畢業(yè)設(shè)計（論文）基于熱釋電傳感器和GSM模塊的報警器設(shè)計

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2011屆畢業(yè)設(shè)計說明書基于熱釋電傳感器和gsm模塊的報警器設(shè)計摘要隨著科技的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們對家庭的安防系統(tǒng)有了更高的要求。本文利用熱釋電紅外傳感器lhi778及gsm模塊設(shè)計了一種智能報警。在查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計了紅外信號采集電路、信號調(diào)理電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路、聲光報警電路。本設(shè)計中選用西門子公司的tc35模塊來實現(xiàn)遠程報警；信號處理采用放大器lm324來構(gòu)成放大濾波電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由電壓比較電路實現(xiàn)；單片機控制電路完成對輸入信號的處理并經(jīng)過串口與gsm模塊通信，tc35給用戶發(fā)送短信實現(xiàn)智能報警，同時進行聲光報警。聲光報警電路由發(fā)

2、光二極管、三極管以及蜂鳴器組成。電路調(diào)試及結(jié)果表明，設(shè)計的電路能夠?qū)崿F(xiàn)紅外源（人體）的報警。關(guān)鍵詞：熱釋電傳感器lhi778，gsm模塊tc35，單片機a design of alarm based on dual element detector and gsmabstractwith the development of technology and the improvement of our lives, peoples request of defending is much higher then before. the research of this text is to ca

3、rry out the automatic alarm based on dual element detector and gsm. on the basis of reading relevant information , designs the infrared signal acquisition circuit, signal regulate circuit, analog-to-digital circuit and single-chip microcomputer control circuit, sound and light alarm circuit . we cho

4、se siemens tc35 module to improve long-distance alarm, and use the universal amplifier lm324 to form amplification filter circuit to signal processing in this design. analog-to-digital circuit is based on voltage comparative circuit. the mcu operated the signal and communicate with gsm tc35 module t

5、hrough serial, then the gsm module send a note to the user to improve aptitude alarm, at the same time the sound and light alarm circuit is operated. the sound and light alarm system makes up of led, dynatron and buzzer. and the results show that the circuit design of the circuit will be able to rea

6、lize the infrared source (human) alarm.keywords: dual element detector lhi778, gsm tc35 module, mcu目 錄1 引言11.1 課題研究背景及意義11.2 本課題主要研究內(nèi)容11.2.1 設(shè)計內(nèi)容11.2.2 設(shè)計方法21.3 本章小結(jié)22 報警電路設(shè)計32.1 信號采集與處理電路32.1.1 熱釋電傳感器32.1.2 熱釋電紅外信號采集及調(diào)理電路42.2 gsm模塊tc35概述52.3 聲光報警電路72.4 單片機控制電路設(shè)計82.4.1 89c52單片機概述82.4.2 單片機引腳說明92.4.3

7、 單片機外圍電路102.4.4 gsm模塊與單片機通信電路設(shè)計112.5 本章小結(jié)133 軟件總體設(shè)計143.1 單片機串行通信143.1.1 串行通信概述143.1.2 定時器寄存器163.1.3 rs232串口介紹183.1.4 串行通信初始化193.2 單片機與gsm模塊tc35通信203.2.1 串口發(fā)送短消息工作原理203.2.2 at指令介紹203.2.3 短消息格式介紹213.2.4 短消息的控制方式223.2.5 短消息編碼223.2.6 unicode編碼223.2.7 利用unicode字符的pdu編碼及短信發(fā)送233.3 程序流程圖244 報警電路調(diào)試274.1 信號調(diào)理

8、電路及聲光報警電路調(diào)試274.1.1 信號調(diào)理電路調(diào)試274.1.2 聲光報警電路調(diào)試284.2 gsm模塊tc35調(diào)試304.2.1 gsm模塊與上位機pc之間的通信調(diào)試304.2.2 gsm模塊tc35與單片機之間的通信調(diào)試335 結(jié)論34附錄a 系統(tǒng)原理圖35附錄b 系統(tǒng)pcb版圖36附錄c 系統(tǒng)相關(guān)程序37參 考 文 獻40致謝42第 45 頁 共 ii 頁1 引言1.1 課題研究背景及意義隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平得到了顯著提高，尤其是物質(zhì)生活水平的提高，安全方面的問題越來越引起人們的重視。為了保障自家的財產(chǎn)安全，許多樓房住戶都在自家地下室和住房的門、窗上安裝了防盜門和防護欄

9、等。然而，這些設(shè)備在防盜的同時，也帶來了許多弊端，如：若防盜門鑰匙丟失，會給戶主帶來很大的麻煩；家中遇到緊急情況，這些防盜設(shè)備也會給逃生及消防救援帶來諸多不便。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，尖端科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的普及，許多智能化的報警系統(tǒng)也應(yīng)運而生，它們將更便捷、更可靠地保障住戶的財產(chǎn)安全。利用當(dāng)今廣泛使用的移動通信網(wǎng)絡(luò)gsm網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計基于gsm網(wǎng)絡(luò)短消息的報警系統(tǒng)，可以將報警信號以發(fā)送短消息的方式傳輸?shù)饺魏蝕sm網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋的地方，具有成本低、報警范圍大、系統(tǒng)靈活性和可靠性高的特點。gsm是目前發(fā)展較成熟的一種數(shù)字移動通信系統(tǒng)，其中短消息是利用最廣泛的通信方案，把需要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服

