里”，這也是信息產(chǎn)生和處理的密集中心，智能家居即是這一中心的具體實現(xiàn)。（王志良等，2011）智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以提供遙控、家電（空調(diào)，熱水器等）控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠程控制、可編程定時控制及計算機控制等多種功能和手段。將原來的被動靜止的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。智能家居控制因系統(tǒng)布線簡單、功能靈活，擴展容易，而被人們廣泛接受和應(yīng)用。因此，在物聯(lián)網(wǎng)的全新環(huán)境以及對家居系統(tǒng)更高的要求下，研究智能家居具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。1.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國的智能家居相對于國外起步較晚，一些企業(yè)推出了自己的產(chǎn)品，但更多的是從實用的角度出發(fā)，其中典型產(chǎn)品列舉如下。海爾的“物聯(lián)之家”U-Home使用短距離無線射頻技術(shù)、多媒體處理技術(shù)、家電管理技術(shù)，將傳統(tǒng)的家電PC（PersonalComputer）手機等家用產(chǎn)品升級為網(wǎng)絡(luò)家電產(chǎn)品，從而形成家庭網(wǎng)絡(luò)。海爾U-Home數(shù)字家庭系統(tǒng)以家庭網(wǎng)關(guān)為控制中心，可以通過電話網(wǎng)、Internet、移動手機網(wǎng)等方式對家庭內(nèi)部的電器設(shè)備進行訪問及控制。目前，海爾已推出了網(wǎng)絡(luò)洗衣機、網(wǎng)絡(luò)冰箱、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、網(wǎng)絡(luò)熱水器、網(wǎng)絡(luò)微波爐等一系列信息家電產(chǎn)品。中訊威易智能家居系統(tǒng)是以信息化為平臺，將照明、電動窗簾、安防、監(jiān)控、背景音樂、可視對講等系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，室內(nèi)通過遙控器任意控制，室外可通過手機或電腦進行遠程控制。智能燈光及電器控制部分采用電力線載波控制協(xié)議。綜合控制系統(tǒng)由智能家居網(wǎng)關(guān)、智能化遙控器、智能家居綜合管理軟件、手機客戶端軟件等組成，實現(xiàn)對房間設(shè)備的綜合管理。除了上述智能家居系統(tǒng)外，國內(nèi)還有很多致力于開發(fā)智能家居系統(tǒng)的企業(yè)和研究機構(gòu)，其立足于自身的優(yōu)勢和特點，所研究的系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上大體相似，但實現(xiàn)方法略有不同。例如，海信的數(shù)字化家庭信息系統(tǒng)、清華同方的e-Home數(shù)字家園、科龍集團的現(xiàn)代家居信息服務(wù)集散控制系統(tǒng)等。國內(nèi)的許多科研院所也開展了很多工作，如合肥工業(yè)大學對家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備的互聯(lián)互通和相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進行了詳細的研究，北京科技大學提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居組網(wǎng)通信和控制方案，給出了WebService的智能家居整體框架，為智能家居系統(tǒng)提供了很好的范本。1.3國外發(fā)展現(xiàn)狀目前，國外智能家居標準和產(chǎn)品較多，下面列舉幾種典型代表。美國的X-10系統(tǒng)是全球第一個利用電力線作為信息傳輸媒介的燈飾及電子電器的控制產(chǎn)品。X-10系統(tǒng)采取集中控制方式實現(xiàn)各種功能，目前已制訂出一整套完善的控制標準，在家庭自動化，如安全監(jiān)控、電器控制等方面得到了廣泛應(yīng)用。X-10的控制規(guī)格已成為當今美國家庭自動化控制規(guī)格的主要領(lǐng)導者。國內(nèi)已有代理商推出了適用中國住宅的、改進的X-10系統(tǒng)。歐洲設(shè)備安裝總線協(xié)議EIB（EuropeanInstallationBus）是電氣布線領(lǐng)域使用范圍最廣的行業(yè)規(guī)范和產(chǎn)品標準。EIB的控制方式為對等控制方式，方便擴容與改裝，其元器件均為模塊化元件。EIB在國內(nèi)應(yīng)用不多，主要原因是其工程要求較為復雜、嚴格，且價格較高。在中國市場上ABB（AseaBrownBoveriLtd）公司和西門子公司推出了各自的EIB樓宇智能控制系統(tǒng)。目前，國內(nèi)廠家也在探詢通過互聯(lián)網(wǎng)和信息處理技術(shù)對EIB的功能進行擴展，以實現(xiàn)短信和電話監(jiān)控、互聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控等功能。美國德克薩斯大學的MavHome的設(shè)計目標是要創(chuàng)造一個以智能Agent角色運行的家庭環(huán)境。智能Agent尋求用戶舒適的最大化和運行成本的最小化。為了達到這一目標，智能Agent必須能夠預測用戶的移動模式和設(shè)備的使用情況。MavHome所使用的預用戶下一步行為的預測算法都是在對歷史行為數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和學習的基礎(chǔ)上做出進一步的預測。MavHome的智能架分為四個層次，自上而下依次為決策層、信息層、通訊層和物理層。除了上述典型的智能家居系統(tǒng)外，一些實驗室也開展了很多相關(guān)工作。例如美國佛羅里達大學的移動和普適計算實驗室的GeorgiaTechAwareHome、美國麻省理工學院的MITIntelligentRoom、韓國公州大學設(shè)計的SmartHomeEnergyManagementSystem等。1.4未來發(fā)展趨勢智能家居網(wǎng)絡(luò)的理想目標是：不僅可以完成家庭內(nèi)部各種設(shè)備資源的共享協(xié)同工作，還能通過三網(wǎng)融合(即廣播電視網(wǎng)，電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合)，實現(xiàn)家庭內(nèi)部設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)的信息交互，通過豐富多彩的應(yīng)用和服務(wù)使用戶享受到便利、安全、舒適的生活體驗。智能家居網(wǎng)絡(luò)由兩部分組成，即家庭自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和家庭信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)家居系統(tǒng)的四化：家庭自動化、家電信息化、信息網(wǎng)絡(luò)化、家政設(shè)施虛擬化。