【基于單片機(jī)的智能家居設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9200字（論文）】

第1章引言1.1智能家庭防盜的發(fā)展現(xiàn)狀近年來(lái)入室偷盜案件在我國(guó)多個(gè)地區(qū)防不勝防,盜竊團(tuán)伙也變得越來(lái)越狡猾,盜竊方式更是與時(shí)俱進(jìn),采用更加高端、更加隱蔽的方式進(jìn)行盜竊。與此同時(shí)入室盜竊也是盜竊案件中一大安全隱患,層出不窮,不但對(duì)居民的生活財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了極大的威脅,并且對(duì)整個(gè)社會(huì)的生產(chǎn)發(fā)展治安環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)峻的負(fù)面影響。根據(jù)警方數(shù)據(jù)顯示,有57%的盜竊團(tuán)伙會(huì)選擇從大門(mén)堂而皇之的進(jìn)入室內(nèi)行竊,從案發(fā)時(shí)間來(lái)看,大多是的入室盜竊案件發(fā)生在下午的14時(shí)到晚上22點(diǎn),這段時(shí)間家中大多數(shù)情況下處于無(wú)人看護(hù)狀態(tài),即便是有人在家中,警覺(jué)性也不高,同時(shí)凌晨1點(diǎn)到5點(diǎn)是入室盜竊等刑事案件的作案高發(fā)期,此時(shí)人們大都處于沒(méi)有任何防備的狀態(tài),因此作案幾率就隨之升高。1.1.1智能家庭防盜的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀目前,大多數(shù)家庭仍采用最傳統(tǒng)的防盜門(mén)窗進(jìn)行基本防盜，但這些基本的防盜措施都起到了一定的防盜效果，但是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,不管是居民還是偷盜者都不僅僅滿足于當(dāng)前的技術(shù),所以這些基本的初級(jí)手段存在許多漏洞,消防逃生和質(zhì)量保障存在較大隱患，在技術(shù)層面難以達(dá)到滿足人們美好生活的生活質(zhì)量要求。最近幾十年,伴隨計(jì)算機(jī)、電子和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的飛速進(jìn)步、社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、人類生活水平邁入新臺(tái)階,人們對(duì)居住環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)逐步提高,人們已經(jīng)不滿足于簡(jiǎn)單的舒心和溫馨等,也更加注重了居住環(huán)境的安全和使用設(shè)備的智能化。由于科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,人工智能不斷地優(yōu)化和發(fā)展,智能家居到當(dāng)今社會(huì)中不斷普及,人們?cè)跁?shū)里展望的未來(lái)居家生活場(chǎng)景到如今都成為了現(xiàn)實(shí)?；诋?dāng)前信息技術(shù)和智能控制的飛速發(fā)展,越來(lái)越多的人采用智能化技術(shù)進(jìn)行家庭防盜的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。雖然人們和之前相比,在安全防范方面的重視程度高了許多,但是真正在家里安裝報(bào)警系統(tǒng)的人卻不多,而那些沒(méi)有安裝的家庭主要是因?yàn)橛X(jué)得價(jià)格太貴、對(duì)產(chǎn)品不熟悉和安裝麻煩等原因。1.1.2智能家庭防盜的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀在國(guó)外,安全和防盜是兩個(gè)完全不同的概念,防盜是指防止陌生人入侵并對(duì)財(cái)產(chǎn)進(jìn)行破壞,而安全是指在任何情況發(fā)生時(shí)保障人們的財(cái)產(chǎn)以及自身處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。歐美國(guó)家首先提出了智能家居的開(kāi)發(fā),經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的發(fā)展,已經(jīng)進(jìn)入到了基本成熟的階段。美國(guó)一直是世界領(lǐng)先開(kāi)發(fā)智能家具系統(tǒng)的大國(guó),近年來(lái)以美國(guó)微軟公司和摩托羅拉公司為核心的國(guó)外多家知名企業(yè)先后創(chuàng)建了自己的智能家居開(kāi)發(fā)中心。