10、務(wù)中心，由服務(wù)中心轉(zhuǎn)發(fā)給目的地址，具有實現(xiàn)簡單、通信成本低、頻譜利用率高和保密性好等特點。因此，基于gsm的報警系統(tǒng)，充分利用了gsm無線移動通信網(wǎng)絡(luò)平臺，不僅實時、自動、可靠及方便地實現(xiàn)了遠程通信報警的監(jiān)控，而且打破了防盜報警地域的限制。1.2 本課題主要研究內(nèi)容1.2.1 設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計利用熱釋電紅外傳感器感應(yīng)外界信號，由于熱釋電傳感器輸出的探測信號十分微弱（通常僅有1mv左右）而且是一個變化的信號，所以需要和放大電路相配合，將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出1020米范圍內(nèi)人的行動。當(dāng)有人接近時，通過蜂鳴器、led報警，或者通過單片機控制gsm模塊向手機發(fā)送報警短信。要求：（1）能夠

11、感應(yīng)到1020米范圍內(nèi)人的行動；（2）編寫單片機c程序代碼，實現(xiàn)rs232串口與gsm模塊通信，控制gsm模塊發(fā)出報警信號；（3）對電路和程序進行調(diào)試，最終實現(xiàn)短信報警功能。1.2.2 設(shè)計方法該系統(tǒng)利用熱釋電紅外傳感器感應(yīng)外界信號，單片機是整個系統(tǒng)的核心控制部件，傳感器觸發(fā)的報警信號經(jīng)過信號處理電路后輸入到單片機，單片機對信號加以判斷，然后發(fā)出命令，通過執(zhí)行機構(gòu)使系統(tǒng)按照一定的順序進行工作。這里包括：當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)有人時，一方面采用現(xiàn)場聲、光報警；另一方面引入先進的gsm通訊技術(shù)，利用gsm無線通訊網(wǎng)絡(luò)，將來人這個信息傳遞給戶主，戶主在得到信息后，可以采取相應(yīng)的措施。本課題可以分為單片機基本電

12、路模塊、信號檢測與處理模塊、聲光報警模塊、gsm通信模塊、單片機控制模塊五個模塊：單片機基本電路模塊主要包括電源電路、復(fù)位電路、時序產(chǎn)生電路，即構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)的基本電路；信號檢測與處理模塊主要包括信號檢測電路、信號處理電路（信號放大濾波等）；聲光報警模塊主要是基于發(fā)光二極管以及揚聲器的驅(qū)動電路；gsm通信模塊是基于西門子公司tc35模塊和單片機之間的通信；單片機控制模塊主要是通過單片機控制gsm模塊發(fā)出短信以及聲光報警。1.3 本章小結(jié) 本節(jié)主要介紹了課題研究的背景和意義，以及研究內(nèi)容和要求，同時對課題的研究方法進行了簡單介紹。2 報警電路設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括信號采集與處理電路、單片機

13、基本電路、聲光報警電路、gsm模塊與單片機連接電路，總體框圖如圖2.1所示。89c52單片機外圍電路信號采集與處理電路聲光報警電路gsm通信模塊圖2.1 報警電路總體框圖2.1 信號采集與處理電路2.1.1 熱釋電傳感器gd熱釋電紅外傳感器（pyroelectric infrared detector,pir）就是利用熱釋電效應(yīng)的原理，將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電能的一種元件，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極而構(gòu)成響應(yīng)元。它通常由兩個極性相反的傳感元件串聯(lián)連接，并于一個高阻和一個場效應(yīng)晶體管組裝在一起。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有變化時，

14、因熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上產(chǎn)生電荷，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應(yīng)管進行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷會跟空氣中的離子結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，傳感器無輸出。與所有熱傳感器一樣，熱釋電傳感器的工作原理可以用3個過程來描述：由輻射轉(zhuǎn)化為熱的吸收過程：由熱轉(zhuǎn)化為溫度的加熱過程：由溫度轉(zhuǎn)化電的測溫過程。s 圖2.2 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖2.3 熱釋電傳感器lhi778外形紅外輻射在自然界中無處不在，任何高于絕對零度（273）的物體都會有紅外線向周圍空間輻射，其本質(zhì)是熱輻射。物體溫度越高，則輻射的紅外線越多，紅外輻射能量就越強。而人體都有

15、恒定的體溫，一般在37度，根據(jù)維恩位移定律： t = 2897.8umk,所以會發(fā)出波長約10um左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10um左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10um左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。根據(jù)熱釋電效應(yīng)，當(dāng)一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，而紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。近年來熱釋電紅外傳感器除了用于遙感、制導(dǎo)、夜視、主動雷達、熱成像、氣體分析、輻射計、測溫等軍事和工業(yè)場合外，它在消費電子電器產(chǎn)品中