國內(nèi)外一些公司和企業(yè)已經(jīng)針對這些問題推出了一系列的解決方案，但由于市場利益以及技術(shù)標準等問題的存在，這些方案仍停留在控制與互聯(lián)層次，與真正的智能仍有很大的差距具有一定的局限性，且忽略了智能家居系統(tǒng)在社會信息高速公路中節(jié)點終端的位置，未解決此環(huán)境下真正的信息共享。另外，家用電器生產(chǎn)商開發(fā)的智能家居仍是以自我為中心，設(shè)備對外不具備開放性的接口，協(xié)議也是封閉的。這種智能家居網(wǎng)絡(luò)不但沒有真正實現(xiàn)設(shè)備之間的互通互聯(lián)反而設(shè)置了更多的障礙?，F(xiàn)有的智能家居產(chǎn)品多數(shù)是以環(huán)境監(jiān)測為主，輔以一些簡單的設(shè)備控制，例如燈光、窗簾等設(shè)備，設(shè)備類型單一，整體結(jié)構(gòu)較為簡單，信息的處理多體現(xiàn)在監(jiān)控上，沒有高層次的數(shù)據(jù)分析與挖掘，信息的傳輸和融合方式顯得單一，信息交互和表達方式缺少柔性，距離智能還有很大的差距。另外，雖然世界上的諸多標準化組織以及公司已經(jīng)推出了很多標準化協(xié)議，但事實上，還沒有哪一種協(xié)議和標準在實際的推廣中可以單獨承擔建立整個數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的能力，未來我們看到的將是它們的有機結(jié)合。針對以上分析到的目前智能家居控制領(lǐng)域存在的不足，結(jié)合計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展方向，智能家居網(wǎng)絡(luò)不可避免地將成為一個結(jié)構(gòu)復雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)面向不同類型的設(shè)備，融合有線方式與無線方式網(wǎng)絡(luò)功能的行為實現(xiàn)需要兼容的家庭設(shè)備，這些設(shè)備可以自由地生成和注銷以提供網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和服務(wù)的便利性。未來，智能家居系統(tǒng)存在以下發(fā)展趨勢：（1）標準化的網(wǎng)絡(luò)接口：包括硬件接口和軟件協(xié)議，是識別設(shè)備和數(shù)據(jù)通信的前提。（2）跨平臺的操作系統(tǒng)：智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用程序可自由運行在PC機或嵌入式設(shè)備上，操作系統(tǒng)平臺可以是Windows、Linux等。（3）可靠的移動互聯(lián)：有線的連接方式最終轉(zhuǎn)換為無線，使得用戶無需考慮布線的問題，只要在無線的覆蓋范圍內(nèi)即可實現(xiàn)信息獲取和輸送。通過廣播電視網(wǎng)、電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)更廣泛的互聯(lián)。（4）廉價的設(shè)備組建：在設(shè)備具有統(tǒng)一的標準接口后，傳感器和執(zhí)行器在市場的推動下會朝著低成本的方向發(fā)展，設(shè)備更多的是以模塊的形式存在。（5）安全的自組織：家庭設(shè)備以安全的方式實現(xiàn)自組織而不依賴于用戶的配置，減輕用戶的參與，設(shè)備之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更多的是動作協(xié)調(diào)和任務(wù)分配的數(shù)據(jù)，用戶直接操作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)只占一小部分。在物聯(lián)網(wǎng)時代，智能家居將家庭與社會聯(lián)系得更為緊密，智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)眾多終端形式的一種，負責完成家庭環(huán)境下的信息采集，實現(xiàn)智能控制。依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，家庭網(wǎng)絡(luò)的信息承載量將達到最大化，因此其性能也將超過以往的家庭集成控制系統(tǒng)?？刂颇Ｊ綇囊酝鶈我辉O(shè)備的簡單控制轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣O(shè)備的智能互聯(lián)、協(xié)同互動。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也有別于以往的系統(tǒng)。由于家庭環(huán)境設(shè)備功能各異，數(shù)據(jù)類型不同，必然需要使用不同的網(wǎng)絡(luò)平臺得以實現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)集成融合，在此也得以體現(xiàn)。相信在不久的將來，在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的不斷推動下，智能家居將真正走進尋常百姓的家中，人們也將真正享受到智能家居的舒適生活。2總體方案確定2.1方案的對比與選擇2.1.1方案一 智能家居報警系統(tǒng)由微型控制器，人體熱釋感應(yīng)模塊，顯示模塊，報警模塊，密碼鎖鍵盤輸入模塊，密碼存儲模塊，GSM通信模塊，程序下載模塊和模擬門組成。微型控制器采用AT89C52單片機，具有低功耗，低成本，操作簡單等特點。人體熱釋感應(yīng)模塊是采用開關(guān)量傳感器。報警模塊采用蜂鳴器鳴叫和紅色LED發(fā)亮報警。密碼鎖鍵盤輸入模塊采用4×4薄膜鍵盤。模擬門是由綠色發(fā)光二極管的亮與滅來模擬家里的門的開與關(guān)。功能：①利用人體熱釋感應(yīng)模塊檢測是否有進入室內(nèi)，有人則啟動報警。②采用4×4薄膜鍵盤作為智能密碼鎖，輸入密碼錯誤則啟動報警。③采用發(fā)光二極管模擬門的狀態(tài)。④采用蜂鳴器和二極管報警。⑤通過GSM網(wǎng)絡(luò)和家庭主人通信。⑥通過串口下載程序。單片機單片機人體熱釋感應(yīng)模塊密碼鎖鍵盤輸入模塊與密碼存儲模塊顯示模塊報警模塊模擬門GSM通信模塊與程序下載模塊圖1方案一系統(tǒng)框圖2.1.2方案二 智能家居報警系統(tǒng)主要分為四大部分：上位機數(shù)據(jù)處理顯示，下位機數(shù)據(jù)采集與處理，節(jié)點與主機無線通信，GSM網(wǎng)絡(luò)通信。上位機由主控模塊，無線通信接收模塊，人機交互液晶顯示模塊，電器控制接口模塊，語音芯片報警模塊，實時時鐘模塊和GSM通信模塊組成。下位機由主控模塊和各種傳感器組成。下位機通過各種傳感器可以采集室內(nèi)的溫度，濕度等信息發(fā)送給上位機；上位機通過接收下位機的信息進行處理，對電器控制和判斷是否啟動語音報警等操作。并且可通過GSM模塊通知家庭主人有關(guān)房子的信息。功能：①采用無線模塊實現(xiàn)室內(nèi)通信，檢測點可隨意移動。②下位機可以檢測室內(nèi)的溫度，濕度等環(huán)境狀態(tài)信息。③下位機可以檢測室內(nèi)是否有人非法進入和智能密碼鎖開關(guān)門。④上位機采用PS2鍵盤輸入模塊和人機交互液晶顯示模塊，具有人性化的操作。