[1]同時(shí)，日本也在智能自動(dòng)化家居方面也緊隨其后,不僅開(kāi)啟了智能家居設(shè)備新時(shí)代,同時(shí)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了自動(dòng)門(mén)識(shí)別系統(tǒng)。用戶在進(jìn)門(mén)前系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行人體識(shí)別的操作,通過(guò)人體生物識(shí)別技術(shù)對(duì)用戶身份進(jìn)行確認(rèn),在系統(tǒng)進(jìn)行一系列判斷后使自動(dòng)門(mén)主動(dòng)打開(kāi)。1.2紅外技術(shù)現(xiàn)狀英國(guó)天文學(xué)家F.W.赫歇爾于1800年首次發(fā)現(xiàn)了紅外輻射,從那時(shí)起紅外科學(xué)技術(shù)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間和進(jìn)步發(fā)展。越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在人們的日常生活當(dāng)中。早年德國(guó)已經(jīng)研制成軍事紅外系統(tǒng),從那以后,美國(guó)、英國(guó)、前蘇聯(lián)等科學(xué)家和大國(guó)紛紛競(jìng)相推廣和發(fā)展紅外技術(shù),更多的還是把紅外技術(shù)應(yīng)用到軍事領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代熱釋電紅外傳感器已經(jīng)登上時(shí)代舞臺(tái),這是一種新型的高精度紅外探測(cè)元件,通過(guò)非接觸方式檢測(cè)得到人體的紅外熱量的變化,并且只有通過(guò)將紅外熱量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓的信號(hào),通過(guò)信號(hào)放大器將該電信號(hào)進(jìn)行兩級(jí)放大后，廣泛應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)各種電路。目前,紅外檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越成熟,多波段紅外檢測(cè)探測(cè)距技術(shù)已經(jīng)成功研制成功,紅外檢測(cè)技術(shù)已越來(lái)越多地應(yīng)用于到了我們的日常生活當(dāng)中。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路基于GSM短信模塊家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)的組成如圖2-1所示。前端探測(cè)器單片機(jī)控制器GSM短信模塊用戶終端前端探測(cè)器單片機(jī)控制器GSM短信模塊用戶終端 圖2-1基于GSM短信模塊家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括四個(gè)部分:前端檢測(cè)器(紅外線探測(cè)器)、單片機(jī)控制模塊、GSM通信模塊和用戶終端模塊。日常生活中所采用的智能報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用的是五路熱釋電紅外線探測(cè)器,能夠?qū)彝?nèi)部設(shè)置的各個(gè)報(bào)警監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè),并將采集到的報(bào)警信號(hào)通過(guò)傳輸給STM32單片機(jī)控制模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理,從而通過(guò)控制GSM通信模塊向家庭用戶發(fā)送報(bào)警短信,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的家庭監(jiān)控防盜竊系統(tǒng)的一個(gè)重要功能。本次設(shè)計(jì)的基本原理是利用熱釋電紅外傳感器對(duì)人體紅外線特征識(shí)別的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)防盜系統(tǒng)的基本要求。