16、的應(yīng)用正迅速增長。目前應(yīng)用最多的是檢測人的傳感器，比如用于防盜報警系統(tǒng)。2.1.2 熱釋電紅外信號采集及調(diào)理電路本設(shè)計選用perkinelmer公司的lhi778熱釋電紅外傳感器，它是雙元傳感器，由硅窗、敏感材料、高值電阻rg、場效應(yīng)管以及為增強抗干擾能力而并的一個電容組成。其外形結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。d腳和s腳分別為內(nèi)部場效應(yīng)管的漏極和源極的引出端，g腳為內(nèi)部敏感元接地引出端。因s和g之間懸空，故使用時在這兩個引腳之間應(yīng)接入一個輸出電阻ro，才能輸出傳感信號。熱釋電紅外傳感器是一種高阻抗的器件，容易引入噪聲，所以與它相連的第一級前置放大電路必須采用高輸入阻抗、低噪聲的場效應(yīng)晶體管，并把它封裝在

17、熱釋電探測器管殼內(nèi)。這樣可以有效地降低干擾、防止外界干擾及機械振動的影響。高值電阻rg的作用是釋放柵極電荷，使場效應(yīng)管安全正常工作。熱釋電紅外傳感器輸出的信號很微弱，容易受到噪聲的干擾，甚至有效信號被淹沒在噪聲中。研究發(fā)現(xiàn)傳感器上輸出信號的干擾源主要來自傳感器的熱噪聲、固有噪聲、放大器的電壓和電流噪聲等。熱噪聲是由探測器材料中的電荷載流子的隨機熱運動而產(chǎn)生的。要減小熱噪聲帶來的影響，應(yīng)盡量縮短熱釋電傳感器和前置放大電路之間的距離，減少外界熱干擾，并在前置放大電路中串入低通濾波電路，限制噪聲帶寬。傳感器的固有噪聲電壓峰峰值約為50uv，室外熱空氣流動能夠產(chǎn)生接近250uv的噪聲，在室內(nèi)也接近18

18、0uv。其他可能存在的干擾，如空間電磁波干擾和機械振動等，噪聲幅值接近100uv，三種噪聲疊加最大幅值接近300uv。所以需要對其進行放大處理，同時還要濾波以去除干擾和噪聲。因此，本設(shè)計采用的信號調(diào)理電路包括兩級增益放大、帶通濾波、比較電路組成，其電路如圖2.4所示。圖3.3中傳感器d端和5v電源之間串聯(lián)一個10k的電阻，用于降低射頻干擾。g端接地，s端接47k的負載電阻。傳感器輸出直接耦合至低噪聲運放（lm324）構(gòu)成的帶通濾波和第一級放大電路的反向輸入端，然后再經(jīng)過電阻r7、電容c4耦合至第二級放大電路進行進一步濾波放大。圖2.4 熱釋電紅外傳感器信號調(diào)理電路根據(jù)濾波器的特點，其截止頻率公

19、式為： （式3.1）可得在本設(shè)計帶通濾波電路中，上限截止頻率為15.9hz，下限截止頻率為0.07hz；在放大電路中第一級放大增益為100，第二級放大增益大約為20，因此經(jīng)過兩級放大后電路總增益可達到66db。雙限電壓比較器由四運放(lm324)的另兩個放大器構(gòu)成。由于噪聲源最大幅值接近300uv，經(jīng)兩級放大電路后，最大噪聲幅值達到600 mv。第二級放大電路偏置在vcc2，即2.5 v，因此，雙限電壓比較器的高低閾值應(yīng)設(shè)置為3.1 v和1.9 v時才能有效抗噪聲干擾，即當(dāng)放大器輸出信號電平大于3.1 v或者小于1.9v時，比較器輸出高電平，表示探測到移動人體。2.2 gsm模塊tc35概述t

20、c35模塊是sielnens公司推出的新一代gsm無線通信模塊，它可以快速可靠的實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)sms(short message service)和傳真。模塊工作電壓為3.3-5.5v（典型值為4.2v），可工作在900mhz和180omhz兩個頻段，它提供rs232數(shù)據(jù)口，符合gsmo7.o7和gsmo7.o5標(biāo)準(zhǔn)，模塊采用at command接口，支持文本和pdu模式的短消息。通過40引腳的zif連接器，實現(xiàn)指令、數(shù)據(jù)、語音信號及控制信號的雙向傳輸。tc35模塊主要由gsm基帶處理器、gsm射頻模塊、供電模塊(asic)、flash存儲器、40芯zif插座、天線接口等六部分

21、組成。gsm基帶處理器是整個模塊的核心，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)備中的所有模擬和數(shù)字功能。射頻天線部分主要實現(xiàn)信號的調(diào)制與解調(diào)，實現(xiàn)外部射頻信號與內(nèi)部基帶處理器之間的信號轉(zhuǎn)換，供電模塊為處理器以及射頻部分提供所需的電源，40芯的zif插座為用戶提供包括電源、數(shù)據(jù)輸入輸出、sim卡接口、音頻接口和控制等的接口。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.5所示。tc35帶有rs232數(shù)據(jù)口，符合etsi標(biāo)準(zhǔn)gsm07.07和gsm07.05,且易于升級為gprs模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體,向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的at命令接口,為數(shù)據(jù)、語音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸,方便用戶的應(yīng)用開

