智能家居安保系統(tǒng)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計說明書智能家居安保系統(tǒng)設(shè)計摘要論文介紹了基于STM32F103RB單片機系統(tǒng)的控制核心的智能家居安保系統(tǒng)設(shè)計。系統(tǒng)分為三部分：系統(tǒng)板(單片機，電源模塊)，GSM模塊，傳感器模塊。全文分別從五個方面對設(shè)計進行說明：一、設(shè)計背景和意義。智能家居的背景和發(fā)展現(xiàn)狀以及GSM和AT指令集的介紹；二、重要器件的介紹；三、設(shè)計方案?？傮w框圖設(shè)計，用框圖將設(shè)計中手機接受端、GSM模塊、傳感器、LCD、STM32F103RB、電源電路等各硬件組成部分之間的關(guān)系表達出來；接著在紅外對管和聲音傳感器比較后，得出紅外對管更適合用來防盜的結(jié)論，因此采用了紅外對管方案。四、系統(tǒng)的軟件部分；有LCD屏顯示和觸摸屏程序設(shè)計（我覺得是最難的），硬件部分有STM32F103RB開發(fā)板、GSM模塊、煙霧傳感器、紅外對管。五、系統(tǒng)實現(xiàn)部分具體闡述了系統(tǒng)的各個模塊和實現(xiàn)過程。講述了短信報警的過程和修改密碼和手機號碼的過程。關(guān)鍵詞：智能家居STM32F103RBXPT2046GSMW25X40AT24C02目錄摘要 IABSTRACT II目錄 1第1章緒論 31.1、課題研究背景和意義 31.1.1、家庭自動化 31.1.2、家庭網(wǎng)絡(luò) 31.1.3、網(wǎng)絡(luò)家電 41.1.4、信息家電 41.2、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 41.3、GSM技術(shù)介紹 51.4、AT指令簡介 71.5、本章小結(jié) 8第2章系統(tǒng)重要器件介紹 102.1、核心控制芯片STM32F103RB 102.2、觸摸屏控制器XPT2046 112.3、GSM通信芯片SIM900A 122.4、GSM模塊 142.5、煙霧傳感器模塊 152.6、紅外對管 172.7、FLASHW25X40 182.8、EEPROMAT24C02 202.9、本章小結(jié) 21第3章設(shè)計方案 223.1、系統(tǒng)框圖設(shè)計 223.2、傳感器的選擇 233.3、本章小結(jié) 23第4章系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計 244.1、系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖及重要程序 244.1.1、系統(tǒng)初始化函數(shù) 254.1.2、LCD顯示及手機號碼修改函數(shù) 254.1.3、短信報警函數(shù) 264.2、STM32F103RB開發(fā)板系統(tǒng) 264.2.1、電源 274.2.2、觸摸屏模塊 274.2.3、EEPROMAT24C02模塊 284.2.4、FLASHW25X40模塊 304.3、本章小結(jié) 32第5章系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn) 335.1、硬件電路 335.2、系統(tǒng)測試 365.3、測試結(jié)果 395.4、本章小結(jié) 40總結(jié)與展望 41致謝 42參考文獻 43附錄 45第1章緒論1.1、課題研究背景和意義隨著國民經(jīng)濟的和科技的提高，特別是計算機技術(shù)，通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制技術(shù)水平，信息技術(shù)的飛速發(fā)展和提高，推動現(xiàn)代家庭生活居住方式改變，人們更加追求舒適的衣食住行和安全環(huán)境。人類科技的發(fā)展和方向的最終目的是服務(wù)于生活，這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，使得人們的生活習(xí)慣改變和生活質(zhì)量提高。在這些條件下的智能家居應(yīng)運而生[1]。智能家居住房作為一個平臺，運用綜合布線技術(shù)、

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、

安全技術(shù)、

自動控制技術(shù)、

音頻和視頻技術(shù)集成家居生活相關(guān)設(shè)施、

居住設(shè)施和家庭計劃管理系統(tǒng)的建設(shè)，加強家居安全、

方便、

舒適、

藝術(shù)和生活的環(huán)境，以實現(xiàn)環(huán)境保護和能源節(jié)約。智能家居是物聯(lián)網(wǎng)的影響下的表現(xiàn)。通過智能家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將家中（如聲音和視頻設(shè)備，照明系統(tǒng)，窗簾和控制，空調(diào)控制和安全系統(tǒng)以及數(shù)字影院系統(tǒng)和AV服務(wù)器和影子內(nèi)閣系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）的各種設(shè)備連接在一起，以提供所述電器控制和燈光控制和電話遠程控制，室內(nèi)和室外遙控控制，防盜報警器，環(huán)境監(jiān)測和傳輸控制紅外線傳輸和溫度可以編程定期控制，各種各樣功能和工具。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的生活、

建設(shè)、

通信、

信息家電、

自動化設(shè)備、

提供全方位的信息交互功能，甚至為節(jié)省能源費用的各種功能[2]。1.1.1、家庭自動化家庭自動化系統(tǒng)是基于一個中央微解決機（中央解決單元，CPU），從相關(guān)的電氣和電子產(chǎn)品的接受到的消息（外部環(huán)境因素，如太陽升起或落下，所導(dǎo)致的變化的光線和其他變化），然后發(fā)送根據(jù)既定程序，其他電器和電子產(chǎn)品的相應(yīng)信息。通過許多中央微解決器接口的家電控制，這些接口可以是一個鍵盤，或者它可以是一個觸摸屏，按鈕，計算機，電話，遙控器，等等;消費者可將信號發(fā)送到中央微解決器，或者從中央微解決器接受信號[3]。1.1.2、家庭網(wǎng)絡(luò)大家必須把這個家庭網(wǎng)絡(luò)和純粹的“家庭局域網(wǎng)”分開來，它是指連接家庭里的計算機、各種外設(shè)和與因特網(wǎng)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它僅僅是家庭網(wǎng)絡(luò)的一個組成部份。家庭網(wǎng)絡(luò)是在家庭范圍內(nèi)(可擴展到鄰居，社區(qū))將PC、家電、安全系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和廣域網(wǎng)相連接的一種新技術(shù)。當(dāng)前在家庭網(wǎng)絡(luò)所采用的連接技術(shù)可以分為“有線”和“無線”兩大類。有線方案重要涉及：雙絞線或同軸電纜連接、電話線連接、電力線連接等；無線方案重要涉及：紅外線連接、無線電連接、基于RF技術(shù)的連接和基于PC的無線連接等[4]。1.1.3、網(wǎng)絡(luò)家電網(wǎng)絡(luò)家電是普通的家用電器使用數(shù)字技術(shù)、

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制技術(shù)改善的新型家用電器。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以互相連接，形成一個家庭網(wǎng)絡(luò)，而家庭網(wǎng)絡(luò)，可以連接到外部互聯(lián)網(wǎng)?？梢姡W(wǎng)絡(luò)家電技術(shù)涉及兩個層次：