當(dāng)被動(dòng)式熱釋電信號(hào)傳感器所能檢測(cè)到所得到的在人體內(nèi)部紅外信號(hào)的某個(gè)波段形態(tài)發(fā)生一定程度變異或波段不在正常濾波范圍內(nèi)時(shí),自動(dòng)將一個(gè)單片機(jī)所能接受檢測(cè)到的人體紅外信號(hào)濾波形態(tài)轉(zhuǎn)化成微弱熱釋電信號(hào)的濾波形式,并對(duì)其信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、比較等信號(hào)處理、再將這些紅外信號(hào)以濾波高電平形式傳遞發(fā)送到單片機(jī)的主動(dòng)控制電路模塊,在單片機(jī)電路中進(jìn)行信號(hào)的識(shí)別和判斷,根據(jù)輸出信號(hào)來(lái)判斷是否控制聲光報(bào)警以及遠(yuǎn)程短信報(bào)警。本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合了軟硬件進(jìn)行研究開(kāi)發(fā),通過(guò)軟件程序控制相應(yīng)的硬件完成所需的動(dòng)作。硬件選型方面采用了HC-SR501人體感應(yīng)模塊、STM32F103單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備,以及其他外圍電路。軟件分析包括對(duì)各模塊工作的邏輯順序進(jìn)行了整理分析以及介紹相關(guān)的功能實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能：熱釋電紅外傳感器檢測(cè)人體入侵信號(hào)；單片機(jī)根據(jù)信號(hào)提示啟動(dòng)聲光報(bào)警；根據(jù)單片機(jī)控制，驅(qū)動(dòng)GSM短信模塊向用戶終端發(fā)送報(bào)警短信?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖2-2.傳感器1傳感器1傳感器5信號(hào)處理電路復(fù)位電路時(shí)鐘電路STM32單片機(jī)GSM短信模塊用戶終端串口通信GSM網(wǎng)絡(luò)圖2-2總體設(shè)計(jì)框圖第3章硬件選型3.1熱釋電紅外傳感器3.1.1熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)介在當(dāng)前的生產(chǎn)生活當(dāng)中,熱釋電傳感器是一種最為常見(jiàn)的的紅外線探測(cè)器,通常采用的是一種被動(dòng)式紅外探測(cè)技術(shù)來(lái)完成所要求達(dá)到的功能,在如今的科技發(fā)展中被廣泛應(yīng)用在安防工程當(dāng)中。同時(shí)也廣泛地應(yīng)用于各種電子防盜式探測(cè)器的研究領(lǐng)域,稱之為PIR探測(cè)器。熱釋電傳感器主要能夠通過(guò)對(duì)人或動(dòng)物所發(fā)射產(chǎn)生的各種紅外線波長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè),并將其轉(zhuǎn)換成作為微弱的電信號(hào),當(dāng)熱釋電紅外探頭中的晶體被檢測(cè)到外來(lái)人員的身體溫度時(shí),晶體就會(huì)因?yàn)槭軣岵⒃趦啥酥g產(chǎn)生與其他數(shù)量不同、電荷形式相反的電荷,從而導(dǎo)致元件電荷無(wú)法實(shí)現(xiàn)平衡,向外界釋放多余電荷,這種現(xiàn)象被稱為熱釋電效應(yīng)。紅外探測(cè)器探頭主要目標(biāo)是探測(cè)人體波長(zhǎng),敏感度高,輻射面一般情況下覆蓋菲涅爾濾光片,減少環(huán)境的干擾。3.1.2熱釋電紅外傳感器選型熱釋電紅外傳感器是一種新型的高靈敏度探測(cè)器，其主要功能是檢測(cè)人體輻射的紅外波段和熱變化，并且將其轉(zhuǎn)換電信號(hào)輸出，電信號(hào)的放大器對(duì)其進(jìn)行放大后可用于對(duì)其他電信號(hào)的驅(qū)動(dòng)和控制。為了保障以上功能，并且提高靈敏和可靠性，降低工作耗能，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了HC-SR501人體感應(yīng)模塊，具有進(jìn)口德國(guó)原裝LHI778探頭的。在沒(méi)有檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí)，兩個(gè)熱釋電的電元互相串聯(lián)、其導(dǎo)電極性正好完全相反,在一定的電輻射率的環(huán)境下,兩個(gè)產(chǎn)生熱釋電的電子元件之間的耦合作用方式相同,能夠?qū)ξ矬w產(chǎn)生的熱釋電和熱輻射效應(yīng)功能進(jìn)行相互抵消,消除產(chǎn)生的信號(hào)。從而布置形成家庭防盜報(bào)警網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化節(jié)能裝置。3.2STM32單片機(jī)STM32單片機(jī)和我們常用的STC89C51單片機(jī)相比，兩種單片機(jī)的組成部分都是相同的。