⑤上位機可以實現(xiàn)語音報警和信息記錄等功能。⑥通過GSM網(wǎng)絡(luò)，家庭主人可以遠程檢測了解房子的信息。PS2鍵盤輸入模塊實時時鐘模塊上位機主控模塊PS2鍵盤輸入模塊實時時鐘模塊上位機主控模塊語音報警模塊GSM通信模塊人機交互液晶顯示模塊下位機主控模塊無線通信模塊無線通信模塊溫度檢測濕度檢測電量檢測人體熱釋檢測密碼鎖圖2方案二系統(tǒng)框圖2.2方案的對比方案一功能雖然較為簡單，可卻能切中要害，操作方便，可用性強，而且盡量減少硬件資源，環(huán)保高效，可靠性強。而且，還能根據(jù)不同的家庭拓展出不同的功能。方案二雖然功能強大，可卻略顯浮夸。許多如濕度檢測，時鐘，語音報警等功能看似提升了系統(tǒng)的整體功能，可價值卻不大，浪費資源，有了GSM模塊的通信，又采用了無線通信，也是一種浪費。2.3方案的確定智能家居系統(tǒng)講究的是方便，實用，簡單，高效，可靠性強。通過兩種方案的詳細介紹與了解，再根據(jù)現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)的要求和兩種方案的明顯對比，最終確立方案一為此次智能家居報警系統(tǒng)的設(shè)計方案。3硬件系統(tǒng)的分析及設(shè)計3.1硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計智能家居報警系統(tǒng)由以下幾部分組成：①微型控制器，采用AT89C52單片機，具有低功耗，低成本，操作簡單等特點。②人體熱釋感應(yīng)模塊，采用熱釋電紅外傳感器BISS0001，是開關(guān)量傳感器。③液晶顯示模塊，采用液晶LCD1602顯示。④報警模塊，采用蜂鳴器鳴叫和紅色發(fā)光二極管發(fā)亮報警。⑤密碼鎖鍵盤輸入模塊，采用4×4薄膜鍵盤。⑥密碼存儲模塊，用AT24C02來實現(xiàn)。⑦模擬門，是由綠色發(fā)光二極管的亮與滅來模擬家里的門的開與關(guān)。⑧GSM通信模塊和程序下載模塊，用串口和芯片MAX232來實現(xiàn)。GSM電話提醒GSM電話提醒綠燈模擬門PC機（通過串口下載程序）串口單片機最小系統(tǒng)（電源，晶振與復位電路）密碼輸入與修改模塊人體紅外檢測模塊BISS0001液晶顯示模塊LCD1602報警模塊（蜂鳴器與紅燈）圖3系統(tǒng)總體框圖圖4總硬件設(shè)計 整個系統(tǒng)的實物圖詳見附錄A。3.2各個硬件模塊的設(shè)計3.2.1單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)主要由芯片89C52，晶振電路和復位電路組成。圖5STC89C52（1）89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產(chǎn)品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了CMOS的高速和高密度技術(shù)及CMOS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于89C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應(yīng)用場合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM（RandomAccessMemory）、8K片內(nèi)程序存儲器ROM（Read-OnlyMemory）、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。89C52有PDIP（PlasticDualIn-LinePackage），40pin和PLCC（PlasticLeadedChipCarrier），44pin兩種封裝形式。主要功能特性如下：表189C52功能特性標準MCS-51內(nèi)核和指令系統(tǒng)片內(nèi)8kROM（可擴充64kB外部存儲器）32個雙向I/O口256×8bit內(nèi)部RAM（可擴充64kB外部存儲器）3個16位可編程定時/計數(shù)器時鐘頻率3.5-12/24/33MHz向上或向下定時計數(shù)器改進型快速編程脈沖算法6個中斷源5.0V工作電壓全雙工串行通信口布爾處理器幀錯誤偵測4層優(yōu)先級中斷結(jié)構(gòu)自動地址識別兼容TTL和CMOS邏輯電平空閑和掉電節(jié)省模式PDIP(40)和PLCC(44)封裝形式（2）晶振電路單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C15和C16構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為11.0592MHz，電容選擇陶瓷電容，電容值為33PF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容安裝得與單片機芯片靠近，可以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。圖6晶振電路 （3）復位電路復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路，如圖7所示。C1取10μF，R1為1KΩ，R2為10KΩ。復位電路工作原理如右圖所示，VCC上電時，C1充電，在10KΩ電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后，C1充滿，10K電阻上電流降為0A，電壓也為0V，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下S1，C1放電。S1松手，C1又充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位。幾個毫秒后，單片機進入工作狀態(tài)。圖7復位電路3.2.2人體熱釋感應(yīng)模塊圖8人體熱釋感應(yīng)模塊（1）基本特性：①工作電壓：DC5V至20V。

②靜態(tài)功耗：65微安。

③電平輸出：高3.3V，低0V。

④延時時間：可調(diào)(0.3秒~10分鐘)。

⑤封鎖時間：0.2秒。

⑥觸發(fā)方式：L不可重復，H可重復，默認值為H。

⑦感應(yīng)范圍：小于120度錐角，7米以內(nèi)。

⑧工作溫度：-15℃~+70℃。圖9人體熱釋感應(yīng)模塊電路（2）功能特點及電路原理：

①全自動感應(yīng)：當有人進入其感應(yīng)范圍則輸入高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平。輸出低電平。②光敏控制(可選）：模塊預留有位置，可設(shè)置光敏控制，白天或光線強時不感應(yīng)。③兩種觸發(fā)方式：L不可重復，H可重復?？商€選擇，默認為H。第一種，不可重復觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，延時時間一結(jié)束，輸出將自動從高電平變?yōu)榈碗娖?。第二種，可重復觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖?感應(yīng)模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點)。④具有感應(yīng)封鎖時間（默認設(shè)置：0.2秒）：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后(高電平變?yōu)榈碗娖?，可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接收任何感應(yīng)信號。此功能可以實現(xiàn)（感應(yīng)輸出時間和封鎖時間）兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。⑤工作電壓范圍寬：默認工作電壓DC5V至20V。