第一種裝置，這是所以不同電器可以互相認可，并一起工作之間的聯(lián)網(wǎng)。第二個層次是解決通信設(shè)備和外部網(wǎng)絡(luò)，以便家庭真正成為擴展到外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。1.1.4、信息家電信息家電是一種便宜，簡樸實用，家電和PC的重要特點。使用電腦，電信和電子技術(shù)與傳統(tǒng)家電產(chǎn)品和創(chuàng)新產(chǎn)品相聯(lián)合，是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用越來越廣進一步設(shè)計新的家庭生活和家電，信息家電涉及PC，機頂盒，HPC，DVD，超級VCD，無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，視頻游戲設(shè)備，WEBTV，網(wǎng)絡(luò)電話等，都可以通過網(wǎng)絡(luò)互換信息器具，其可以被稱為信息家電。音頻，視頻和通訊設(shè)備是信息家電的重要組成部分。而在另一方面，基于整合傳統(tǒng)的商品，這使得它更強大和更容易使用，方便實用的傳統(tǒng)家電，信息技術(shù)，并發(fā)明對生活更高品質(zhì)的家庭生活環(huán)境。例如，模擬電視發(fā)展到數(shù)字電視，VCD到DVD，冰箱，洗衣機，微波爐，也將是一個數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化的家電產(chǎn)品。1.2、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟水平的發(fā)展和進步，人們的生活開始追求個性化、自動化、快節(jié)奏，追求趣味十足的生活方式。因此，越來越多的智能家居的興起，在我國如雨后春筍一般的局勢已顯露暴露無疑。然而，國內(nèi)智能家居市場的發(fā)展并非一帆風(fēng)順，混亂，缺少市場和行業(yè)標準。如何發(fā)展智能家居仍撲朔迷離。國外智能家居行業(yè)發(fā)展勢頭越來越好，國內(nèi)智能家居業(yè)內(nèi)人士有必要思考這樣一個問題：是什么阻礙了智能家居發(fā)展的步伐，我們應(yīng)當(dāng)如何借鑒國外的智能家居公司學(xué)習(xí)事實上，美國開始是第一個研究智能家居，但普及工作做的更好的，是韓國，韓國的智能家居做的很好，這與韓國先進的電子技術(shù)密不可分，也多虧政府的對智能社區(qū)和智能家居的政策支持。韓國政府一直大力支持做智能家居，除了提高人民生活水平，更重要的是，它可以有效地減少犯罪，增長了家庭和社會，對政府管理大有裨益，提高了社會與家庭之間的信息流動的速度。韓國政府在漢城和新區(qū)的規(guī)定，新建社區(qū)必須有智能家居系統(tǒng)這一個工程，因此韓國產(chǎn)生了很多知名品牌的智能家居。在我國，住房建設(shè)部麾下的全國智能建筑居住區(qū)數(shù)字標準化技術(shù)委員會和長虹一起合資建設(shè)子公司發(fā)布了“中國城市居民e家生活指數(shù)報告”，同時，宣布第一個智能家居發(fā)展的評價標準“e家生活指數(shù)“。對智能家居的發(fā)展發(fā)揮了積極作用。智能家居在剛剛起始的時候做的非常艱苦，在社區(qū)智能家居嘗試3-5年內(nèi)逐步企穩(wěn)，假如沒有問題，就可以推出大規(guī)模推廣。我們的國內(nèi)和國外的環(huán)境是在國外不同，他們的生活環(huán)境，重要因素是別墅，獨立式的主屋，讓智能家居的發(fā)展更集中在聯(lián)通的信息網(wǎng)絡(luò)，控制和家庭娛樂等方面;我們的生活環(huán)境重要是住宅社區(qū)的類型，所以重點發(fā)展重要體現(xiàn)在安全監(jiān)控方面。韓國的生活習(xí)慣和我們接近，重點發(fā)展重要體現(xiàn)在安全監(jiān)控方面，但他們的電子行業(yè)發(fā)展非常好，所以在多媒體娛樂控制速度比我們的發(fā)展..

雖然目前，國務(wù)院、住建部、工業(yè)信息化部出臺一系列政策鼓勵智能家居發(fā)展，但這些只是指導(dǎo)方針，智能家居在中國的未來發(fā)展，政府的行為會越來越弱，最終的成敗是由市場決定的，政府的重要職能，統(tǒng)籌，制定統(tǒng)一的標準就可以不需要太多的干預(yù)。總體來說，智能家居的在中國的普及還需要幾年的時間?，F(xiàn)在一些國外的智能家居廠商也非?？春弥袊悄芗揖邮袌?，這些國外公司的進入將推動國內(nèi)智能家居行業(yè)市場的發(fā)展。

2023年上半年，在上海博世安防系統(tǒng)推出了全新的智能家居系統(tǒng)。據(jù)悉，該系統(tǒng)是專為高端住宅的設(shè)計，為客戶提供基于IP網(wǎng)絡(luò)的高端可視對講產(chǎn)品的光幕具有智能控制系統(tǒng)和集成安全模塊，紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，遙控器和家電產(chǎn)品等萬能遙控器。推出的新系統(tǒng)，標志著博世正式進入智能家居市場。鑒于目前的市場調(diào)控，博世注入了新的活力，智能家居市場。

智能家居“錢”途無量，但目前仍處在學(xué)習(xí)外國公司的階段。在這里學(xué)習(xí)是不是所有的照本宣科，而是根據(jù)我們國家的環(huán)境政策，從國外的成功經(jīng)驗吸取營養(yǎng)，通過“機”生雞蛋，增長了國內(nèi)公司成功的“籌碼”，讓國內(nèi)智能家居行業(yè)的發(fā)展更加欣欣向榮[5]。1.3、GSM技術(shù)介紹全球移動通信系統(tǒng)（GlobalSystemforMobileCommunication）就是大家都在使用的GSM，是最廣泛使用的移動電話標準。在超過

200個國家和地區(qū)的世界和超過

10

億人天天使用

GSM

標準的移動電話。在"漫游協(xié)議"GSM

國際漫游服務(wù)成為標準之間移動運營商簽署了種類繁多的用戶更廣泛地使用。以前比較

GSM

標準的最大區(qū)別在于它信號和語音通道是數(shù)字，因此

GSM

被視為第二代

（2g）

移動電話系統(tǒng)。數(shù)字通信是內(nèi)置于系統(tǒng)。GSM

是一種開放的標準，由

3GPP

開發(fā)。GSM是第2代（即2G）蜂窩移動通信技術(shù)。模擬蜂窩技術(shù)被稱為一代移動通信技術(shù)，寬帶CDMA技術(shù)被稱為三代移動通信技術(shù)，即3G。GSM屬于一個蜂窩網(wǎng)絡(luò)，也就是說移動電話必須要連接到它能搜索到的最近的蜂窩單元區(qū)域才干使用。GSM網(wǎng)絡(luò)運營在多個不同的無線電頻率上。GSM網(wǎng)絡(luò)，共有四種不同的蜂窩單元尺寸：巨蜂窩，微蜂窩，微微蜂窩和傘蜂窩。覆蓋因不同的環(huán)境而不同。巨蜂窩可以看出基站天線安裝在最重要的是在天線或建筑物上的那種。微蜂窩天線高度比那些平均建筑物高度，一般用在市區(qū)。微微蜂窩是一種小型蜂窩覆蓋范圍只有幾十平方米，重要用于室內(nèi)。傘蜂窩被用于覆蓋一個較小的蜂窩網(wǎng)絡(luò)盲點，填補之間的空白區(qū)域蜂窩信號。根據(jù)天線高度，增益和傳播條件，從一百多米到數(shù)十公里的半徑。最大距離GSM規(guī)范支持實際使用可以支持到35公里。有蜂窩擴張的概念，社區(qū)半徑可以增長一倍，甚至更多。GSM還支持室內(nèi)覆蓋，可以把室外天線分布功率分派器到室內(nèi)天線分布系統(tǒng)中。這是一個典型的配置方發(fā)，以滿足在房子內(nèi)高密度的內(nèi)部的規(guī)定，在商場，機場很常見的。然而，這是沒有必要的，由于建筑物通過室內(nèi)覆蓋范圍可以通過無線信號來實現(xiàn)，但是這可以減少干擾并提高回波信號的質(zhì)量[6]。GSM900MHz頻段GSM900MHz頻段雙工間隔為45MHz，有效帶寬為25MHz，124個載頻，每個載頻8個信道。GSM900：上行（MHz）890-915；下行（MHz）935-960（GSM最先實現(xiàn)的頻段，也是使用最廣的頻段）GSM900E：上行（MHz）880-915；下行（MHz）925-960（900MHz擴展頻段）2、中國GSM900使用頻率①中國移動●上行頻段：890-909MHz●下行頻段：935-954Mhz②中國聯(lián)通●上行頻段：909-915MHz●下行頻段：954-960Mhz3、DCS1800MHz頻段GSM1800MHz頻段雙工間隔為95MHz，有效帶寬為75MHz，374個載頻，每個載頻8個信道。GSM1800：上行（MHz）1710-1785；下行（MHz）1805-1880（合用于對信道容量需求大的市場，應(yīng)用范圍僅次于900M。）中國DCS1800使用頻率①中國移動●上行頻段：1710-1720MHz●下行頻段：1805-1815Mhz②中國聯(lián)通●上行頻段：1745-1755Mhz●下行頻段：1840-1850MHz1.4、AT指令簡介AT即Attention，AT指令集是從終端設(shè)備(TerminalEquipment，TE)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DataTerminalEquipment，DTE)向終端適配器(TerminalAdapter，TA)或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DataCircuitTerminalEquipment，DCE)發(fā)送的。通過TA，TE發(fā)送AT指令來控制移動臺(MobileStation，MS)的功能，與GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進行交互。用戶可以通過AT指令進行呼喊、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。AT指令必須以"AT"或"at"開頭，以回車（<CR>）結(jié)尾。模塊的響應(yīng)通常緊隨其后，格式為：<回車><換行><響應(yīng)內(nèi)容><回車><換行>[7]。SIM900A模塊提供的AT命令包含符合GSM07.05、GSM07.07和ITU-TRecommendationV.25ter的指令，以及SIMCOM自己開發(fā)的指令。接下來我們介紹幾個常用的AT指令：1、AT+CPIN？

這個指令用于查詢SIM卡的狀態(tài)，重要是查詢PIN碼，假如該指令返回：+CPIN:READY，則表白SIM卡狀態(tài)正常，返回其他值，則有也許是沒有SIM卡。

2、AT+CSQ

這個指令用于查詢信號質(zhì)量，返回SIM900A模塊的接受信號強度，如返回：+CSQ:24,0，表達信號強度是24（最大有效值是31）。假如信號強度過低，則要檢查天線是否接好了？

3、AT+COPS?