但在綜合速度、功耗、外設(shè)等多方面因素考慮,本次設(shè)計(jì)采用了STM32F103單片機(jī),可對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并且耗能較低，集成度高、易于開(kāi)發(fā)。整個(gè)系統(tǒng)采用的是STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)本地控制與遠(yuǎn)程控制兩種控制模式,本地控制模式是以STM32為基礎(chǔ)進(jìn)行的人機(jī)交換功能;遠(yuǎn)程控制模是以STM32為基礎(chǔ)控制的GSM短信模塊發(fā)送遠(yuǎn)程報(bào)警信號(hào)。將STM32F103單片機(jī)控制模塊與GSM通信模塊相連,對(duì)主控電路進(jìn)行初始化設(shè)置。3.3UART接口的功能特性UART接口是一個(gè)通用的同步異步接收器，它需要處于3V電平狀態(tài)下與外界進(jìn)行串行通信。只有當(dāng)UART串口處于高電平狀態(tài)時(shí)，他才能發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。當(dāng)處于低電平狀態(tài)時(shí)，串口不導(dǎo)通無(wú)法正常工作，沒(méi)有信號(hào)傳送給單片機(jī)，整體電路處于低功耗狀態(tài)。UART接口應(yīng)用十分廣泛可以支持可編程的奇偶校驗(yàn)，接口工作效率高，有波特率掉電保護(hù)。UART接收模塊通常分為時(shí)鐘發(fā)生器、數(shù)據(jù)發(fā)送器和接收器三種設(shè)備。3.4SIM800短信模塊3.4.1SIM800短信模塊工作原理GSM集成模塊主要功能是將基于GSM的外部射頻信號(hào)芯片、基帶的射頻信號(hào)處理器和微芯片、內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、功率和其他電子元件等模塊集成起來(lái)到各種無(wú)線通訊設(shè)備電纜板上的無(wú)線通訊設(shè)備,具有獨(dú)立的運(yùn)算控制系統(tǒng)的一種功能性模塊。GSM模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)短信的接口、語(yǔ)音和通話等多種通訊功能。本次設(shè)計(jì)的GSM模塊采用SIM800模塊,該通信模塊支持雙頻GSM/GPRS,同時(shí)接受AT指令的控制。利用SIM800短信模塊通過(guò)3.3V電壓的匹配直接連接到單片機(jī)控制模塊當(dāng)中，在短信模塊和單片機(jī)串口之間接入一個(gè)阻值為1KΩ的電阻，此時(shí)為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單地電平匹配，需要將模塊的RX引腳接到5.6KΩ的電阻再接地SIM800模塊可通過(guò)串口直接與單片機(jī)控制模塊進(jìn)行連接,匹配3.3V電壓，將1KΩ電阻連接到模塊與單片機(jī)串口，將模塊的RX引腳連接到5.6KΩ電阻以匹配電流電平。利用AT指令來(lái)控制STM800通信模塊進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。同時(shí)，SIM800通信模塊具有體積輕巧,性能穩(wěn)定,性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)SIM800短信模塊處于正常工作時(shí)，有六種工作狀態(tài)。當(dāng)GSM/GPRS處于休眠狀態(tài)時(shí)，模塊的功耗降至最低，但模塊仍能接收尋呼信息和短信息；當(dāng)GSM空閑時(shí)，軟件工作正常，可以隨時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)；當(dāng)GSM處于通話狀態(tài)時(shí)，用戶處于已經(jīng)連接狀態(tài),此時(shí)模塊的功耗和網(wǎng)絡(luò)及模塊配置相關(guān)；當(dāng)GPRS處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，會(huì)預(yù)先準(zhǔn)備好GPRS的數(shù)據(jù)，以便以后傳輸，此后將不再進(jìn)行發(fā)送或接收數(shù)據(jù)；當(dāng)GPRS處于數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)時(shí)，GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。關(guān)機(jī)模式時(shí)，使用"AT+CPOWD=1"的命令或者PWRKEY引腳進(jìn)行關(guān)機(jī),關(guān)閉模塊工作。此時(shí)。