22、發(fā)及設(shè)計。本設(shè)計就是利用該模塊中串口實現(xiàn)與單片機的通信。圖2.5 tc35結(jié)構(gòu)框圖 tc35模塊共有40引腳，通過一個zif（zero insertion force 零阻力）連接器引出。這40個引腳主要包括電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、sim卡、語音接口和控制引腳。其引腳分布如圖2.6所示。圖2.6 tc35引腳分布圖各管腳功能如下：114引腳為電源部分，其中l(wèi)5引腳為電源電壓輸入端vbatt+；610引腳為電源地gnd，1112引腳為充電端，13引腳為對外輸出電壓(供外部電路使用) ，14引腳accutemp接負溫度系數(shù)的熱敏電阻；2429 引腳為sim 卡連接端分別為ccin、ccrst、cci

23、o、ccclk、ccvcc和ccgnd；15、30、31和32引腳為控制部分，15引腳為啟動線igt(ignition)。當(dāng)tc35通電后必須給igt一個大于100 mv的低電平，模塊才能啟動。30引腳為rtc backup（后備電池）；31 引腳為掉電控制power down；32 引腳為sync，1623 引腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出端分別為dsr0、ring0、rxd0、txd0、cts0、rts0、dtr0和dcd0。3340引腳為語音接口用來接電話手柄。tc35的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，它符合itu-trs232接口標(biāo)準(zhǔn)，它有固定的參數(shù)：8 位數(shù)據(jù)位和1 位停止位，無校

24、驗位，波特率在300bps-115kbps之間可選，硬件握手信號用rts0/cts0，軟件流量控制用xon/xoff,cmos 電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的at 命令集。通過這一接口可以用at 命令切換操作模式，可以使它處于語音、數(shù)據(jù)、短消息或傳真模式。2.3 聲光報警電路本設(shè)計中聲光報警電路是利用三極管、發(fā)光二極管以及揚聲器進行設(shè)計其設(shè)計電路如圖2.7所示。圖2.7 聲光報警電路 該電路工作原理為當(dāng)有人經(jīng)過時，傳感器輸出信號經(jīng)過信號處理電路和電壓比較電路后，給單片機輸入一個高電平信號，進而單片機作出響應(yīng)將p1.1口置低，從而該電路開始工作，即發(fā)出聲光報警。2.4 單片機控制電路設(shè)計2.4.1 89c52

25、單片機概述本設(shè)計選用stc89c52單片機，它是一種帶8k字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低電壓，高性能comos8的微處理器。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.8所示。時鐘電路程序計數(shù)器pc4kb程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器定時/計數(shù)器t0/t1cpu總線控制中斷系統(tǒng)5中斷源、2優(yōu)先級4個可編程并行i/o口串行口全雙工 1個圖2.8 89c52單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.4.2 單片機引腳說明本設(shè)計選用stc89c

26、52單片機采用dip-40封裝，共有40個引腳，包括電源引腳、外接晶體引腳、并行i/o引腳、控制引腳。其引腳分布如圖2.9所示。圖2.9 51單片機管腳分布圖vcc：供電電壓+5v。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位三態(tài)i/o口，每腳可吸收8個ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1 時，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在作為驅(qū)動時，p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o 口，p1口緩沖器能接收輸出4個ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這

27、是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o 口，當(dāng)作為i/o口使用時，可直接連接外部i/o設(shè)備。它是地址總線的高8位復(fù)用，可驅(qū)動4個ttl負載。一般作為擴展地址總線的高8位使用。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，是雙功能復(fù)用口。p3口也可作為at89s51的一些特殊功能口，各位定義如下：p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器運行時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間，復(fù)位后應(yīng)

28、使此引腳電平為小于或等于0.5v的低電平。ale/：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低8位。平時，ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，其頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。：外部程序存儲器的讀選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時，只訪問外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。2.4.3 單

29、片機外圍電路單片機基本電路主要包括時鐘電路、復(fù)位電路以及一些基本設(shè)置。stc89c52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。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生，本設(shè)計采用內(nèi)部方式產(chǎn)生時鐘。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖2.10所示，在xtal1和xtal2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212mhz之間選擇，電容值在530pf之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。圖2.10 時鐘電路復(fù)位是單片機的初始化操作。其主要功能是把pc初始化為0000h，

30、使單片機從0000h單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。在stc89c52中rst引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(rst)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的s5p2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖2.11所示。這樣，只

31、要電源vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。圖2.11 單片機復(fù)位電路2.4.4 gsm模塊與單片機通信電路設(shè)計 本模塊電路設(shè)計主要是基于單片機串口與tc35連接進行通訊。在tc35外圍電路設(shè)計中主要有啟動電路、指示電路、數(shù)據(jù)通信電路、sim卡電路等。對于tc35控制，igt信號非常重要，只有正確的igt信號才一可以使tc35正常運行。系統(tǒng)加電后，為使tc35進入工作狀態(tài)，必須給igt引腳加一個延時大于100ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時間不可超過lms。驅(qū)動igt時，tc35供電電壓不能低于3.3v，否則tc35不能激活?；鶐幚砥骷闪艘粋€s