這個指令用于查詢當(dāng)前運營商，該指令只有在連上網(wǎng)絡(luò)后，才返回運營商，否則返回空，如返回：+COPS:0,0,"CHINAMOBILE"，表達當(dāng)前選擇的運營商是中國移動。

4、AT+CGMI

這個指令用于查詢模塊制造商，如返回：SIMCOM_Ltd，說明SIM900A模塊是SIMCOM公司生產(chǎn)的。

5，、AT+CGMM

這個指令用于查詢模塊型號，如返回：SIMCOM_SIM900A，說明模塊型號是SIM900A。

6、AT+CGSN

這個指令用于查詢產(chǎn)品序列號（即IMEI號），每個模塊的IMEI號都是不同樣的，具有全球唯一性，如返回：905，說明模塊的產(chǎn)品序列號是：905。

7、AT+CNUM

這個指令用于查詢本機號碼，必須在SIM卡在位的時候才可查詢，如返回：+CNUM:

"","",129,7,4，則表白本機號碼為：。此外，不是所有的SIM卡都支持這個指令，有個別SIM卡無法通過此指令得到其號碼。

8、ATE1這個指令用于設(shè)立回顯模式（默認啟動），即模塊將收到的AT指令完整的返回給發(fā)送端，啟用該功能，有助于調(diào)試模塊。假如不需要啟動回顯模式，則發(fā)送ATE0指令即可關(guān)閉，這樣收到的指令將不再返回給發(fā)送端，這樣方便程序控制。9、AT+CNMI這個指令用于設(shè)立新消息指示。發(fā)送：AT+CNMI=2,1，設(shè)立新消息提醒，當(dāng)收到新消息，且SIM卡未滿的時候，SIM900A模塊會返回數(shù)據(jù)給串口，如：+CMTI:"SM",2，表達收到接受到新消息，存儲在SIM卡的位置2。10、AT+CMGF這個指令用于設(shè)立短消息模式，SIM900A支持PDU模式和文本（TEXT）模式等2種模式，發(fā)送：AT+CMGF=1，即可設(shè)立為文本模式。

11、AT+CSCS這個指令用于設(shè)立TE字符集，默認的為GSM7位缺省字符集，在發(fā)送純英文短信的時候，發(fā)送：AT+CSCS="GSM"，設(shè)立為缺省字符集即可。在發(fā)送中英文短信的時候，需要發(fā)送：AT+CSCS="UCS2"，設(shè)立為16位通用8字節(jié)倍數(shù)編碼字符集。

12、AT+CSMP這個指令用于設(shè)立短消息文本模式參數(shù)，在使用UCS2方式發(fā)送中文短信的時候，

需要發(fā)送：AT+CSMP=17,167,2,25，設(shè)立文本模式參數(shù)。

13、AT+CMGR這個指令用于讀取短信，比如發(fā)送：AT+CMGR=1，則可以讀取SIM卡存儲在位置1的短信。

14、AT+CMGS這個指令用于發(fā)送短信，在"GSM"字符集下，最大可以發(fā)送180個字節(jié)的英文字符，在"UCS2"字符集下，最大可以發(fā)送70個漢字（涉及字符/數(shù)字）。該指令我們在后面具體介紹。

15、AT+CPMS這個指令用于查詢/設(shè)立優(yōu)選消息存儲器，通過發(fā)送：AT+CPMS?，可以查詢當(dāng)前SIM卡最大支持多少條短信存儲，以及當(dāng)前存儲了多少條短信等信息。1.5、本章小結(jié)本章重要闡述了智能家居的發(fā)展背景，發(fā)展過程和GSM的一些介紹。闡述了智能家居的優(yōu)點和其發(fā)展的必然性，介紹了GSM工作的頻率等一些情況，最重要的是簡樸介紹了一些AT指令的使用說明，最后簡樸說明了本設(shè)計的重要工作。第2章系統(tǒng)重要器件介紹2.1、核心控制芯片STM32F103RB在本系統(tǒng)中STM32F103RB是核心控制芯片，異常情況的鑒定、GSM模塊的控制、LCD觸摸屏的控制等都離不開本芯片，它是本系統(tǒng)的心脹如圖2.1。STM32F1系列屬于中低端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導(dǎo)體（ST）公司出品，其內(nèi)核是Cortex-M3。根據(jù)片上閃存的大小可分為三大類的芯片：小容量（16K和32K），中容量（64K和128K），高容量（256K，384K和512K）[8]。芯片上集成了很多外設(shè)如：定期器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART等。內(nèi)核-ARM32位的Cortex-M3-72MHz的最大運營頻率，可達1.25DMIPS/MHZ（DhrystONe2.1）在零等待周期的存儲器訪問-單周期乘法和硬件除法存儲器-從閃存程序存儲器32K到512K字節(jié)（STM32F103XXXX第二個X代表的閃存容量，其中涉及：“4”=16K，“6”=32K，“8”=64K，B=128K，C=256K，D=384K，E=512K）-最大64K字節(jié)的SRAM電源管理--2.0-3.6V電源和I/O引腳-電源開/關(guān)復(fù)位（POR/PDR），可編程電壓檢測器（PVD）-4-16MHZ晶體振蕩器-通過工廠調(diào)整為8MHz阻容振蕩器嵌入式-嵌入式與校準的RC振蕩器40KHz的-要生成CPU時鐘鎖相環(huán)-隨著32KHz的標定RC振蕩器低功耗-待機，睡眠和停機模式--Vbat電源到RTC和備份寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器 圖2.1STM32F103RBT6-多達16個輸入通道的兩個12位ADC，1微秒轉(zhuǎn)換時間-轉(zhuǎn)換范圍：0?3.6V-保持功能和雙采樣-溫度傳感器DMA-兩個DMA控制器，一共有12個DMA通道：DMA1具有七個頻道，DMA2有五個通道-支持的外設(shè)有：定期器，ADC，SPI，USB，IIC和UART-多達112個快速I/O端口（僅Z系列擁有超過100引腳）--26/37/51/80/112I/O端口，所有的I/O端口的圖像16個外部中斷;幾乎所有的端口可以容忍5V信號調(diào)試模式-串行線調(diào)試（SWD）和JTAG接口-多達8個定期器-三個16位定期器，每個定期器有多達四個輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計數(shù)的通道和增量編碼器輸入-一個16死區(qū)時間控制和緊急制動，用于電機控制的PWM高級控制定期器-兩個看門狗定期器（獨立的和窗口型）-系統(tǒng)定期器：24從零下計數(shù)器-截至九通訊接口：2個I2C接口（支持SMBus/PMBus的）3個USART接口（支持ISO7816接口，LIN，紅外線接口和調(diào)制解調(diào)器控制）2個SPI接口（18M比特/秒）CAN接口（2.0B有源）USB2.0全速接口計算單元CRC計算單元，新批96位的唯一代碼封裝ECOPACK封裝2.2、觸摸屏控制器XPT2046XPT2046是一款4線觸摸屏控制器芯片，他在本系統(tǒng)中如圖2.2所示，XPT2046是一款4線觸摸屏控制器芯片，具有12位分辨率的，125KHz的轉(zhuǎn)換率的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。XPT2046有支持從1.5V到5.25V低電壓I/O接口。XPT2046通過兩個A/D轉(zhuǎn)換器，以檢測在屏幕的位置的執(zhí)行被按壓，此外，還可以測量施加到觸摸屏上的壓力。自己的內(nèi)部2.5V參考電壓，可被用作使用的輔助輸入，溫度測量和電池監(jiān)測模式時，0V到6V。它集成XPT2046薄膜內(nèi)的溫度傳感器。在2.7V的典型操作中，關(guān)閉基準電壓后，功率消耗可以達成小于0.75MW。XPT2046有微型封裝：TSSOP-16，QFN-16（高度僅0.75mm厚度）和VFBGA-48。在-40℃?+85℃可以正常工作[9]。芯片重要特點[10]4線觸摸屏接口觸摸壓力測量功能可直接測量電源電壓（0V?6V）低功耗（260μA）可單電源，2.2V-5.25V的z工作電壓范圍1.5V支持5.25V?級數(shù)碼I/O端口自己內(nèi)部的+2.5V參考電壓具有125KHz的轉(zhuǎn)換率使用QSPI?和SPI?3線通信接口可編程，8位或12位分辨率，具有1路輔助模擬輸入它可以自動斷電小型封裝，節(jié)約電路面積：TSSOP-16，QFN-16（高度僅0.75mm厚度）和VFBGA-48完全兼容TSC2046，ADS7843/7846和AK4182圖2.2XPT2046原理框圖2.3、GSM通信芯片SIM900A如圖2.3所示，SIM900A芯訊通推出了一款新的緊湊型產(chǎn)品。它屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完整的SMT封裝，只SIM900A針對中國市場，其性能在一個緊湊的，穩(wěn)定的高性價比。SIM900A行業(yè)標準接口，可以以GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz的頻率，可以實現(xiàn)語音，短信，數(shù)據(jù)低功耗傳輸和傳真信息。此外，SIM900A的24x24x3mm的大小，M2M應(yīng)用可以合用于各種類型的設(shè)計規(guī)定，特別是對纖細和緊湊的設(shè)計[11]。重要特點*雙頻900/1800MHz的*GPRS多時隙等級10/8*GPRS移動臺B級*符合GSM+2/2標準-4類（2W@900兆赫）-第1類（1W@1800MHz的）*尺寸：24*24*3毫米*重量：3.4g 圖2.3SIM900A*通過AT命令（GSM07.07，07.05和控制SIMCOM增強型AT命令集）*電源電壓范圍：3.1V~4.8V*低功耗：1.5毫安（睡眠模式）*工作溫度范圍：-40°C至+85°C數(shù)據(jù)傳輸*GPRSclass10：最大85.6kbps（下行速率）*支持PBCCH*編碼方案CS1，2，3，4*CSD高達14.4kbps的*USSD*非透明*PPP協(xié)議棧短信*點對點MOandMT*短信廣播*文本和PDU模式接口*支持SIM卡3V/1.8V接口*模擬音頻接口*支持RTC*SPI接口*串行接口*天線焊盤*I2C*GPIO*PWM*ADC2.4、GSM模塊GSM模塊有很多的功能，比如收發(fā)短信、接打電話、GPRS上網(wǎng)等。在本系統(tǒng)中是用來發(fā)報警短信的短信的。ATK-SIM900A-V12（V12是版本號，下面均以ATK-SIM900A表達該產(chǎn)品）是ALIENTEK推出的一款高性能工業(yè)級GSM/GPRS模塊（開發(fā)板）。ATK-SIM900A模塊板載SIMCOM公司的工業(yè)級雙頻GSM/GPRS模塊：SIM900A，工作頻率雙頻：900/1800Mhz，可減少功耗實現(xiàn)語音，數(shù)據(jù)和信息，短信傳真?zhèn)鬏敚⊿MS，MMS，不支持）。ATK-SIM900A模塊支持RS232串口和LVTTL，并與硬件流控制，支持5V?24V寬工作電壓范圍，所以該模塊可以與我的系統(tǒng)連接非常方便實現(xiàn)語音，短信和GPRS數(shù)據(jù)傳遞函數(shù)，如圖2.4所示。[12]ATK-SIM900A模塊的基本特性如下所示：