模塊個(gè)部分的電源將自動(dòng)關(guān)閉，只有實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC可以預(yù)留電源。在此狀態(tài)下，軟件停止運(yùn)行,而且串口已經(jīng)無(wú)法使用。電池正極VBAT上的計(jì)算機(jī)電源應(yīng)該是繼續(xù)工作。最小功能模式時(shí)，在不中斷電的條件下,能夠通過(guò)采用"AT+CFUN"命令八模塊來(lái)將其配置為最高性能的方式。在這個(gè)情況下,模塊中無(wú)線射頻RF部分或SIM卡局部不正常工作,或者RF部分與SIM卡局部都不正常工作,但是串口還是可以正常使用,此時(shí)的功耗很低。第4章軟件設(shè)計(jì)整個(gè)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程都是通過(guò)利用軟硬件相互結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的,進(jìn)行了硬件選型之后就可以開(kāi)始進(jìn)行相應(yīng)的軟件子程序編寫(xiě)。程序設(shè)計(jì)從監(jiān)控軟件的基本功能方面主要大致可以劃分為如下兩類,第一類采用的是自動(dòng)化監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)軟件,在整個(gè)系統(tǒng)中作為一個(gè)主程序而存在,是整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的一個(gè)核心組成部分,其主要的功能和技術(shù)要求就是對(duì)各個(gè)模塊之間以及操作者的相互關(guān)系等都進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)節(jié)。第二類模塊主要是對(duì)系統(tǒng)中的軟件和子程序進(jìn)行設(shè)計(jì),使得系統(tǒng)人員能夠充分利用多個(gè)模塊共同實(shí)現(xiàn)各種具有實(shí)質(zhì)性的功能,如測(cè)量、計(jì)算、通信等。每一個(gè)被執(zhí)行的子模塊都必須有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的被執(zhí)行軟件。短信報(bào)警程序:是指當(dāng)一個(gè)單片機(jī)接受到傳感器傳送過(guò)來(lái)的其探測(cè)到的電信號(hào)后,單片機(jī)調(diào)用短信報(bào)警程序開(kāi)啟和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)GSM模塊進(jìn)行短信報(bào)警，并且在程序中控制中把單片機(jī)輸出到高電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和二極管進(jìn)行工作，啟動(dòng)聲光報(bào)警，完成近程和遠(yuǎn)程的全部報(bào)警功能。串行口中的數(shù)據(jù)校驗(yàn)通信文件程序:當(dāng)一個(gè)單片機(jī)和整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的每個(gè)用戶之間需要進(jìn)行一個(gè)數(shù)據(jù)校驗(yàn)通信時(shí),首先我們需要對(duì)每個(gè)串行口的波特率和數(shù)值必須進(jìn)行正確設(shè)定,且必須嚴(yán)格保證不允許出現(xiàn)任何奇偶性的數(shù)據(jù)校驗(yàn)。由于采用傳統(tǒng)的中斷單片機(jī)對(duì)中斷子程序的數(shù)據(jù)發(fā)送、中斷查詢，與采用中斷處理方式的，對(duì)于數(shù)據(jù)發(fā)送資源占用不同。采用發(fā)送查詢的中斷方式的用來(lái)直接進(jìn)行中斷數(shù)據(jù)的直接發(fā)送,采用了直接中斷查詢方式的，用來(lái)直接實(shí)現(xiàn)中斷對(duì)子程序的數(shù)據(jù)接收。根據(jù)上述的工作原理和各個(gè)子程序的聯(lián)系完成系統(tǒng)主程序的工作流圖如圖4-1所示。開(kāi)始開(kāi)始系統(tǒng)初始化是否檢測(cè)到有人入侵啟動(dòng)短信報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警短信報(bào)警是否持續(xù)10秒是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警結(jié)束檢測(cè)有無(wú)信號(hào)輸入 否檢測(cè)有無(wú)信號(hào)輸入 是 否短信報(bào)警結(jié)束是短信報(bào)警結(jié)束 是圖4-1主程序工作流程圖4.1紅外探測(cè)信號(hào)輸入電路紅外信號(hào)檢測(cè)數(shù)字信號(hào)發(fā)出輸入控制電信號(hào)，這一部分主要由紅外信號(hào)傳感器電路、信號(hào)輸出放大電路、電壓信號(hào)比較電路、數(shù)字信號(hào)發(fā)出輸入電路部分組成。