32、im接口。為了適合外部的sim接口，該接口連接到主接口(zif連接器)。tc35使用外接式sim卡，zif連接器上有6個引腳做為sim卡的接口，sim卡上也有6個引腳分別與它相對應(yīng)，sim卡同tc35是這樣連接的:sim上的ccrst、ccio、ccclk、ccvcc和ccgnd通過sim卡閱讀器與tc35同名端直接相連。tc35在 zif連接器上為sim卡接口預(yù)留了6個引腳，所添加的ccin腳用來檢測sim卡支架中是否插有sim卡。當(dāng)插入sim卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進入正常工作狀態(tài)。本系統(tǒng)采用的是短消息報警方式，所以語音接口引腳3340將懸空不用，電源采用直接供電，所以1114引腳也

33、將懸空不用。其余的引腳按功能可分為5個部分：（1）電源部分，（2）啟動關(guān)機部分，（3）串口部分，（4）sim卡座部分，（5）其他部分。其總體框圖如圖2.12所示。40pin zif電源部分啟動關(guān)機部分單片機電路sim卡座部分其他串口部分tc35圖2.12 gsm模塊外圍電路總體框圖tc35模塊與單片機通過串口連接進行通訊，tc35的串行接口電平是0-3.3v，然而我們常用的微處理器接口電平為0-5v，因此必須做電平轉(zhuǎn)換。進行電平轉(zhuǎn)換常用的接法有兩種，一種是利用max232進行電平轉(zhuǎn)換，一種是ttl接法，即在單片機與tc35模塊之間串聯(lián)一個電阻。本設(shè)計采用后一種ttl接法。所以單片機與tc35模

34、塊電路設(shè)計如圖2.13、2.14所示。圖2.13 單片機與tc35模塊連接圖圖2.14 tc35外圍接口2.5 本章小結(jié) 本節(jié)主要介紹了硬件電路原理圖的設(shè)計以及相關(guān)理論知識。在這一節(jié)中主要是單片機的基本電路設(shè)計、信號處理電路設(shè)計、tc35外圍電路設(shè)計以及單片機與tc35模塊通過串口的的連接電路設(shè)計。通過本節(jié)對各電路工作原理以及各模塊設(shè)計有了清楚的認(rèn)識，為以后的設(shè)計利用打下了良好的基礎(chǔ)。3 軟件總體設(shè)計 本系統(tǒng)的工作原理是通過熱釋電傳感器感應(yīng)人的移動輸出一個微弱電壓，經(jīng)過信號處理后給單片機輸入一個信號，單片機通過對信號的判斷，進而控制聲光報警和gsm模塊發(fā)送短信。因此，本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是單片機

35、通過串口與gsm模塊之間的通信設(shè)計。3.1 單片機串行通信3.1.1 串行通信概述mcs-51單片機內(nèi)部有一個全雙工的串行口，這個口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，也可以實現(xiàn)串行異步通信，進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，還可以作為同步移位寄存器來使用。該接口有4 種工作方式，其字符格式有8 位、10 位、11 位，可用不同的波特率工作。單片機串行口的控制寄存器有兩個特殊功能寄存器scon 和pcon下面分別說明各個控制字的定義和用法：串行控制寄存器scon 可用于確定串行通信的工作方式并控制串行通信的某些功能，監(jiān)視、控制串行口的工作狀態(tài)，也可用于存放要發(fā)送和接收的第九個數(shù)據(jù)(tb8、rb8)，并設(shè)有接收和發(fā)送中斷標(biāo)志ri

36、 和ti。scon的格式如表3.1所示表3.1 串行控制寄存器scon的格式scond7d6d5d4d3d2d1d0位名稱sm0sm1sm2rentb8rb8tiri位地址9fh9eh9dh9ch9bh9ah99h98h功能工作方式選擇多機通信控制接收允許發(fā)送第9位接收第9位發(fā)送中斷接收中斷各位功能如下：sm0 sm1 串行口工作方式選擇位。表3.2列出了其狀態(tài)組合所對應(yīng)的工作方式。表3.2 串行方式的定義sm0sm1工作方式功能說明波特率0008位同步移位寄存器輸入/輸出波特率固定為fosc /1201110位uart波特率可變(t1溢出率/n，n=32或16)10211位uart波特率固定

37、為fosc /n，(n=64 或32)11311位uart波特率可變(t1溢出率/n，n=32或16) sm2 多機通信控制位。主要用于方式2和方式3中(數(shù)據(jù)位為9位)。在方式2和方式3處于接收狀態(tài)時，若sm2=1，ren=1，且接收到的第9位數(shù)據(jù)rb8=0，則ri不會被置1。只有當(dāng)rb8=1時，ri才會置位產(chǎn)生中斷請求。若sm2=0，無論接收到的第9位數(shù)據(jù)rb8為0還是1，ri 都會被置位，將前8位數(shù)據(jù)裝入sbuf中并產(chǎn)生中斷請求。在方式1中，若sm2=1，只有在接收到有效停止位時ri才會被置1。在方式0中，sm2必須為0。 ren 允許接收控制位。ren=0，禁止接收；ren=1，允許接收