通信接口1RS232串口/LVTTL串口

支持AT命令控制（GSM07.07，07.05以及SIMCOM增強AT命令集）

支持RTS/CTS硬件流控控制

支持從1200bps~115200bps范圍的通信速率（帶自動波特率檢測）

支持調(diào)試接口（可用于調(diào)試和軟件升級）

語音接口3.5mm耳機+麥克風(fēng)座

天線接口SMA接口,自帶GSM（900M/1800M）專用小辣椒天線

電源接口DC005-2.1mm直流電源座

SIM卡接口支持1.8V/3VSIM卡

工作頻段EGSM900Mhz/DCS1800Mhz自動搜索2個頻段

發(fā)射功率Class4(2W)@EGSM900M

Class1(1W)@DCS1800M

GPRS連接特性GPRSmlti-slotclass10/8GPRSmobilestationclassB/CC

工作溫度2-40℃~+85℃

外形尺寸80mm*58mm電源供電DC5~24V

IO電平1Voh(max)2.8V、Vol(min)0V

功耗212~90mA@12V圖2.4ATK-SIM900A模塊資源圖2.5、煙霧傳感器模塊煙霧傳感器在本設(shè)計中我是用來檢測，家里是否發(fā)生了煤氣泄漏，發(fā)生煤氣泄漏煙霧傳感器會輸出低電平，否則輸出高電平。我使用的煙霧傳感器是MQ-2，在清潔的空氣中使用MQ-2，氣體傳感器敏感材料氧化錫（SnO2）的導(dǎo)電性較低。當(dāng)存在于可燃氣體中，傳感器電導(dǎo)率增大隨著在空氣中可燃氣體濃度的增長。使用簡樸的電路來的變化轉(zhuǎn)換在相應(yīng)于輸出信號中的氣體濃度的導(dǎo)電性如圖2.5所示。MQ-2氣體傳感器高液化氣，丙烷，氫靈敏度和檢測天然氣等易燃蒸氣的也非常好。該傳感器可以檢測各種可燃氣體，它是用于各種應(yīng)用的低成本的傳感器。如圖2.6、2.7是煙霧傳感器的外形圖，圖2.8是煙霧傳感器的結(jié)構(gòu)圖。圖2.5煙霧傳感器原理圖模塊應(yīng)用：可用于家庭和工廠氣體泄漏監(jiān)測裝置，合用氣體，丁烷，丙烷，甲烷，煙霧的檢測;模塊特點：1，采用高品質(zhì)雙面板設(shè)計，與電源指示燈和TTL信號輸出指示;2，用DO開關(guān)信號（TTL）輸出和模擬輸出AO;3，TTL輸出有效信號為低。（當(dāng)輸出低信號光可以直接連接微控制器或繼電器模塊）4，模擬輸出電壓與高濃度越高的電壓。5，液化石油氣，天然氣，城市煤氣，煙具有更好的靈敏度。6，有四個螺絲孔容易定位;7，產(chǎn)品尺寸：32（L）*20（W）*22（H）8，具有長壽命和可靠的穩(wěn)定性9，快速響應(yīng)恢復(fù)特性電氣性能：輸入電壓：DC5V電源（電流）：150毫安DO輸出：TTL數(shù)字0和1（0.1和5V）AO輸出：約0.1-0.3V（相對干凈），濃度最高電壓4V特別說明：當(dāng)傳感器供電時，需要預(yù)熱約20S，測量數(shù)據(jù)才會變得穩(wěn)定，發(fā)熱是傳感器的一種正常的現(xiàn)象，由于里面有電線，假如發(fā)熱太嚴重就不正常。接線方式：1，VCC：正電源（5V）2，GND：負一層3，DO：TTL開關(guān)信號輸出4，AO：模擬輸出A.標準工作條件符號參數(shù)名稱技術(shù)條件 Vc回路電壓≤15VACorDCVH加熱電壓5.0V±0.2VACorDC RL負載電阻可調(diào)RH溫度加熱電阻31Ω±3Ω 圖2.6煙霧傳感器正面PH加熱功耗≤900mWB.環(huán)境條件符號參數(shù)名稱技術(shù)條件Tao 工作溫度 -10℃-50℃Tas 儲存溫度 -20℃-70℃ RH 相對濕度 低于95％RH21％O2的氧濃度（標準條件）氧氣濃度會影響靈敏度特性最小值大于2％

C.靈敏度特性符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 圖2.7煙霧傳感器背面Rs 傳感器表面電阻 3KΩ-30KΩ(1000ppm異丁烷)α異丁烷 濃度斜率 ≤0.6