紅外輻射傳感器監(jiān)測(cè)探頭元件J1的主要技術(shù)作用之一，是僅對(duì)人體紅外輻射波段敏感并且直接產(chǎn)生一個(gè)紅外輻射的信號(hào)由此轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)行時(shí)時(shí)的檢測(cè)。電信號(hào)電路通過(guò)J1的一個(gè)S端引腳將其直接輸入至控制系統(tǒng)中并作為整個(gè)紅外元器件的一個(gè)信號(hào)輸入電路信號(hào)。利用元件設(shè)計(jì)構(gòu)成的第一級(jí)輸入放大集成電路(如表中圖4-2所示)將微弱的電信號(hào)經(jīng)一級(jí)放大后,再經(jīng)過(guò)C2輸入到運(yùn)算放大器U1A(如表中圖4-3所示)中對(duì)其信號(hào)進(jìn)行了高功率增益、低功率噪聲的進(jìn)一步信號(hào)放大。放大后的電信號(hào)再次通過(guò)電壓比較器U1B(如圖4-4所示)進(jìn)行二級(jí)放大。發(fā)現(xiàn)有外來(lái)人員已經(jīng)進(jìn)入設(shè)置紅外線監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)時(shí),熱釋電紅外線傳感器對(duì)被檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行了檢測(cè)并發(fā)射出微弱交變輸入信號(hào),輸入信號(hào)通過(guò)放大器進(jìn)行兩次放大后得到的電信號(hào)，再與其他基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。圖4-2第一級(jí)放大電路圖圖4-2中,R1為源極電阻,其阻值能夠根據(jù)實(shí)際的環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。例如,當(dāng)基極有源電壓Ub之間發(fā)生微小的有源電壓和基極電流量的變化時(shí),基極穩(wěn)壓電流系數(shù)Ib也就可能會(huì)隨之發(fā)生改變,在對(duì)于基極穩(wěn)壓電流系數(shù)Ib的改變控制下,集中于電極穩(wěn)壓電流系數(shù)Ic就可能會(huì)隨之發(fā)生較大改變,集中于電極穩(wěn)壓電流系數(shù)Ib的控制值Ic增加得越大,集中于電極穩(wěn)壓電流的值Ic就越會(huì)隨之發(fā)生改變,即對(duì)基極穩(wěn)壓電流的改變控制集中于電極穩(wěn)壓電流的控制改變。R3向S9014提供一個(gè)基于靜態(tài)的射頻基極放大電壓,并將一個(gè)放大后的射頻信號(hào)從C2層前端接收并對(duì)其進(jìn)行下一層的信號(hào)耦合。圖4-3二級(jí)放大電路圖圖4-4電壓比較器電路圖放大后的交流電信號(hào)與輸出基準(zhǔn)水平電壓(U1B)引腳進(jìn)行了電壓比較,輸出基準(zhǔn)電平為5v,三極連接管Q2導(dǎo)腳接通,J2輸出電平是一個(gè)低電平;由于當(dāng)OUT2端腳都無(wú)法對(duì)信號(hào)進(jìn)行輸入時(shí),其信號(hào)輸出端的基準(zhǔn)電壓也基本就是0v,所以三極管Q2截止,J2引腳的信號(hào)輸出電平是一個(gè)高電平。在使用紅外線傳感器能夠監(jiān)測(cè)人體紅外線信號(hào)的強(qiáng)度同時(shí),需要調(diào)整R9的值,直到J2引腳的輸出電壓值變成低電平。通過(guò)利用NPN型三極晶閘管S9013把在OUT3端的輸入信號(hào)電流轉(zhuǎn)化成單片機(jī)入口電平的輸出信號(hào)。這樣就直接使得，當(dāng)一個(gè)紅外線傳感器通過(guò)接收器得到一種來(lái)自人體內(nèi)部所直接發(fā)出輻射的紅外線報(bào)警信號(hào)時(shí),單片機(jī)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警提示信號(hào),OUT3輸出均值都是5v的正常電流工作電壓,這就需要我們直接利用晶體管把它轉(zhuǎn)換成低電平的信號(hào)輸出。由此,當(dāng)此時(shí)單片機(jī)前端產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警輸出信號(hào)時(shí),傳送器傳送給單片機(jī)的高電平,使單片機(jī)在此時(shí)完全脫離低功耗的工作狀態(tài),啟動(dòng)整個(gè)電路正常工作;而沒(méi)有報(bào)警信號(hào)輸入時(shí),整個(gè)電路處于低功耗狀態(tài),節(jié)約能源消耗。