基于GSM的遠程家庭智能報警系統(tǒng)設計資料

ID:161768 · 發(fā)表于 2017-5-21 17:59

摘要

隨著生活水平的提高,人們對自我財產(chǎn)的保護意識逐漸增強,同時伴隨著現(xiàn)代科技逐步走進人們的生活,智能家居應運而生。報警系統(tǒng)作為智能家居的一部分備受人們重視，而市場上的報警系統(tǒng)的設計雖日漸成熟，但依然有缺陷。本設計獨辟蹊徑，運用加速度傳感器作為主要感知層，這樣不用限制門窗的材質,使報警系統(tǒng)更加完善。

本設計針對現(xiàn)有的GSM無線網(wǎng)絡，介紹了基于GSM的遠程家庭智能報警系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)方法。利用各種傳感器，如溫濕度傳感器、加速度傳感器等對家中可能出現(xiàn)的各種意外情況進行采集，并通過組建的家中內(nèi)部無線網(wǎng)絡及時向單片機進行中斷報警。GSM模塊在單片機控制下，利用GSM網(wǎng)絡，將各種報警信息通過短信的方式發(fā)送到預先設定的手機中，達到了遠程無線智能報警的功能。同時,本文在對加速度信號的處理上,采用新的方法,即使用加速度平均值,并設定參考點的思路和方法,有效避免了漏報、誤報現(xiàn)象的產(chǎn)生，是系統(tǒng)更加穩(wěn)定。經(jīng)過測試，該系統(tǒng)經(jīng)濟、可靠、穩(wěn)定性高。家庭無需為傳感器布線，具有廣泛的市場推廣價值。

1 引言

1.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

1.2 設計目的與意義

1.3 系統(tǒng)結構流程圖

2 硬件設計

2.1 傳感器的選型

2.1.1 MMA7455I加速度傳感器

2.1.2 DHT11溫度傳感器

2.2 PT2262/2272無線收發(fā)模塊

2.3 AT89S52單片機模塊

2.3.1 AT89S52單片機概述

2.3.2 AT89S52單片機的典型功能

2.4 GSM模塊

3 軟件設計

3.1系統(tǒng)軟件設計的總體思路

3.1.1主函數(shù)軟件設計流程圖

3.1.2 基于C語言的程序調(diào)試

3.2 系統(tǒng)各功能模塊的軟件設計

3.2.1 溫度傳感器DHT11的軟件設計

3.2.2 加速度傳感器MMA7455的軟件設計

3.2.3 IIC通訊協(xié)議

3.2.4 液晶顯示的軟件設計

3.2.5 GSM模塊中的AT指令

4 系統(tǒng)調(diào)試

4.1液晶顯示

4.2 GSM的調(diào)試

4.3加速度傳感器的調(diào)試

4.4 DHT11溫濕度傳感器

5 總結與展望

5.1總結

5.2展望

參考文獻

致謝

附錄一原理圖

附錄二程序

1 引言1.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

在目前國內(nèi)現(xiàn)代化居住格局日益封閉的情況下，財產(chǎn)安全問題顯得尤為重要。當前安全防范及報警系統(tǒng)是確保住宅、財產(chǎn)安全的重要的途徑之一，同時也是數(shù)字化家庭的重要組成部分。當遇到盜竊、失火、煤氣泄漏等緊急情況時，及時通過通信系統(tǒng)完成報警以及提示就顯得尤為必要。

目前的、家居報警系統(tǒng)領域多用到開關振動、超聲波、紅外探測、門磁開關等類型的傳感器，其在應用過程中暴露出諸多的缺點：首先，傳感器價格昂貴，體積龐大，難以集成。比如超聲波傳感器，體積大，市場價在8 元左右，操作復雜，易受干擾；其次，誤報現(xiàn)象比較嚴重，困擾人們的生活，比如我們家里面電車或者汽車上常用的震動型傳感器，在人不小心碰到時就會發(fā)出刺耳的警笛聲，雖然起到了一定的報警作用，但是給人的生活帶來很大困擾，并且當人距離報警聲音傳播范圍之外時，亦無法知道車輛的安全狀況。另外，市場上并沒有一種專業(yè)的報警系統(tǒng)，能讓人隨時隨地的知道家庭公司等安全狀況，并能夠顯示警情位置，警情級別等。

同時大多數(shù)的報警系統(tǒng)采用紅外傳感器和門磁開關配合使用，而門磁開關主要由開關和磁鐵兩部分組成，開關部分由磁簧開關經(jīng)引線連接。定型封裝而成；磁鐵部分由對應的磁場強度的磁鐵封裝于塑膠或合金殼體內(nèi)。當兩者分開或接近至一定距離后，引起開關的開斷從而感應物體。因而門磁開關只適合非鐵質的門或窗，但現(xiàn)代家居設計中,大部分使用的都是鐵質合金，門磁開關的應用范圍大大地受限。

1.2 設計目的與意義

基于單片機的智能家居防盜系統(tǒng)著重于對家中涉及安全的因素進行監(jiān)控和報警,用到的傳感器有加速度傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器；控制期間使用AT89S51單片機；并且采用無線網(wǎng)絡GSM節(jié)點，采用直接發(fā)送短信或撥打電話的方式直接向戶主報警。使得報警更加快捷方便，同時不用布線，避免了維修的復雜性。