⑥微功耗：靜態(tài)電流65微安，特別適合干電池供電的電器產(chǎn)品。

⑦輸出高電平信號：可方便與各類電路實現(xiàn)對接。3.2.3液晶顯示模塊圖10LCD1602 （1）LCD1602的基本特性： ①+5V電壓，對比度可調(diào)。 ②內(nèi)含復位電路。 ③提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能。 ④有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM。 ⑤內(nèi)建有192個5×7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。⑥8個可由用戶自定義的5×7的字符發(fā)生器CGRAM。圖11液晶模塊電路（2）功能特點及原理： 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它有若干個5×7或者5×11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能顯示圖形。 它微功耗、超薄輕巧、顯示內(nèi)容豐富，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。3.2.4報警模塊圖12蜂鳴器與紅色二極管蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。結(jié)構(gòu)原理如下：①壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當接通電源后（1.5~15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5KHz的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。②電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。圖13報警模塊電路 工作原理：當人體熱釋感應(yīng)模塊檢測到有人進來或者輸入密碼錯誤的時候，單片機會發(fā)出一個低電平信號到P2.5口，這時蜂鳴器響，紅色二極管亮。3.2.5密碼鎖與密碼存儲模塊圖14密碼鎖（1）密碼鎖的特點：①保密性好，編碼量多，遠遠大于彈子鎖。隨機開鎖成功率幾乎為零。②密碼可變，用戶可以隨時更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人員的更替而使鎖的密級下降。誤碼輸入保護，當輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動。無活動零件，不會磨損，壽命長。使用靈活性好，不像機械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖。電子密碼鎖操作簡單易行，一學即會。圖15矩陣鍵盤電路（2）矩陣鍵盤：當非編碼鍵盤的按鍵較多時，若采用獨立式鍵盤占用I/O口線太多，此時可采用矩陣式鍵盤，鍵盤上的鍵按行列構(gòu)成矩陣，在行列的交點上都對應(yīng)有一個鍵。行列方式是用m條I/O線組成行輸入口，用n條I/O線組成列輸出口，在行列線的每一個交點處，設(shè)置一個按鍵，組成一個m×n的矩陣，矩陣鍵盤所需的連線數(shù)為行數(shù)＋列數(shù)，如4×4的16鍵矩陣鍵盤需要8條線與單片機相連，—般鍵盤的按鍵越多，這種鍵盤占I/O口線少的優(yōu)點就越明顯，因此，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)較為常見。矩陣式鍵盤識別按鍵的方法有兩種：一是行掃描法,二是線反轉(zhuǎn)法。 （3）密碼存儲模塊 ①存儲芯片AT24C02它是美國Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內(nèi)含256×8位存儲空間，具有工作電壓寬（2.5～5.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點。而且它是采用了I2C總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和I/O線，并且支持在線編程，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。AT24C02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。它通過SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時鐘線）兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。AT24C02正是運用了I2C規(guī)程，使用主/從機雙向通信，主機(通常為單片機)和從機（AT24C02）均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機產(chǎn)生串行時鐘信號（通過SCL引腳）并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。無論是主機還是從機，接收到一個字節(jié)后必須發(fā)出一個確認信號ACK。AT24C02的控制字由8位二進制數(shù)構(gòu)成，在開始信號發(fā)出以后，主機便會發(fā)出控制字，以選擇從機并控制總線傳送的方向。圖16AT24C02的兩種引腳圖 ②工作原理： 如圖17中AT24C02的1、2、3腳是地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89C52試驗開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送。第6腳SCL為串行時鐘輸入線。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個1KΩ的電阻上拉。第7腳需要接地。AT24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。圖17密碼存儲電路 （4）模擬門圖18模擬門電路 模擬門工作方式如下： ①當密碼輸入是正確的時候，模擬門處于工作狀態(tài)，即綠燈亮。 ②當密碼輸入三次錯誤時，報警模塊會工作，通過蜂鳴器和紅燈報警。3.2.6GSM模塊圖19GSM模塊單片機與GSM模塊的硬件連接TC35的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位，可以在300~115kbps的波特率下運行。由于數(shù)據(jù)通信電路中TC35數(shù)據(jù)接口工作在CMOS電平，而STC89C52芯片工作在TTL電平，所以在STC89C52芯片和TC35之間加入TI公司的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232。實現(xiàn)串口通訊的功能。