圖4-5數(shù)字信號(hào)輸入電路4.2AT命令GSM通信模塊包括移動(dòng)設(shè)備ME、移動(dòng)臺(tái)MS、終端適配器TA、數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE和傳真DCE等部分，其中傳真包含傳真Modem和傳真板兩部分。在GSM通信模塊中，采用AT命令控制模塊發(fā)送消息。相關(guān)的應(yīng)用設(shè)備包括終端設(shè)備TE、數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE等可以在嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行的應(yīng)用終端設(shè)備。這些終端或應(yīng)用設(shè)備可在嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行[]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4-6METATE 返回結(jié)果 ME狀態(tài)METATE AT命令 ME控制 網(wǎng)絡(luò)消息用戶及應(yīng)用設(shè)備 網(wǎng)絡(luò)圖4-6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.2.1AT命令類型AT命令使用之前都必須添加“AT”或“at”作為指令前綴，才能正式啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行，并在結(jié)尾處加以回車符<CR>,AT命令包括四種類型,如表4.1所示:類型說(shuō)明實(shí)例設(shè)置命令用于對(duì)自定義的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置AT+CXXX=<….>測(cè)試命令用于對(duì)設(shè)置命令或內(nèi)部設(shè)置參數(shù)及其取值范圍進(jìn)行相應(yīng)的查詢。AT+CXXX=?查詢命令用于返回參數(shù)的當(dāng)前值。AT+CXXX?執(zhí)行命令用于讀取內(nèi)部程序的固定參數(shù)。AT+CXXX表4-1AT命令類型4.2.2消息發(fā)送和寫(xiě)入命令發(fā)送消息:AT+CMGS設(shè)置命令時(shí),將手機(jī)短信SMS從終端設(shè)備TE發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)側(cè)。發(fā)送成功后,消息參考值^mr^將返回給終端設(shè)備TE。在接收到非請(qǐng)求發(fā)送狀態(tài)的結(jié)束語(yǔ)句指令后,消息可以通過(guò)該取值來(lái)進(jìn)行識(shí)別工作通。在AT命令發(fā)送與寫(xiě)入命令前，輸入U(xiǎn)ART1_Send_Str("AT+CMGF=1\r\n")程序表示使用文本模式，并且發(fā)送成功；UART1_Send_Str("AT+CSCS=\"GSM\"\r\n")將文本內(nèi)容寫(xiě)進(jìn)GSM短信模塊；并且通過(guò)UART1_Send_Str("AT+CMGS=\"+手機(jī)號(hào)\"\r\n")程序，將報(bào)警短信發(fā)送指定的用戶手機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的家庭監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。4.3時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)系統(tǒng)提供一個(gè)適合機(jī)器的震蕩周期的電路,它是單片機(jī)系統(tǒng)組成過(guò)程中的必不可少的部件之一,任何電路在單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的工作時(shí)也都需要具備一定的工作時(shí)間順序,所以任何一個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行工作時(shí)也都會(huì)被廣泛地應(yīng)用。時(shí)鐘工作電路通常采用晶體振蕩器、晶振控制單元及其中的電容器。時(shí)鐘工作電路時(shí)鐘電路圖如圖4-6所示。圖4-6時(shí)鐘電路圖采用外置石英晶體振蕩器，它的振蕩頻率為12MHz，每個(gè)機(jī)器周期中由12個(gè)振蕩周期組成，所以從中可得到石英晶體振蕩器一個(gè)振蕩周期為1/12us，單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期為1us。