38、，啟動串行口的rxd接收數(shù)據(jù)。該位由軟件置1或清0。 tb8 方式2和方式3中要發(fā)送的第9 位數(shù)據(jù)。在方式2和方式3時，tb8是要發(fā)送的第9個數(shù)據(jù)位，一般是程控位。由軟件進行置1或清0。在多機通信中，用于表示主機發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀：tb8=0表示數(shù)據(jù)；tb8=1表示地址。此外，還可以用于奇偶校驗位。在方式0中，此位不用。 rb8 方式2和方式3中要接收的第9 位數(shù)據(jù)。在方式2和方式3時，rb8存放接收的第9位數(shù)據(jù)。在方式1中，若sm2=0，rb8接收到的是停止位。在方式0中，此位不用。 ti 發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0中，當(dāng)發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時，由硬件置1。在其他方式中，遇發(fā)送停止位時，由硬

39、件置1。ti=1 時，表示幀發(fā)送結(jié)束，可申請中斷，cpu 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。ti位必須由軟件清0。 ri 接收中斷標(biāo)志位。在方式0中，接收完第8位數(shù)據(jù)時，由硬件置1。在其他方式中，接收到停止位時，由硬件置位。ri=1時，表示幀接收結(jié)束，可申請中斷，要求cpu取走數(shù)據(jù)。ri位也必須由軟件清0。在方式1 中，sm2=1 時，若未接收到有效的停止位，不會對ri置位。電源控制寄存器pcon 主要是為chmos 型單片機的電源控制而設(shè)置的專用寄存器。在chmos 的msc-51 單片機中，除了最高位smod 位外，其他位都是虛設(shè)的。pcon寄存器格式如表3.3所示。表3.3 電源控制寄存器pc

40、on寄存器格式pcond7d6d5d4d3d2d1d0位名稱smod-gf1gf0pdidlsmod位是串行口波特率的倍增位，當(dāng)smod=1時方式1、方式2、方式3的串行口波特率加倍(方式0的波特率固定)。smod=0時，各工作方式的波特率不增加。pcon寄存器無地址控制功能，不能進行位尋址。系統(tǒng)復(fù)位后，寄存器各狀態(tài)位均為0，按鍵復(fù)位后保持不變。3.1.2 定時器寄存器在本設(shè)計中設(shè)置串口在方式1下工作，在這種方式下波特率是可變的，所以對定時器的工作方式需要介紹一下。在應(yīng)用中，定時方法有軟件定時、硬件定時、可編程定時器三種方式。它們的特點如下所述。軟件定時：靠執(zhí)行一個循環(huán)程序以進行時間延遲。時間

41、精確，不需外加硬件電路；要占用cpu，定時時間不宜太長。硬件定時：定時功能全部由硬件電路完成，不占用cpu時間；但通過改變電路中元件參數(shù)來調(diào)節(jié)定時時間使用不方便?？删幊潭〞r器定時：通過對系統(tǒng)的時鐘脈沖的記數(shù)來實現(xiàn)。使用靈活方便；用計數(shù)方法實現(xiàn)定時，因此還可以對外部脈沖進行計數(shù)，實現(xiàn)計數(shù)功能。綜合考慮三種方式，在本設(shè)計中應(yīng)用可編程定時器定時這種簡便并且容易控制的方式。在這種方式中需要對定時器控制寄存器（tcon）和定時器方式寄存器（tmod）進行初始化，其基本格式如表3.4和3.5所示。表3.4 定時器控制寄存器tcon寄存器格式tcond7d6d5d4d3d2d1d0位名稱tf1tr1tf0t

42、r0ie1it1ie0it0tcon的高4位存放定時器的運行控制位和溢出標(biāo)志位。低4位存放外部中斷的觸發(fā)方式控制位和鎖存外部中斷請求源，與中斷有關(guān)。（1）tfx：定時器tx溢出標(biāo)志。定時器的核心為加法計數(shù)器，當(dāng)定時器tx發(fā)生計數(shù)溢出時，由硬件將此位置“1”。tfx可以由程序查詢，也是定時中斷的請求源，當(dāng)cpu響應(yīng)中斷、進入中斷服務(wù)程序后，由單片機內(nèi)部硬件自動將tfx清“0”。（2）trx：定時器tx運行控制位，通過軟件置“1”或 清“0”。trx為“1”啟動“計數(shù)器”計數(shù)，為“0”停止“計數(shù)器”計數(shù)。表3.5 定時器方式寄存器tmod寄存器格式tmodd7d6d5d4d3d2d1d0功能gat