標準工作條件溫度20℃±2℃Vc:5.0V±0.1V

相對濕度65%±5%Vh:5.0V±0.1VD.結(jié)構(gòu)外形測試電路

部件材料

1氣體敏感層二氧化錫

2電極金（Au）

3測量電極引線鉑（Pt）

4加熱器鎳鉻合金（Ni-Cr）

5陶瓷管三氧化二鋁

6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼（SUB316）

7卡環(huán)鍍鎳銅材（Ni-Cu）

8基座膠木圖 9針狀管腳鍍鎳銅材（Ni-Cu） 2.8煙霧傳感器結(jié)構(gòu)圖

2.6、紅外對管紅外對管在本設(shè)計中我是用來檢測是否有小偷的，將紅外對管安裝在保險柜、門口等一些小偷偷東西必經(jīng)之處，家里沒人時打開防盜報警，當(dāng)有東西擋住紅外線的傳輸時，會輸出低電平，以此來報警,。如圖2.9紅外對管有兩方面組成，一個接，一個發(fā)。環(huán)境光傳感器模塊適應(yīng)性，它有一對紅外發(fā)射器和接受器的，發(fā)射管發(fā)射一些檢測障礙物的方向時紅外線頻率，而不是將信號輸出接口輸出的數(shù)字信號后接受紅外線接受管，通過所述比較器電路的解決（一低電平信號）有效距離范圍0?30CM，5V的工作電壓。傳感器的檢測范圍可以以小的干擾來調(diào)整，組裝容易，使用方便的特點。模塊參數(shù)說明1、當(dāng)模塊檢測到前方有障礙物信號時，OUT端口連續(xù)輸出低電平信號,該模塊檢測距離0～30cm，檢測距離可以進行調(diào)節(jié)。2、傳感器模塊輸出端口OUT可以直接與單片機的IO口連接即可，也可以直接驅(qū)動一個5V繼電器；連接方式：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO3、可采用5V直流電源對模塊進行供電。4、電流:20mA5、有效距離:30CM6、尺寸:20*10*8MM7、引線長度:30CM模塊接口說明紅線-正極黑線-負極黃線-信號OUT 圖2.9紅外對管2.7、FLASHW25X40我在W25X40中存了一個ASCII碼8*16的字庫和一個GB231216*16的字庫，用于LCD的顯示。W25X40

有4M位串行閃存記憶空間。25X

系列提供了靈活性和性能遠遠超過普通串行閃存設(shè)備。他們是抱負的代碼下載應(yīng)用程序，以及存儲語音、

文本和數(shù)據(jù)。設(shè)備操作單

2.7v

到

3.6v

電源，活躍狀態(tài)下電流消耗低至

5mA

，低功耗狀態(tài)下電流消耗低至1μA

。所有器件均以節(jié)省空間的軟件包提供。W25X40陣列被組織成每個

256字節(jié)一個可編程頁。256個字節(jié)最多可以使用頁面程序指令一次編程。頁可以在

16頁

（扇區(qū)擦除）、256

頁（塊擦除）

或整個晶片

(芯片擦除）

組中擦除。W25X40有128個可擦除扇區(qū)和8個可擦寫塊。小于4KB的數(shù)據(jù)在應(yīng)用程序需要的數(shù)據(jù)和參數(shù)的存儲中有更大的靈活性，如圖2.10所示。

W25X40支持標準串行外設(shè)接口

（SPI），和一種高性能雙輸出

SPI

，使用四個針腳：

串行時鐘、

芯片選擇、

串行數(shù)據(jù)

I/O

和串行數(shù)據(jù)輸出。SPI

時鐘頻率的

75MHz

支持允許等效的時鐘速率的

150兆赫時使用快速讀取雙輸出指令。這些傳輸速率可和

8

和

16位并行閃存記憶相媲美。[13]●

串行閃存記憶—

W25X40：

4M位

/

512k字節(jié)

（524,288）—

每可編程頁的

256個字節(jié)—

均勻

4k字節(jié)扇區(qū)

/

64k字節(jié)的塊●

SPI

與單或雙輸出—

時鐘，芯片選擇、

數(shù)據(jù)輸入輸出，數(shù)據(jù)輸出—

SPI

的靈活性可選保持功能●

數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

150兆位

/

秒—

時鐘操作到

75兆赫—

快速讀雙輸出指令 圖2.10W25X40器件圖—

自動增量讀取功能●

靈活的體系結(jié)構(gòu)與

4KB

部門—

扇區(qū)擦除

（4k字節(jié)）—

塊擦除

（64k字節(jié)）—

頁

256

個字節(jié)

，最長2ms—

達

100000個擦寫周期—

保存

20年●

低功耗、

寬溫度范圍—

單

2.7

至

3.6v

電源供電—

5mA

活躍電流、

1μA

電源關(guān)閉

（typ）—-40°

至

+85°C

經(jīng)營范圍●

軟件和硬件寫保護—

寫保護所有或部分的內(nèi)存—

啟用禁用目錄

pin

保護—

頂部或底部陣列保護●

空間高效的包裝—

8引腳

SOIC

208mil

（W25X40/80）W25X40的指令集如表1所示。表1W25X40指令集指令第1字節(jié)第2字節(jié)第3字節(jié)第4字節(jié)第5字節(jié)第6字節(jié)第n字節(jié)寫使能06h寫嚴禁04h讀狀態(tài)寄存器05h(S7–S0)(1)寫狀態(tài)寄存器01hS7–S0讀數(shù)據(jù)03hA23–A16A15–A8A7–A0(D7–D0)(Nextbyte)continuous快速讀0BhA23–A16A15–A8A7–A0dummy(D7–D0)continuous頁寫02hA23–A16A15–A8A7–A0(D7–D0)(Nextbyte)Upto256

bytes塊擦除D8hA23–A16A15–A8A7–A0扇區(qū)擦除20hA23–A16A15–A8A7–A0整片擦除C7h低功耗B9h低功耗喚醒/設(shè)備IDABhdummydummydummy(ID7-ID0)(4)制造商/設(shè)備ID90hdummydummy00h(M7-M0)(ID7-ID0)JEDECID9Fh制造商(ID15-ID8)(ID7-ID0)注釋：1.數(shù)據(jù)字節(jié)一方面轉(zhuǎn)移與最高有效位。字節(jié)字段中括號"()"的數(shù)據(jù)表白從上做針的設(shè)備正在讀取的數(shù)據(jù)。2.狀態(tài)寄存器的內(nèi)容將會反復(fù)不斷直到

/CS

終止該指令。3.請參閱制造商和設(shè)備標記表的設(shè)備

ID

信息。4.設(shè)備

ID

將反復(fù)不斷直到

/CS

終止該指令。2.8、EEPROMAT24C02AT24C02是用來存儲觸摸屏校準數(shù)據(jù)，密碼和手機號碼的，外形如圖2.11。AT24C02是2048位的串行電可擦寫可編程只讀存儲器(EEPROM)，組織形式為256字×8位字長。AT24C02B合用于許多規(guī)定低功耗和低電壓操作的工業(yè)級或商業(yè)級應(yīng)用。AT24C02特性[14]

?低壓和標準電壓操作

—2.7(Vcc=2.7to5.5V)

?內(nèi)部組織256x8(2K)

?2-Wire串行接口

?施密特除法器，過濾輸入，實現(xiàn)噪音克制

?雙向數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

?1MHz(5.0V),兼容400KHz(1.8V,2.5V,2.7V)

?寫保護引腳，實現(xiàn)硬件數(shù)據(jù)保護

?8字節(jié)頁寫模式

?允許頁面局部寫入圖2.11AT24C02器件圖

?自定期寫入周期(最大5ms)