[]4.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位操作電路主要的工作功能之一是將系統(tǒng)復(fù)位操作電路狀態(tài)恢復(fù)至系統(tǒng)初始化后的狀態(tài),復(fù)位操作方式主要包括上電自動(dòng)控制復(fù)位操作和外部控制按鍵的手動(dòng)復(fù)位操縱兩種基本的復(fù)位操作。當(dāng)單片機(jī)REST端口持續(xù)輸出兩個(gè)高于機(jī)器周期的高電平時(shí)，表示單片機(jī)復(fù)位時(shí)鐘電路正常運(yùn)行，整體電路進(jìn)入初始化狀態(tài)。復(fù)位采用的外接石英晶體振蕩器頻率長(zhǎng)度為12MHz時(shí)，諧波持續(xù)時(shí)間為1us左右。綜合考慮其使用價(jià)值和產(chǎn)品價(jià)格及整體系統(tǒng)的安全可靠性，本次電路設(shè)計(jì)中采用了外部的手動(dòng)復(fù)位按鍵組成復(fù)位控制電路,如圖4-7所示圖4-7復(fù)位電路圖電容元件可以使得通過(guò)一個(gè)交流電流、同時(shí)阻止直流電流的傳輸,因此當(dāng)開(kāi)關(guān)未被按下時(shí)，+5V的直流電壓不能傳送到單片機(jī)的RST端,因此系統(tǒng)不能完成對(duì)該開(kāi)關(guān)進(jìn)行初始化的設(shè)置,但是當(dāng)開(kāi)關(guān)持續(xù)被按下時(shí)，直流電壓直接加在單片機(jī)的RST復(fù)位端口，開(kāi)關(guān)按下?tīng)顟B(tài)持續(xù)在兩個(gè)工作周期后，系統(tǒng)自動(dòng)停止復(fù)位操作，松開(kāi)開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)便進(jìn)入到初始化狀態(tài),開(kāi)始正常工作。4.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)如圖4-8所示為本系統(tǒng)的報(bào)警電路，報(bào)警電路由蜂鳴器和二極管組成能夠?qū)崿F(xiàn)聲光報(bào)警。報(bào)警器電路與單片機(jī)控制器的PA6引腳連接，并且只有在高電平狀態(tài)下報(bào)警系統(tǒng)正常工作，啟動(dòng)蜂鳴器和二極管發(fā)光。當(dāng)PA6引腳輸出為高電平時(shí)，NPN三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，同時(shí)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)GSM模塊進(jìn)行短信數(shù)據(jù)的傳送。當(dāng)紅外線傳感器檢測(cè)到有外來(lái)人員進(jìn)入到檢測(cè)區(qū)域時(shí)通過(guò)中斷程序啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警,同時(shí)啟動(dòng)二極管發(fā)出紅光。[]圖4-8報(bào)警電路短信報(bào)警電路流程如圖4-9所示開(kāi)始開(kāi)始初始化PA6是否為高電平電路啟動(dòng)短信報(bào)警模塊報(bào)警結(jié)束 否是圖4-9報(bào)警電路流程圖4.6中斷服務(wù)程序工作本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要程序是完成單片機(jī)檢測(cè)的外部熱釋電脈沖信號(hào)，并加以控制其他電路的相應(yīng)工作。當(dāng)有脈沖電信號(hào)傳送到單片機(jī)時(shí),表示此時(shí)某人已經(jīng)入侵并達(dá)到了監(jiān)測(cè)范圍,經(jīng)過(guò)對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的程序進(jìn)行處理,啟動(dòng)中斷服務(wù)程序,關(guān)閉中斷、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，單片機(jī)根據(jù)程序驅(qū)動(dòng)GSM短信模塊進(jìn)行報(bào)警電路,從而開(kāi)始進(jìn)行報(bào)警,并且啟動(dòng)聲光報(bào)警提示屋內(nèi)其他的人或警示入侵人員。其中斷工作流程圖如圖4-10所示。中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)報(bào)警模塊、GSM模塊恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、開(kāi)中斷中斷返回圖4-10中斷工作流程圖4.7信號(hào)采集電路流程