43、ec/m1m0gatec/m1m0t1t0 tmod寄存器中主要用于對2個定時器t0、t1的工作方式進行設(shè)定，tmod不能位尋址，只能用字節(jié)指令設(shè)置定時器工作方式。各位功能如下：gate-門控制位gate=0，允許軟件控制位tr0或tr1啟動定時器； gate=1，允許外中斷引腳int0(或int1)為高電平，且軟件使tr0（或tr1）置1時，才能啟動定時器工作。 在一般情況下，取gate=0。c/-定時/計數(shù)功能選擇位c/ =0，對單片機內(nèi)部機器周期進行計數(shù)，作定時器用；c/=1，對單片機外部從t0(p3.4)、t1(p3.5)引腳輸入的外部脈沖信號進行計數(shù)，作計數(shù)器用。 m1 m0-工作方

44、式選擇位 m1m0工作方式方式特點00方式013位計數(shù)器，最大值計數(shù)值819201方式116位計數(shù)器，最大值計數(shù)值6553610方式2初值自動重裝8位計數(shù)器，最大值計數(shù)值25611方式32個8位計數(shù)器，僅適用于t03.1.3 rs232串口介紹在上面的介紹中了解到tc35模塊的串口符合rs232接口標(biāo)準(zhǔn)，其引腳分布分別如表3.6，表3.7所示。tc35的串口引腳為dsr0、ring0、rxd0、txd0、cts0、rts0、dtr0和dcd0。通信時將同名端與rs232各引腳連接。rxd0，txd0是數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，在這里連接時rxd0與rxd連接，txd0與txd連接，對于一般的非cpu類設(shè)

45、備連接都使用這種規(guī)則。表3.6 9針串口引腳定義編號符號功能說明1dcd載波檢測2rxd接收數(shù)據(jù)3txd發(fā)送數(shù)據(jù)4dtr數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5gnd信號地6dsr數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好7rts發(fā)送請求8cts發(fā)送清除9ring振鈴指示表3.7 tc35與數(shù)據(jù)終端設(shè)備串口連接編號tc35數(shù)據(jù)終端設(shè)備引腳功能數(shù)據(jù)傳輸方向引腳功能數(shù)據(jù)傳輸方向3txd0輸入txd輸出2rxd0輸出rxd輸入7rts0輸入rts輸出8cts0輸出cts輸入4dtr0輸入dtr輸出6dsr0輸出dsr輸入1dcd0輸出dcd輸入9ring0輸出ring輸入數(shù)據(jù)在兩個串口之間傳輸時，常常會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，如計算機與單片機之間的通訊，接收

46、端數(shù)據(jù)緩沖區(qū)已滿，則此時繼續(xù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)就會丟失?？梢杂昧骺刂平鉀Q這個問題，當(dāng)接收端數(shù)據(jù)處理飽和時，就發(fā)出“不再接收”的信號。發(fā)送端就停止發(fā)送，直到收到“允許發(fā)送”的信號后再發(fā)送數(shù)據(jù)。在本設(shè)計中，由于短消息數(shù)據(jù)量不大的特點以及單片機引腳少的特點，這里只用到rxd0、txd0分別與單片機的rxd和txd連接。由于89c52串口電壓的輸出高電平為35v，而tc35串口電壓的高電平范圍為1.953.45v，因此單片機與tc35串口連接時在它們之間應(yīng)分別串聯(lián)一個電阻，以達到電平轉(zhuǎn)換的目的。3.1.4 串行通信初始化在利用單片機串口進行通信時都需要先對其進行初始化，即定義其工作方式以及波特率的設(shè)置。本設(shè)

47、計中設(shè)置串口使其工作在方式1，因此本設(shè)計串口初始化程序為：void uart_int(void) scon = 0x50； /uart方式1：8位uart；ren=1：允許接收 pcon = 0x00； /smod=0：波特率不加倍 tmod = 0x20； /t1方式2，用于uart波特率th1 = 0xfc； tl1 = 0xfc； /uart波特率設(shè)置：9600 (時鐘頻率為16mhz) tr1 = 1；3.2 單片機與gsm模塊tc35通信3.2.1 串口發(fā)送短消息工作原理單片機與tc35模塊一般采用串行異步通信接口，通常具有紅外和通信電纜兩種連接方式，通信速度可設(shè)定，通常為9600b

48、ps。采用紅外接口的優(yōu)點是單片機系統(tǒng)與tc35模塊電氣隔離，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；其主要缺點是設(shè)計不當(dāng)時會對tc35模塊的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。本設(shè)計采用電纜連接。gsm的短信息sms業(yè)務(wù)利用信令信道傳輸，這是gsm通信網(wǎng)所特有的。它不用撥號建立連接，把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短信息服務(wù)中心，經(jīng)短消息服務(wù)中心完成存儲后再發(fā)送給最終的信宿。所以當(dāng)目的gsm終端沒開機時信息不會丟失。每個短消息的信息量限制為160字節(jié)。現(xiàn)在市場上大多數(shù)手機均支持gsm0705規(guī)定的at指令集。該指令集是et

49、si發(fā)布的，其中包含了對sms的控制。利用gsm手機的串行接口，單片機向手機收發(fā)一系列的at命令，就能達到控制手機收發(fā)sms的目的。3.2.2 at指令介紹at即attention，at指令集是從終端設(shè)備(terminal equipment，te)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備(data terminal equipment，dte)向終端適配器(terminal adapter，ta)或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(data cireuit terminal equipment，dce)發(fā)送的。通過ta，te發(fā)送at指令來控制移動臺(mob11estation，ms)，與gsm網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進行交互。用戶可以通過at指令進