（1）TC35Siemens公司的TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、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。單片機與TC35一般采用串行異步通信接口，具有紅外和通信電纜兩種連接方式。其中電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能以MAX232芯片為核心，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps。采用紅外接口的優(yōu)點是單片機系統(tǒng)與手機電氣隔離，相互不干擾，接口各自獨立，使用方便；缺點是通信距離較短，紅外傳播的方向性對接口相對位置有要求。采用電纜連接時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好；其主要缺點是接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計不當時就會對手機的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。這個單片機系統(tǒng)其實就是一個具有GPRS（GeneralPacketRadioService）功能的GSM手機模塊加上單片機控制系統(tǒng)，GSM手機模塊主要是用來建立無線信道，接收和發(fā)出短消息。單片機系統(tǒng)用來控制手機模塊，并且對收到的短消息信息進行解釋并執(zhí)行，目前全國共有8種短消息格式包含從互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)出的短消息。本系統(tǒng)采用通信電纜的連接方式。（2）MAX232MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專為RS-232標準串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V單電源供電。 主要特點：①符合所有的RS-232C技術(shù)標準。②只需要單一﹢5V電源供電。③片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓。④功耗低，典型供電電流5mA。⑤內(nèi)部集成2個RS-232C驅(qū)動器。⑥高集成度，片外最低只需4個電容即可工作。 （3）串口除了可以進行GSM通信之外，還可以從PC機上燒錄程序到單片機上，避免了一直要取出單片機去開發(fā)板上下載程序的麻煩，使設(shè)計能夠更快地完成。4軟件系統(tǒng)的分析及設(shè)計4.1軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計如圖20所示。開始先對各個模塊進行初始化。液晶顯示模塊開始工作。鍵盤掃描和人體紅外檢測模塊開始工作。密碼輸入和密碼修改模塊開始工作。。GSM模塊開始工作。初始化初始化液晶顯示鍵盤掃描密碼輸入3次以內(nèi)正確？YN模擬門開蜂鳴器響，紅燈亮GSM報警人體紅外檢測是否有人？N修改密碼輸入新密碼，修改成功開始圖20軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計 工作流程：接上電源打開開關(guān)，電源燈亮。各模塊進行初始化，液晶顯示W(wǎng)ELCOME！CODESLOCK！然后進入輸密碼或改密碼界面，在3次之內(nèi)輸入正確密碼后，模擬門打開，若錯誤，則啟動報警，且不能再輸入密碼。接著如果打開人體熱釋感應(yīng)模塊的開關(guān)，當有人在附近時，也將啟動報警裝置。 所有的程序詳見附錄B。4.2各模塊的軟件設(shè)計4.2.1液晶顯示模塊的軟件設(shè)計 液晶顯示模塊各個過程顯示的內(nèi)容如圖21所示。顯示W(wǎng)ELCOME！CODESLOCK！顯示W(wǎng)ELCOME！CODESLOCK！顯示KeyA:InputCodesKeyB:ChangeCode顯示InputCodes:AB顯示PleaseInputOld模擬門開輸入正確輸入錯誤顯示Codeserror!!輸入錯誤密碼錯誤>2次？Y顯示Codeserror!!啟動報警N顯示CodesIsTrue!密碼正確？NY初始化開始圖21液晶顯示流程圖4.2.2密碼鎖與密碼存儲模塊的軟件設(shè)計（1）鍵功能程序 鍵功能程序流程如圖22所示。 各個按鍵功能如下：A：輸入密碼。B：修改密碼。D：初始化密碼。 0至9：各數(shù)字的輸入。鍵值＝‘B’？鍵值＝‘B’？鍵值＝‘0－9’？密碼輸入程序初始化密碼程序密碼修改程序密碼確認程序YYYN鍵值＝‘A’？鍵值＝‘D’？YNNN鍵功能程序返回圖22鍵功能程序流程圖（2）開鎖程序開始初始化開始初始化按開鎖鍵A輸入密碼輸入密碼正確？Y輸入次數(shù)加1次數(shù)>2?報警程序NYN返回開鎖成功圖23開鎖程序流程圖 工作流程：密碼輸入之后，正確的話模擬門開。錯誤3次就報警。（3）密碼修改程序初始化初始化按下設(shè)置鍵B輸舊密碼確認程序所輸入舊密碼正確？輸新密碼輸入次數(shù)加1次數(shù)>2?報警程序NYNY確認程序開始返回設(shè)置成功圖24密碼修改程序流程圖 進入密碼修改畫面之后，需要先輸入舊密碼，3次錯誤之后也會報警。正確的話就可以輸入新密碼，并存儲在芯片AT24C02中。4.2.3人體熱釋感應(yīng)模塊 人體熱釋感應(yīng)模塊程序流程如圖25所示。 系統(tǒng)開始運行之后進行初始化，然后打開人體紅外檢測模塊的開關(guān)，進入檢測狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)附近有人，就啟動報警程序。初始化程序初始化程序檢測附近有沒有人？NY開始報警程序圖25人體熱釋感應(yīng)模塊程序流程圖4.2.4報警模塊接到報警信號接到報警信號啟動報警程序開始結(jié)束圖26報警模塊程序流程圖5電路調(diào)試與分析5.1常用軟件介紹5.1.1KeilC51介紹KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果是使用C語言編程，那么Keil幾乎就是不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令人事半功倍。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。相對于一般的匯編軟件來說這款軟件的優(yōu)點還是還是很突出的，一方面KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。另一方面與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。下圖就是該軟件的工程界面圖：圖27KeilμVision2工程管理窗口圖5.1.2STC-ISP燒錄軟件 STC-ISP是一款單片機下載編程燒錄軟件，是針對STC系列單片機而設(shè)計的，可下載STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC單片機，使用簡便，現(xiàn)已被廣泛使用。其最突出的特點為功能全面，界面簡潔，操作簡單。