?高可靠性

—耐久度：1百萬次寫周期

—數(shù)據(jù)保存：12023

?8腳PDIP,8腳JEDECSOIC,8腳UltraLeadFrameLandGridArray(ULA),5腳SOT23,8腳TSSOP,和8觸點dBGA2封裝2.9、本章小結(jié)本章內(nèi)容是對設(shè)計系統(tǒng)中需要用到的重要器件：核心芯片STM32F103RB、電阻屏控制芯片XPT2046、GSM芯片SIM900A、GSM模塊、紅外對管、煙霧傳感器、W25X40、AT24C02等，都在功能、芯片特性以及各管腳用途等方面做了較為具體的介紹。第3章設(shè)計方案3.1、系統(tǒng)框圖設(shè)計按照設(shè)計思緒可分為：STM32F103RB核心部分（主芯片STM32F103RB、電源電路等）、LCD驅(qū)動部分、GSM模塊、傳感器模塊等部分。系統(tǒng)框圖如圖3.1LCD、觸摸屏STM32F103RBLCD顯示手機接受端GSM模塊LCD、觸摸屏STM32F103RBLCD顯示手機接受端GSM模塊觸摸屏感知觸摸屏感知電源電源信號源信號源電源傳感器電源傳感器圖3.1本設(shè)計系統(tǒng)框圖 由傳感器檢測煤氣含量超標信號和紅外信號，然后將檢測到的信號發(fā)給STM32F103RB，芯片檢測得到的是什么信號，根據(jù)信號的不同選擇發(fā)送不同的短信給指定手機。手機號碼可以通過觸摸屏來進行修改。[15]STM32F103RB：在系統(tǒng)中處在核心地位，它將LCD、觸摸屏、傳感器、GSM模塊等連接起來，實現(xiàn)要實現(xiàn)的功能。傳感器：我在本設(shè)計里使用了兩個傳感器，假如需要還可以添加別的傳感器。這兩個傳感器是，紅外對管、煙霧傳感器。紅外對管在平時輸出高電平，當(dāng)有東西擋著紅外線的傳輸，接受器接受不到信號時，輸出低電平。可以用來檢測是否有小偷。煙霧傳感器，平時輸出高電平，當(dāng)空氣中煙霧、可燃氣體達成一定濃度時，輸出低電平，可以檢測是否發(fā)生火災(zāi)和煤氣泄漏。GSM模塊：GSM模塊在本設(shè)計中起的作用是發(fā)短信。當(dāng)單片機收到傳感器傳進來的低電平后，判斷是哪個傳感器傳進來的，然后通過串口發(fā)出不同的內(nèi)容給GSM模塊，GSM根據(jù)發(fā)來的信息，將短信發(fā)往特定的手機。LCD、觸摸屏：LCD、觸摸屏在系統(tǒng)中處在輔助地位，但是它不可或缺。一個產(chǎn)品發(fā)報警短信不也許都發(fā)給同一個人，假如主人換了手機卡怎么辦？這時候LCD、觸摸屏就要發(fā)揮他的作用了。我們可以通過觸摸屏來修改發(fā)送目的的手機號碼，這樣當(dāng)主人換手機卡后，就可以自己修改要發(fā)送的短信到自己手機。當(dāng)修改完手機號后，新手機號會被存儲在EEPROM里以便下次發(fā)短信時讀取。電源：開發(fā)板上的電源是由芯片AMS1117-3.3V產(chǎn)生的，它將USB的5V電壓轉(zhuǎn)化為3.3V電壓供開發(fā)板使用。GSM模塊的12V電源和傳感器的5V電源是由獨立電源提供。3.2、傳感器的選擇目前，用于家庭防盜的傳感器重要是兩種方案，紅外線與聲音傳感器。于是便分別對這兩種方案進行對比。方案一、聲音傳感器聲音傳感器是用來接受聲波，聲振動圖像顯示設(shè)備，其作用就像一個麥克風(fēng)（話筒）的方法，但你不能測量噪聲的強度。傳感器包含一個聲音敏感的駐極體電容式麥克風(fēng)。使得內(nèi)膜駐極體麥克風(fēng)的聲振動，從而導(dǎo)致電容的變化，其產(chǎn)生在電壓相應(yīng)小一點的變化。方案二、紅外對管紅外對管由紅外發(fā)射管和光敏接受管，或紅外線接受管組成，或者用一般一起使用的紅外接受器。由紅外線發(fā)光二極管的光發(fā)射器的時刻組成紅外線發(fā)射，在PN結(jié)形成的具有高效率的紅外輻射材料（常用的GaAs），PN結(jié)的正向偏置注入電流激發(fā)紅外光，光譜功率分布中心波長830?950nm。LED發(fā)光二極管的英文縮寫，性能的正溫度系數(shù)，更大的電流溫度越高，溫度越高的電流就越大，LED紅外光的功率的電流的大小，但是當(dāng)正向電流超過最大額定值，紅外光發(fā)射功率下降。紅外線接受管是具有感光屬于光電二極管，一個單向?qū)щ娦訮N結(jié)的特性，因此，需要與反向電壓一起工作。當(dāng)沒有紅外輻射，有一個小的反向漏飽和電流（暗電流）。此時，光電二極管不導(dǎo)通。當(dāng)光飽和立即反向漏電流增長時，光電流的形成，在一定范圍內(nèi)隨入射光強度的增長內(nèi)。綜合兩種方案，方案一使用聲音傳感器，方案二使用紅外對管。聲音傳感器接受范圍廣，但是它容易出現(xiàn)錯誤判斷，比如當(dāng)外面汽車鳴笛，窗戶沒有關(guān)，聲音會很響，就有也許觸發(fā)聲音傳感器，導(dǎo)致錯誤。紅外對管，測定一條直線上是否有遮擋物，簡樸易懂方便操作，不易產(chǎn)生誤操作。所以選擇方案二，紅外對管。3.3、本章小結(jié)本章介紹了設(shè)計總體框圖，用框圖的形式將設(shè)計劃分了STM32F103RB核心部分、GSM部分、LCD部分等模塊。接著，著重介紹傳感器的方案選擇，并且描述了紅外對管、聲音傳感器的對比和應(yīng)用原理，辯證得出選用紅外對管更加合用于本設(shè)計。第4章系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計4.1、系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖及重要程序采用STM32F103RB單片機為核心和使用任意手機作為短信接受端，實現(xiàn)有異常情況時的短信報警功能。一方面單片機進行初始化，涉及單片機每個端口，每個變量的初始化以及LCD模塊的初始化。由傳感器檢測煤氣含量超標信號和紅外信號，然后將檢測到的信號發(fā)給STM32F103RB，芯片檢測得到的是什么信號，根據(jù)信號的不同啟用不同的子程序選擇發(fā)送不同的短信給指定手機號。手機號碼可以通過觸摸屏來進行修改。下面圖4.1是主程序設(shè)計流程圖[16]。圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主循環(huán)函數(shù)見附錄：根據(jù)系統(tǒng)主程序流程圖，軟件部分可以分為三部分，分別是初始化、LCD顯示及手機號碼修改函數(shù)、短信報警函數(shù)。各部分的程序分別是：4.1.1、系統(tǒng)初始化函數(shù)systick_init();//系統(tǒng)嘀嗒定期器初始化 usart1_init(72023000,115200);//串口初始化時鐘72M模特率115200 SPI_Flash_Init();//W25X40初始化 LCD_Init();//LCD初始化 LCD_LED=0;//lcd背光1亮0滅 key_init();//按鍵初始化 led_init();//LED初始化 IIC_Init();//24C02初始化 Init_Touch();//觸摸屏初始化 gpio_Init();//傳感器使用引腳初始化由初始化函數(shù)我們可以看出在本系統(tǒng)中我使用了系統(tǒng)嘀嗒定期器，串口1，flashW25X40，LCD屏，觸摸屏，按鍵，LED燈，EEPROM24C02，傳感器。系統(tǒng)嘀嗒定期器是用來做延時函數(shù)用的，delay_s();delay_ms();delay_us();都是使用系統(tǒng)嘀嗒定期器。flashW25X40是用來存儲字庫的，在LCD上顯示的字母、漢字都存在W25X40里。LCD屏用來顯示。觸摸屏用來輸入手機號碼和密碼。按鍵用來選擇模式。LED燈用來指示狀態(tài)。EEPROM24C02用來儲存觸摸屏校準數(shù)據(jù)、密碼、手機號碼。傳感器用來檢測有無異常。4.1.2、LCD顯示及手機號碼修改函數(shù)由于本函數(shù)太長在這里只顯示修改手機號碼的函數(shù)，具體函數(shù)見附錄。按下KEY0按鍵LCD屏?xí)疗饋恚聪翷CD屏上的“修改號碼”可以進入本函數(shù)，由函數(shù)可知道，一方面要輸入密碼，輸入密碼后，當(dāng)按下“確認”按鈕，比較輸入密碼和EEPROM里存的密碼，假如同樣就可以修改手機號碼，否則要重新輸入。輸入手機號碼后，當(dāng)按下“確認”按鈕，假如號碼長度是11位就把他保存到EEPROM里，否則重新輸入。當(dāng)手機號碼保存成功，LCD顯示屏?xí)詣影迪聛韀17]。4.1.3、短信報警函數(shù)函數(shù)內(nèi)容見附錄，一方面解決要發(fā)送的信息（從EEPROM里讀取手機號碼，替換短信內(nèi)容中的手機號碼），然后發(fā)送"AT+CMGF=0\r\n"，設(shè)立GSM發(fā)短信模式為PDU模式；然后發(fā)送"AT+CMGS=39\r\n"設(shè)立要發(fā)短信的長度（其中39是短信的長度，根據(jù)自己需要改變）；然后發(fā)送要發(fā)送的短信內(nèi)容；最后發(fā)送Ctrl+Z\r\n（ASCII中的26）結(jié)束發(fā)送。4.2、STM32F103RB開發(fā)板系統(tǒng)本設(shè)計中的設(shè)計的核心芯片是STM32F103RB單片機,接線方法如圖4.2所示。圖4.2STM32F103RB芯片接線圖由圖中可以看出芯片的接線方法PA：0重啟按鍵；1、2LED燈；4-7flash的SPI接口；9、10串口；13-15JLINK接口PB：0-15LCD數(shù)據(jù)接口；8、9EEPROM的IIC接口PC：2、3按鍵；5LCD背光；6觸摸屏筆中斷；7觸摸屏片選；9LCD讀數(shù)據(jù)；10LCD寫數(shù)據(jù)；11LCD數(shù)據(jù)/命令；PD2：LCD片選端口4.2.1、電源AMS1117-3.3是一個正向低壓降穩(wěn)壓管，在輸出電流為1A時壓降為1.2V。它的固定電壓3.3V輸出電流為 1A線路調(diào)整率：0.2%（最大）負載調(diào)整率：0.4%（最大），內(nèi)含靜態(tài)電流限制、過熱保護芯片的接線方法如圖4.3所示。 圖4.3電源芯片接線圖輸入端輸入USB電壓（5V），輸出電壓為3.3V。為單片機、LCD等芯片模塊供電。圖中電容C201、C202為輸入穩(wěn)定電容，作用是減小紋波、消振、克制高頻和脈沖干擾。電容C203、C204為輸出穩(wěn)定電容，作用是改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)。4.2.2、觸摸屏模塊圖4.4XPT2046原理圖XPT2046是四線電阻式觸摸屏控制芯片，深圳市矽普特科技有限公司研發(fā)的阻觸摸屏控制芯片，它被廣泛應(yīng)用于觸摸屏驅(qū)動。在XPT204611引腳對引腳單片機的中斷引腳，觸摸屏不是觸摸時，11引腳高舉，當(dāng)觸摸屏被觸摸時，11引腳變?yōu)榈碗娖?。因?1針單片機檢測到高有低，你可以知道有沒有觸摸屏的觸摸事件發(fā)生。假如觸摸屏被按壓事件發(fā)生時，通過SPI端口的微控制器，它一方面發(fā)送一個讀命令X坐標0×90，則讀出的兩字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送命令讀取Y坐標0XD0，然后讀出2字節(jié)的數(shù)據(jù)。此時，XY坐標值就知道了，由于XPT2046是12位精度的ADC，所以讀取兩個字節(jié)，只有高12有效數(shù)據(jù)。[18]XPT2046的接線原理圖如圖4.4所示，其中的2,3,4,5腳名稱為XP，YP，XN，YN。P是Positive的縮寫，“正”的意思;n為Negative的縮寫，“負”的意思。所以有時候，你會看到被寫為X+，Y+，X-，Y-的引腳名稱。這四個引腳被連接到觸摸屏四個引腳。XPT2046與單片機的SPI連接。分別為引腳16：SPI_CLK（SPI時鐘引腳）;引腳15：SPI_CS（使能引腳或稱為片選）;引腳14：SPI_MOSI（數(shù)據(jù)輸入引腳）;引腳12：SPI_MISO（數(shù)據(jù)輸出引腳）。接好后就可以了。4.2.3、EEPROMAT24C02模塊 圖4.5AT24C02原理圖AT24C02