50、行呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。本設(shè)計采用西門子公司開發(fā)的gsm at指令集，過程中需要用到的at指令有：（1）at+cmgf；指令功能為：選擇gsm短消息的發(fā)送和接收模式。指令格式：at+cmgf=0 選擇使用pdu模式發(fā)送接收短消息；at+cmgf=1 選擇使用文本模式發(fā)送接收短消息；本文所使用的是pdu模式，所以使用at+cmgf=0。（2）at+csca 指令功能為：顯示gsm短消息服務(wù)中心號碼。發(fā)送at+csca？ 到手機后得到的回復(fù)信息是“+8613010701500”，這個號碼就是聯(lián)通太原分公司的短消息服務(wù)中心號碼。（3） at+cmgd 指令功能為：刪除sim

51、卡內(nèi)存的短消息。發(fā)送at+cmgd=到手機后手機將刪除指定的數(shù)字在內(nèi)存中的位置上的短消息。（4） at+cmgs 指令功能為：發(fā)送短消息。由于本設(shè)計采用pdu模式，所以指令格式為：at+cmgs= + pdu數(shù)據(jù)，這里的pdu數(shù)據(jù)就是短消息發(fā)送的字符串。3.2.3 短消息格式介紹由于gsm網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展日益成熟，并且利用中文短信傳送的的方便，基于gsm網(wǎng)絡(luò)的短消息傳送信息已得到越來越廣泛的應(yīng)用。下面介紹一下短消息的基本內(nèi)容。短消息的接收形式如表3.8所示：表3.8 短消息接收形式scapdu-typeoapiddcssctsudlud短消息的發(fā)送形式如表3.9所示：表3.9 短消息的發(fā)送形式sca

52、pdu-typemrdapiddcsvpudlud表3.10 短消息形式的英文解釋sca 短消息服務(wù)中心地址，1一12位數(shù)字mr 由手機設(shè)置短消息遞交幀遞交數(shù)字pdu-type 協(xié)議數(shù)據(jù)單元類型，1位數(shù)字0a 發(fā)送方地址，即發(fā)送的手機號碼da 接收方地址，即接收的手機號碼pid 協(xié)議識別符，1位數(shù)字dcs 數(shù)據(jù)譯碼方案，1位數(shù)字scts 服務(wù)中心接收短消息時間vp 短消息發(fā)送的合法期限udl 用戶數(shù)據(jù)長度，1位數(shù)字ud 用戶數(shù)據(jù)，0-140位數(shù)字rp 短消息回復(fù)的路徑udhi 用戶數(shù)據(jù)區(qū)包含的報頭sri 指明移動設(shè)備是否需狀態(tài)報告srr 指明移動站是否需要一個狀態(tài)報告vpf 指示vp區(qū)是否存在

53、mms 指示是否有更多的消息將被發(fā)送rd 拒絕重復(fù)mti 消息類型指示，00消息接收，01消息發(fā)送3.2.4 短消息的控制方式tc35模塊采用at指令，單片機可通過正確的指令對tc35模塊進行初始化和短消息的發(fā)送接收等。對短消息的控制有三種方式：block模式、基于at命令的text文本模式、基于at命令的pdu(protocol description unit)模式。使用b1ock模式需要手機生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動支持，現(xiàn)在還沒有發(fā)現(xiàn)哪個廠家公布支持這種短信發(fā)送模式，pdu模式已取代block模式。應(yīng)用text文本格式時，短消息內(nèi)容以ascii碼格式直接輸入，操作比較簡單，缺點是只能發(fā)送英文短消

54、息；應(yīng)用pdu格式時，短消息內(nèi)容以unicode格式輸入，可以發(fā)送任何文字，缺點是短消息內(nèi)容需要轉(zhuǎn)換成unicode碼，并且要把短消息按pdu格式打包，操作比較復(fù)雜。由于我們采用的是西門子的tc35模塊，所以本文主要探討pdu模式的發(fā)送和接收。3.2.5 短消息編碼 pdu模式中，可以采用三種編碼方式來編碼要發(fā)送的內(nèi)容，分別是7-bit編碼、8-bit編碼、16-bit編碼。7-bit編碼用于發(fā)送普通的ascii字符；8-bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，比如圖片和鈴聲等；而16-bit編碼用于發(fā)送unicode字符。在這三種編碼方式下，可以發(fā)送的最大字符數(shù)分別是160、140、70。若要發(fā)送中文，必須采用pdu模式的unicode編碼方式。設(shè)需要發(fā)送短消息內(nèi)容為“hi”，使用的gsm字符集為7位編碼。首先將字符轉(zhuǎn)換為7位的二進制，然后，將后面字符的位調(diào)用到前面，補齊前面的差別。例如:h翻譯成1001000，i翻譯成1101001，顯然h的二進制編碼不足八位，那么就將i的最后一位補足到h的前面。那么就成了11001000(c8)，i剩下六位110100，前面再補兩個o，變成00110100(34)，于是“hi”就變成了兩個八進