下圖為該軟件界畫圖：圖28STC-ISP軟件操作界面5.1.3串口調(diào)試助手 這是一個很好而小巧的串口調(diào)試助手，支持常用的300~115200bps波特率，能設(shè)置校驗、數(shù)據(jù)位和停止位，能以ASCII碼或十六進制接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)或字符（包括中文），可以任意設(shè)定自動發(fā)送周期，并能將接收數(shù)據(jù)保存成文本文件，能發(fā)送任意大小的文本文件。 硬件連接方面，傳統(tǒng)臺式PC機支持標準RS232接口，當下帶有串口的PC很少見，所以需要USB（UniversalSerialBUS）/232轉(zhuǎn)換接口，并且安裝相應(yīng)驅(qū)動程序。5.2系統(tǒng)硬件調(diào)試本系統(tǒng)的硬件調(diào)試分為以下階段進行調(diào)試：（1）邏輯錯誤調(diào)試硬件的邏輯錯誤是由于設(shè)計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括：錯線、開路、短路等幾種，其中短路是最常見的故障。（2）器件調(diào)試元器件失效的原因有兩個方面：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是由于組裝錯誤造成的元器件失效，如電解電容、二極管的極性錯誤，集成塊安裝方向錯誤等。（3）可靠性調(diào)試引起系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞；內(nèi)部和外部的干擾、電源紋波系數(shù)過大、器件負載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也會引起系統(tǒng)可靠性差。（4）電源故障調(diào)試若樣機中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。電源的故障包括：電壓值不符合設(shè)計要求，電源引出線和插座不對應(yīng)，電源功率不足、負載能力差。5.3各電路模塊的軟硬件綜合調(diào)試與分析5.3.1單片機最小系統(tǒng)的調(diào)試與分析 最小系統(tǒng)主要由單片機芯片AT89C52，復位電路，晶振電路和上拉電阻組成，所以在焊接電路時首先焊接芯片插槽，再根據(jù)引腳接法，連上晶振和復位電路即可，但要注意芯片接地和電源引腳應(yīng)該用排針引接出來。要測試一個最小系統(tǒng)是否正常工作，主要方法是為該系統(tǒng)芯片寫入一段簡單LED調(diào)試程序，觀看系統(tǒng)每個引腳輸出是否與理論結(jié)果相同，若一致，則最小系統(tǒng)工作正常，否則就要尋找出錯原因。測試步驟如下：（1）用于檢測系統(tǒng)的軟件程序為點亮一個LED燈和讓蜂鳴器響的程序。當按下開關(guān)時，LED燈亮，蜂鳴器響。（2）一開始在寫程序時沒認真觀察好引腳位置，導致寫程序時寫錯引腳，所以燈不亮，蜂鳴器不響。經(jīng)過檢測之后改正了這個錯誤。（3）經(jīng)過正確的測試，觀察到的現(xiàn)象與理論現(xiàn)象一致，說明該系統(tǒng)運行正常。調(diào)試圖如下：圖29最小系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果圖5.3.2密碼鎖與液晶顯示模塊的調(diào)試與分析 按照電路焊接好所有電路之后，開始寫密碼鎖與密碼存儲修改程序。一開始寫完程序燒錄到單片機之后，發(fā)現(xiàn)液晶顯示屏會亮，可是卻沒有顯示所設(shè)置好的語句。密碼輸入也沒反應(yīng)。經(jīng)過一段時間的研究，調(diào)試與修改，發(fā)現(xiàn)液晶顯示屏的引腳位置和程序上的設(shè)置不同，且有一處地方短路，改正這兩個錯誤之后，使得系統(tǒng)的運作跟理論設(shè)計的現(xiàn)象一致。 當密碼輸入正確之后，模擬門打開（綠色二極管發(fā)亮），液晶顯示“CodesIsTrue！”如下圖：圖30模擬門打開 當密碼輸入錯誤時，蜂鳴器響，紅燈亮，液晶顯示“Codeserror!!”如圖29。5.3.3人體熱釋感應(yīng)模塊的調(diào)制與分析 這個模塊硬件電路比較簡單，采一個三極管，一個電阻和一個三針的排針。插上紅外模塊，當有人經(jīng)過時，它會發(fā)送信號到單片機上，單片機接到信號后啟動報警程序。蜂鳴器響，紅燈亮，如圖29。 由于有時候家里不一定一直都是處于沒人狀態(tài)的。所以當有人在家時，如果還是一直開著紅外報警模塊，那么蜂鳴器會一直響。因此，本設(shè)計又在硬件電路里加上了一個開關(guān)，當有人在家時便可以關(guān)掉這個模塊，出門時就開啟它。5.3.4GSM模塊的調(diào)試與分析 當人在外面而有人入侵家里的時候，就需要有個功能使在外面的主人來及時處理這個情況。所以便加上了GSM模塊。當家里有人入侵時，主人便可收到電話，就能及時報警，確保家的安全。 根據(jù)設(shè)計好的電路焊接完后，將寫好的程序燒錄進單片機里，用串口線連接系統(tǒng)與電腦，在電腦上用串口調(diào)試助手來檢測GSM模塊能否工作。 當人體熱釋感應(yīng)模塊檢測到有人的時候，單片機就控制GSM模塊發(fā)出打電話的信號，串口調(diào)試助手顯示如下：圖31GSM模塊調(diào)試圖由圖31可知，GSM模塊能夠正常工作，能夠在有人入侵的時候打電話通知主人。6結(jié)論6.1本系統(tǒng)實現(xiàn)總結(jié)隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人們生活質(zhì)量的不斷提高，家居生活智能化已經(jīng)成為可能，并且成為了家居生活發(fā)展的必然趨勢。智能家居作為家庭信息化的實現(xiàn)方式，已成為信息化社會重要的組成部分。本系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)，提出了設(shè)計方案，詳細地闡述了密碼鎖、液晶顯示和人體熱釋感應(yīng)的原理、GSM打電話的實現(xiàn)方法、以及相關(guān)電路的設(shè)計原理，設(shè)計中充分利用了系統(tǒng)的硬件和軟件資源，實現(xiàn)了各個模塊的協(xié)調(diào)控制，提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性。最終作品經(jīng)過設(shè)計方案論證，設(shè)計了相應(yīng)的硬件電路和系統(tǒng)軟件，制作了實物并進行單機調(diào)試和與PC機聯(lián)機調(diào)試。結(jié)果表明，所設(shè)計的電路和軟件能完成原本理論設(shè)計中所有的測試功能，并且取得了較好的效果，符合家居智能化系統(tǒng)創(chuàng)造一個安全舒適的生活環(huán)境設(shè)計理念。本系統(tǒng)具有以下幾大特點： ①GSM報警借助于GSM網(wǎng)絡(luò)電話業(yè)務(wù)實現(xiàn)了遠程報警，投資少、成本低。②操作方便，可用性強。③環(huán)保高效，可靠性高。④具有良好可擴展性和實用價值。⑤符合了未來家電的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向。本系統(tǒng)還可以應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，實現(xiàn)對無人值守崗位的遠程控制和安全報警等。6.2本系統(tǒng)不足之處本設(shè)計雖然完全實現(xiàn)了設(shè)計要求的功能，但是也存在要改進的地方。如：（1）檢測功能不夠豐富，智能家居報警系統(tǒng)應(yīng)該具有較多的檢測功能，例如加入溫濕度和氣體的檢測等。