是

2k數(shù)字串行CMOS

EEPROM

，內(nèi)部包含

256*8

個字節(jié)，由于使用了先進

CMOS技術(shù)大大減少了功耗。AT24C02

有一個

8個字節(jié)的頁寫入緩沖區(qū)。操作通過

IIC

總線接口設(shè)備，尚有一種特殊寫保護狀態(tài)。IIC總線是一種串行總線由費利浦推出，可以使用在有多個主機的系統(tǒng)中，并且包具有高低速同步功能和總線仲裁設(shè)備兩種功能的高性能串行總線。如圖4.5所示只有兩個雙向的

IIC

總線信號線。一根是數(shù)據(jù)線SDA，即是引腳5，另一根是時鐘線SCL，即是引腳6。IIC總線必須連接到正電源使用上拉電阻。當(dāng)總線空閑時，兩條線都是高電平。接到BUS上的任何設(shè)備輸出低電平總線上，BUS的信號都會變低，即每個器件的SDA和SCL的關(guān)系是“與”。實驗取RP=100K，比電阻根據(jù)所需信號的陡度，通常是在電阻較小的時候，上升沿的崛起越陡IIC總線的數(shù)據(jù)傳送[19]數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定：IIC總線進行數(shù)據(jù)傳送的時候，在時鐘信號為高電平的期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的電平為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化，如圖4.6所示。 圖4.6I2C有效數(shù)據(jù)位起始和終止信號：在SCL線為高電平的期間，SDA線由高電平到低電平的變化（即下降沿）表達起始信號；在SCL線為高電平期間，SDA線由低電平到高電平的變化（即上升沿）表達終止信號，如圖4.7所示。圖4.7I2C起始與終止信號數(shù)據(jù)傳送格式：字節(jié)傳送與應(yīng)答：每一個字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時，先傳送最高位（MSB），每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位），如圖4.8所示。圖4.8I2C字節(jié)傳送與應(yīng)答在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有以下幾種組合方式：a、主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個傳送過程中不變，如圖4.9所示。圖4.9主機寫方式注：有陰影部分表達數(shù)據(jù)由主機向從機傳送，無陰影部分則表達數(shù)據(jù)由從機向主機傳送。A表達應(yīng)答，A非表達非應(yīng)答（高電平）。S表達起始信號，P表達終止信號。b、主機在第一個字節(jié)后，立即從從機讀數(shù)據(jù)，如圖4.10所示。圖4.10主機讀方式c、在傳送過程中，當(dāng)需要改變傳送方向時，起始信號和從機地址都被反復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相，如圖4.11所示。圖4.11主機讀寫混合方式4.2.4、FLASHW25X40模塊 圖4.12W25X40原理圖引腳FLASH_CS是使能和禁用芯片W25X40的操作位。當(dāng)FLASH_CS位輸入高電平時，芯片被禁用，SPI1_MISO引腳為高阻抗，此時，假如器件內(nèi)沒有正在擦除、編程或處在狀態(tài)周期進程，在此期間芯片將處在待機狀態(tài)。當(dāng)FLASH_CS位為低電平時，使能芯片，此時功耗增長到激活水平，這時就可以進行芯片的讀寫了。上電后，執(zhí)行一條新指令之前必須使FLASH_CS引腳先產(chǎn)生一個下降沿。W25X40連接方法如圖4.12所示，SPI1_CLK是時鐘引腳，為輸入輸出提供時序。SPI1_MISO是數(shù)據(jù)輸出引腳，在SPI1_CLK下降沿時輸出數(shù)據(jù)。SPI1_MOSI是數(shù)據(jù)輸入引腳，SPI1_CLK上升沿時采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)、地址和命令通過本引腳進入芯片內(nèi)部[20]。W25X40訪問通過SPI兼容總線組成的四路信號：串行時鐘，芯片選擇（FLASH_CS），串行數(shù)據(jù)輸入（SPI1_MOSI）和串行數(shù)據(jù)輸出（SPI1_MISO）。支持兩個SPI總線操作模式0（0，0）和3（1，1）。模式0和模式3的重要區(qū)別是當(dāng)SPI主機SPI接口處在空閑狀態(tài)時，SPI1_CLK是高電平還是低電平，當(dāng)SPI總線主控處在待機狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會被傳輸?shù)酱虚W存。SPI1_CLK信號為低在模式0，模式3的時鐘信號是高。兩種模式都是在下降沿時輸出數(shù)據(jù)，上升沿時輸入數(shù)據(jù)。下面對芯片的幾個常用命令的使用進行說明講解。寫使能的指令是向狀態(tài)寄存器WEL位寫1。WEL位必須在每個頁面程序、扇區(qū)擦除塊擦除，芯片擦除、寫狀態(tài)寄存器之前設(shè)立。寫啟用由駕駛/CS低，輸入指令轉(zhuǎn)移指令碼"06h"到數(shù)據(jù)輸入（DI）引腳上的時鐘，然后駕駛/CS

高的上升沿，如圖4.13所示。圖4.13SPI寫使能寫嚴禁指令復(fù)位寫使能在狀態(tài)鎖存器（WEL）位為0。寫入嚴禁指令前/CS被拉低，轉(zhuǎn)移指令代碼“04H”到DIO腳，然后進入駕駛/CS高。請注意，WEL位后，上電和寫狀態(tài)寄存器，頁編程，扇區(qū)擦除，塊擦除和芯片擦除指令完畢后自動復(fù)位，如圖4.14。圖4.14SPI寫嚴禁讀數(shù)據(jù)指令允許一個或多個數(shù)據(jù)字節(jié)被順序地從存儲器中讀出。該指令先寫/CS引腳為低電平，然后發(fā)送指令代碼“03H”接著是24位地址（A23-A0）到DIO引腳啟動。代碼和地址位被鎖止在CLK引腳的上升沿。在接受到地址后，尋址的存儲單元的數(shù)據(jù)字節(jié)將被移出DO引腳在CLK的下降沿，高位在前。當(dāng)讀到這個數(shù)據(jù)的地址時自動遞增到下一個更高的地址數(shù)據(jù)的每個字節(jié)之后被移出允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流。這意味著整個存儲器可以用一條指令，只要時鐘繼續(xù)進行訪問。/CS拉高讀數(shù)據(jù)完畢。讀數(shù)據(jù)的指令序列示于下圖。假如讀數(shù)據(jù)指令被發(fā)出時的擦除，編程或?qū)懼芷谑窃谶^程（BUSY=1）的指令被忽略，不會對在當(dāng)前周期中的任何影響，見圖4.15。該塊擦除指令集內(nèi)的指定塊（64K字節(jié)）所有內(nèi)存為全1（FFH）的擦除狀態(tài)。允許寫入指令必須執(zhí)行之前的設(shè)備將接受塊擦除指令（狀態(tài)寄存器WEL位必須等于1）。該指令先把/CS引腳拉低，轉(zhuǎn)移指令代碼發(fā)起的“D8H”跟著一個24位塊地址（A23-A0）（見圖4.16）。該塊擦除指令序列如下圖所示的/CS引腳必須在最后一個字節(jié)的第八位之后拉高。假如不這樣做，塊擦除指令不被執(zhí)行。塊擦除周期正在進行中，在讀狀態(tài)寄存器指令仍可以訪問的檢查忙位的狀態(tài)。塊擦除周期中1，當(dāng)循環(huán)完畢了BUSY位是0，設(shè)備已準備好再次接受其他指令。通過塊擦除周期已經(jīng)完畢了寫使能狀態(tài)寄存器清零。圖4.15SPI讀數(shù)據(jù)圖4.16SPI塊擦除4.3、本章小結(jié)本章是智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計部分。一方面介紹了系統(tǒng)總體程序設(shè)計流程圖以及部分程序，接著介紹由STM32F103RB單片機和電源芯片AMS1117-3.3，LCD屏組成的系統(tǒng)核心板模塊以及系統(tǒng)設(shè)計原理圖的連線圖。然后，講解了AT24C02工作需要的IIC時序和W25X40工作需要的SPI時序。第5章系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)5.1、硬件電路硬件電路重要由三大部分組成：STM32F103RB單片機開發(fā)板、GSM模塊、傳感器部分。STM32F103RB單片機開發(fā)板原理圖如圖4.2~4.5，4.12和5.1~5.3，GSM模塊設(shè)計原理圖如圖5.10，傳感器模塊電路原理圖如圖5.8~5.9。根據(jù)原理圖分別導(dǎo)出PCB如圖5.11、圖5.12圖5.1開發(fā)板LCD原理圖結(jié)合圖5.1和圖4.2可以看出LCD的數(shù)據(jù)接口DB是STM32F103RB的PB0~15。LCD_CS是PD2，LCD_RS是PC12，LCD_WR是PC11，LCD_RD是PC10，背光BL是PC5。圖5.2開發(fā)板調(diào)試接口、串口接口原理圖結(jié)合圖5.2和圖4.2可以看出JTAG連接在控制芯片的PA13~PA15和PB3，PB4。串口USART連接在PA9和PA10上。由于JTAG的JTDO和JTRST引腳和LCD共用，所以使用JTAG時不能使用LCD，使用LCD時不能使用JTAG。圖5.3開發(fā)板發(fā)光二極管、按鍵原理圖結(jié)合圖5.3和圖4.2可以看出D503是電源指示燈，S502是重啟按鍵，LED0接在PA1，LED1接在PA2，KEY0接在PC2，KEY1接在PC3。 圖5.4GSM模塊原理圖GSM模塊通過串口和STM32F103RB相連，當(dāng)需要數(shù)據(jù)傳輸時，STM32F103RB使用串口控制GSM模塊。注意：STM32開發(fā)板和GSM模塊共地。圖5.11開發(fā)板PCB圖圖5.12GSM模塊PCB圖5.2、系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試分為兩個環(huán)節(jié)，元件單獨檢測和系統(tǒng)整體測試。元件單獨檢測，涉及電路板制作完畢后，通電調(diào)試前認真檢查電路連線是否有誤。檢查時邊對照原理圖邊按照電路板上模塊順序逐級相應(yīng)檢查。特別注意電源是否接錯，電源與地是否有短接，元件焊接是否焊接錯，是不是有短路和斷路現(xiàn)象。用萬用表檢查各借口處、元件焊接處是否有虛焊的情況。給系統(tǒng)上電后，看下電源指示燈亮不亮。假如不亮，就要檢查電源指示燈發(fā)光二極管的好壞。還要檢查各路供電是否正常。用萬用表檢測各個電路間、器件的電壓是否輸出預(yù)期電壓。系統(tǒng)整體測試是在STM32D103RB開發(fā)板、GSM模塊、傳感器各個部分完畢相應(yīng)功能后進行的整合。以便考慮到各部分工作協(xié)調(diào)性和兼容性。一方面給各個模塊供電，將紅外對管輸出端接到開發(fā)板的PC8引腳，將煙霧傳感器輸出端接到PC9引腳，GSM模塊接到串口上，需要注意的是：傳感器、開發(fā)板和GSM模塊一定要共地。檢查了單片機與各模塊之間的連接，以及電機驅(qū)動與電機的連接都沒有犯錯的情況下，檢查供電是否正常，打開給各個模塊提供的電源以及打開給傳感器提供的另一個5V電源。檢查了各個模塊的電路板沒有問題以后，便可以開始進行安防系統(tǒng)的組裝。圖5.13ST32F103RB開發(fā)板正面圖5.14STM32F103RB開發(fā)板反面圖5.15GSM模塊正面圖5.16GSM模塊反面圖5.17紅外對管煙霧傳感器正面 煙霧傳感器反面圖5.18連接好后圖片圖5.13~圖5.17是各個模塊的展示，圖5.18是各個模塊連接好后的效果圖。在GSM模塊上裝上茂名移動的SIM卡，打開開發(fā)板、GSM模塊、傳感器電源，長按GSM開機鍵三秒鐘，當(dāng)指示燈閃爍，說明開機成功，這時就可以發(fā)短信了。煙霧傳感器需要預(yù)熱二十秒，二十秒后就可以正常工作了，這時按下KEY1打開防盜報警開關(guān)，再按一下是關(guān)閉。打開防盜報警開關(guān)，這時假如有東西在紅外對管之間，擋住了紅外對管的傳輸，就會向設(shè)定好的手機，發(fā)送“主人，家里來小偷了?。?！”的報警信息，向設(shè)定好的社區(qū)保安手機發(fā)送“888棟666號住戶，家里進小偷了?。?！”的報警信息。假如檢測到煙霧傳感器發(fā)來的煙霧超標信號，就會向設(shè)定好的手機，發(fā)送“主人，家里煤氣泄漏了！?。　钡膱缶畔?，向設(shè)定好的社區(qū)保安手機發(fā)送“888棟666號住戶，家里煤氣泄漏了?。?！”的報警信息。本系統(tǒng)可以修改要發(fā)報警短信的目的的手機號碼，只有在沒有報警信息或發(fā)送報警信息后一分鐘且沒有新的報警信息時，才可以修改手機號碼。修改手機號碼時，一方面按下按鍵KEY0，進入修改密碼、手機號碼模式。按下KEY0，LCD屏?xí)疗饋聿@示按鍵盤，可以選擇修改密碼還是修改手機號碼。修改密碼，需要先輸入舊密碼，再輸入新密碼，且密碼必須是六位的。修改手機號碼，需要先輸入密碼，再輸入手機號碼，手機號碼必須是11位才會保存。不管是修改密碼還是修改手機號碼，修改完畢保存后，LCD屏都會在1秒后變暗。這時已經(jīng)開始檢測是否有煤氣泄漏，假如防盜報警已打開，也會檢測是否有小偷出現(xiàn)。5.3、測試結(jié)果圖5.19用戶接受到的短信保安接受到的短信系統(tǒng)連接好后，通電預(yù)熱傳感器20秒，將打火機對著煙霧傳感器放氣，這時煙霧傳感器丁烷超標，信號輸出端會輸出低電平，開發(fā)板檢測到這個低電平，就會發(fā)送短信“主人，家里煤氣泄漏了！?。　?，向設(shè)定好的社區(qū)保安手機發(fā)送“888棟666號住戶，家里煤氣泄漏了?。?！”。然后按下按鍵KEY0，這時防盜報警被打開，LED0會亮起來，這時當(dāng)紅外對管中間有東西擋住時，即接受管接受不到發(fā)射管發(fā)射的紅外線時，黃色數(shù)據(jù)輸出端會輸出低電平，當(dāng)開發(fā)板檢測到這個低電平，會發(fā)送第二條短信“主人，家里來小偷了！??！”