這個可以通過拓展實現(xiàn)這些功能。（2）控制功能不夠強大，智能家居為了達到簡單舒適方便的生活環(huán)境的要求，應(yīng)該加入多一些的電器控制。如對電視，空調(diào)，窗簾等家電的控制。（3）智能化程度不夠完美，本設(shè)計所實現(xiàn)的智能家居并不是完全的智能化，還是需要人工操作的。但未來的智能家居應(yīng)該是完完全全的智能化，控制器能通過各方面的檢測和自己的數(shù)據(jù)分析來實現(xiàn)各個功能，以此來提供一個真正的簡單便捷舒適的家庭環(huán)境。6.3未來展望未來，智能家居將會突破傳統(tǒng)意義上簡單的家電控制，它是一個更大范圍內(nèi)的控制，大致可以概括為以下幾方面：（1）家庭安防中心：家庭安防設(shè)備，如攝像頭、紅外探測器、煙霧探測器等，一旦接入物聯(lián)網(wǎng)，主人就可以在任何時刻任何地點了解家里的安全動態(tài)。（杜成仁，2011）（2）家庭醫(yī)療中心：家庭若有老人和小孩，可在合適位置安放攝像頭，了解他們的狀況。家用醫(yī)療器械，如血壓計等連接物聯(lián)網(wǎng)，與社區(qū)醫(yī)院聯(lián)網(wǎng)，便可方便醫(yī)生實時了解病人的身體狀況，及時做出治療。（3）家庭數(shù)據(jù)中心：家庭里的大量數(shù)據(jù)資料，如電影、音樂、游戲等，可以通過物聯(lián)網(wǎng)，海量存儲到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器上，方便隨時查看。常用的家庭信息，如天氣預報、咨詢信息等可以通過連接入網(wǎng)的家庭終端設(shè)備及時了解到。（4）家庭商務(wù)中心：商務(wù)中心可以完成一系列的，如繳費、支付、購物的任務(wù)，讓主人可以足不出戶完成各種瑣碎的日常生活。此外還有家庭娛樂中心，家庭教育中心、家庭溝通中心、社區(qū)業(yè)務(wù)中心等。參考文獻杜成仁.智能家居的發(fā)展趨勢[J].智能建筑與城市信息，2011，7：92~93。郝建國，趙英杰.通用集成電路大全[M].北京：人民郵電出版社，1997。何利民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003?？等A光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）第5版[M].北京：高等教育出版社，2009。康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第5版[M].北京：高等教育出版社，2009。雷春艷.數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)及未來展望[J]通訊與信息技術(shù)，2008，(04)：62~64。劉艷玲.采用MAX232實現(xiàn)MCS-51單片機與PC機的通信[J].天津理工學院學報，1999，15（2）：57～61。沙占友.集成化智能傳感器原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004：198~222。王琴放，張凡.單片機原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997：3~203。王衛(wèi)星，鄧小玲，代芬等.單片機原理與應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].中國水利水電出版社，2009。王志良，王魯.智能家居技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].IntelligentBuilding.2011，（127）：13~15。徐愛鈞，彭秀華.單片機高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999。徐順成.實用電子技術(shù)與電子產(chǎn)品匯編[M].北京：電子工業(yè)出版社，1993。DALASSemiconductorAutomaticIdentificationDataBook[M]，1995.DJCook.MavHome:AnAgent-BasedSmartHome[C].Proc.of1stIEEEInt.Conf.PervasiveComputingandCommunications(PerCom’03):521~524.SiemensTC35/TC37HardwareInterface

DescriptionVision03.10.附錄B本次系統(tǒng)設(shè)計的所有程序（1）main.c：#include<reg52.h>#include<string.h>#include<keyboard.h>#include<at24c02.h>#include<gsm.h>voidmain(){ UART_init(); init(); i=7; num2=0; led=1; bell=1; state=0; people=1; length=0; door=1; set_control=0; delay(5000); password_init[0]=read_add_24c02(0x00); password_init[1]=read_add_24c02(0x01); password_init[2]=read_add_24c02(0x02); password_init[3]=read_add_24c02(0x03); password_init[4]=read_add_24c02(0x04); password_init[5]=read_add_24c02(0x05); flag=0; wrongtimes=0; flag=0; flag1=0; flag2=0; flag3=0; while(1) { if(people==0) { call(); bell=0; led=0; } else { led=1; bell=1; } switch(flag) { case0: P1=0xf7; temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { delay(50); flag=keyscan(); } if(flag2==0) { conduce();//介紹界面， flag2=1; } break; case10: //開鎖程序，當輸入密碼錯誤次數(shù)在三次時，立即報警 //按重啟鍵才能停止報警 switch(flag1) { case0: if(num2<6) { i=7; for(test_init();num2<6;test_password()); } delay(1000); if(compare(password_init,password)==1) { bell=0; delay(200);//蜂鳴器響的時間 bell=1; wrongtimes++; LCD_write_com(0x80); for(c1=0;c1<16;c1++)//顯示"CodesError!!" { LCD_write_data(table7[c1]); delay(1); } LCD_write_com(0x80+0x40); for(c1=0;c1<16;c1++) { LCD_write_data(table8[c1]); delay(1); } if(wrongtimes>=3) //WRONG { door=1; call(); led=0; bell=0; flag1=1; } } else { led=1;door=0;bell=1; flag=0;flag2=0; LCD_write_com(0x80); for(c1=0;c1<16;c1++)//顯示"CodesIsTure!" { LCD_write_data(table6[c1]); delay(1); } LCD_write_com(0x80+0x40); for(c1=0;c1<16;c1++) { LCD_write_data(table8[c1]); delay(1); } } //TURE delay(3000); door=1; num2=0; break; } break; case 11://設(shè)置密碼，之后存入到AT24C02中； if(num2<6) { i=7; for(old_init();num2<6;test_password()); num2=0; if(compare(password_init,password)==1) { bell=0; delay(200);//蜂鳴器響的時間 bell=1; flag3++; set_control=0; //WRONG LCD_write_com(0x80); for(c1=0;c1<16;c1++)//顯示"CodesError!!" { LCD_write_data(table7[c1]); delay(1); } LCD_write_com(0x80+0x40); for(c1=0;c1<16;c1++) { LCD_write_data(table8[c1]); delay(1); } } else { set_control=1; LCD_write_com(0x80); for(c1=0;c1<16;c1++)//顯示"CodesIsTure!" { LCD_write_data(table6[c1]); delay(1); } LCD_write_com(0x80+0x40); for(c1=0;c1<16;c1++) { LCD_write_data(table8[c1]); delay(1); } } } //TURE if(flag3>=3) { call(); flag=0; flag2=0; flag3=0; flag1=1;//鎖住界面 bell=0;//蜂鳴器報警 } delay(1000); if(set_control==1) {if(length<6) { i=7; for(set_password_init();length<6;set_password()); set_control=0; flag=0;//修改完密碼調(diào)回主界面； flag2=0; flag3=0; length=0; delay(5); write_add_24c02(password_init[0],0x00); delay(10); write_add_24c02(password_init[1],0x01); delay(10); write_add_24c02(password_init[2],0x02); delay(10); write_add_24c02(password_init[3],0x03); delay(10); write_add_24c02(password_init[4],0x04); delay(10); write_add_24c02(password_init[5],0x05); delay(10); } } break; case12: write_add_24c02(0x00,0x00); delay(10); write_add_24c02(0x00,0x01); delay(10); write_add_24c02(0x00,0x02); delay(10); write_add_24c02(0x00,0x03); delay(10); write_add_24c02(0x00,0x04); delay(10); write_add_24c02(0x00,0x05); delay(10); flag=0; flag2=0; break; case13: password_init[0]=1; password_init[1]=2; password_init[2]=3; password_init[3]=4; password_init[4]=5; password_init[5]=6; password_init[6]=7; flag=0; flag2=0; break; } }}（2）keyboard.h：#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharucharcodetable[]="WELCOME!";//8個字符ucharcodetable1[]="CODESLOCK!";//11ucharcodetable2[]="InputCodes:";//12ucharcodetable3[]="CODES:";//7ucharcodetable4[]="WARNING!";//12ucharcodetable5[]="PleaseInputNew";//16ucharcodetable6[]="CodesIsTrue!";//14ucharcodetable7[]="Codeserror!!";//13ucharcodetable8[]="";//16ucharcodetable9[]="PleaseInputOld";//16ucharcodetable10[]="KeyA:InputCodes";//16ucharcodetable11[]="KeyB:ChangeCode";//16ucharpassword[6]={1,2,3,4,5,0}; //輸入的密碼；ucharpassword_init[6]={1,2,3,4,5,6}; //初始化密碼，每次開機從EEPROM中讀取；//sbitalarm=P3^2;sbitlcden=P2^0;sbitlcdrs=P2^1;sbitled=P2^5;//報警燈,3次輸入密碼錯誤,燈亮sbitbell=P2^5;//蜂鳴器報警，3次輸入密碼錯誤,蜂鳴器響//sbitbell1=P3^6;//有人時,蜂鳴器響//sbitled1=P3^7;//有人時,燈亮sbitdoor=P2^2;//輸入密碼正確時,燈亮,模擬門開sbitpeople=P3^2;ucharnum,temp,num2,length,state,i,j,password1,flag_set;ucharset,test,password2,c1,set_control,flag,wrongtimes;ucharflag1,flag2,flag3;voiddelay(uintz); //延時函數(shù)；ucharkeyscan(); //鍵盤掃描函數(shù)，返回鍵盤值；voidLCD_write_data(uchardate);//LCD1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)；voidLCD_write_com(ucharcom);//LCD1602寫指令函數(shù)；voidtest_init(); //檢測密碼前初始化；intcompare(uchars1[],uchars2[]); //兩個數(shù)組比較，相等返回0，不相等返回1；voidset_password_init(); //設(shè)置密碼對界面進行初始化；voidtest_password(); //檢測密碼是否正確；voidset_password(); //設(shè)置密碼函數(shù)，設(shè)置完存入到password_init中；voidconduce(); //操作指導界面