同時本設計介紹了一種由嵌入式報警主機、無線發(fā)射裝置，手機終端，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點構成的智能報警系統(tǒng)。

首先本系統(tǒng)采用新型的加速度傳感器，能夠將門窗的震動和移動兩種狀態(tài)區(qū)別開來，當門窗產(chǎn)生震動而沒有發(fā)生位移時,通過程序計算沒有達到位移門限就判斷為沒有異常情況發(fā)生。當門窗發(fā)生移動時，說明家中可能已經(jīng)被盜處以較危險的情況，此時告知戶主，拉響警笛，這樣就解決了傳統(tǒng)報警系統(tǒng)給人們生活帶來的干擾。

同時我們將溫度傳感器布防在廚房、客廳的等地方，通過無線通信技術形成一個傳感器網(wǎng)絡，與家庭嵌入式主機系統(tǒng)通信。當某個傳感器被觸發(fā)時，就會向主機發(fā)送信號，主機通過接收到的信號判斷警情地址，警情級別做出相應的判斷后，通過GSM模塊兒發(fā)送相應的信息，信息被手機捕獲經(jīng)軟件分析后，發(fā)出語音告知機主。

1.3 系統(tǒng)結構流程圖

本設計主要由三大部分組成，分別為：感知網(wǎng)絡、控制主機、客戶終端。該框圖詳細的說明了該設計的工作流程，我們的產(chǎn)品分為兩部分，有家庭傳感器節(jié)點組成的感知網(wǎng)絡，傳感器信號經(jīng)MCU分析后由2262配置一個唯一的地址，將信號發(fā)給家庭主機，經(jīng)分析后經(jīng)GSM模塊向手機發(fā)射出相應的語音報警信息，告知機主。

圖1-1 系統(tǒng)結構流程圖

2 硬件設計

本系統(tǒng)的硬件主要是由傳感器網(wǎng)路、PT2262/2267無線收發(fā)模塊、MCU控制器、GSM模塊組成。下圖是總體硬件結構：

圖2-1 系統(tǒng)硬件結構

傳感器部分主要是采集家中安全信息，如溫度、門窗的移動情況，而本設計最有特色的部分也在于傳感器的選擇，采用新型的加速度傳感器，使防盜模塊更完善；AT2262/2272是用于無線連接傳感器與單片機的部分，此部分避免了防盜系統(tǒng)大量的布線工作；單片機主要是對采集信息的處理、判斷并做出相應的處理過程，是整個系統(tǒng)的大腦；GSM模塊主要是用于聯(lián)系用戶，現(xiàn)代在手機十分普及的背景下，采用GSM模塊進行短息或語音通話直接通知戶主家庭安全情況，會非�？旖�，使得家中安全情況得到及時處理。下面對各部分硬件進行詳細說明。

2.1 傳感器的選型2.1.1 MMA7455I加速度傳感器

2.1.1.1MMA7455工作原理及引腳功能

本設計使用的是飛思卡爾公司的MMA7455I，飛思卡爾公司有穩(wěn)定的人員隊伍。該公司在全球30個國家擁有24000 多名研發(fā)和設計人員，人員結構知識化，年輕化，有穩(wěn)定的教師和輔助人員隊伍。其中，天津飛思卡爾公司擁有 40 多名研發(fā)和設計人員，90%以上擁有研究生學歷。

該公司在全球30個國家擁有多家公司。飛思卡爾全球有9個全資生產(chǎn)工廠，一個合營生產(chǎn)設施，還有與第三方生產(chǎn)商建立的諸多合作關系等。飛思卡爾根據(jù)輕資產(chǎn)(asset-light)戰(zhàn)略，有選擇地將內(nèi)部生產(chǎn)能力集中在處于領先地位的細分化或專業(yè)加工工藝上，由第三方工廠提供標準工藝技術，作為內(nèi)部資源的補充。1992 年，飛思卡爾公司開始在天津開展業(yè)務，包括在天津的封裝和測試運行部門，北京、蘇州和天津3個研發(fā)中心，北京、上海和深圳3個銷售辦事處。天津工廠成立于 1992 年，是飛思卡爾擁有的兩個大型芯片測試和封裝工廠之一。該工廠占地 400,000 平方英尺，從 2001 年開始投入生產(chǎn)。工廠每周生產(chǎn)超過 900 萬個微控制器、混合信號和射頻設備。該公司可提供生產(chǎn)實習、設計的實習設備和場地。

飛思卡爾公司有堅實的科研和技術生產(chǎn)活動。該公司的客戶包括摩托羅拉的個人通訊事業(yè)部，以及一些其它消費和汽車電子廠商。2006年，飛思卡爾在下列領域居于市場領先地位：汽車（全球汽車半導體產(chǎn)品市場份額位居第一）、網(wǎng)絡（全球網(wǎng)絡通信處理器市場份額第一；全球用于蜂窩基站的射頻功率產(chǎn)品市場份額位居第一）、工業(yè)控制器、消費電子產(chǎn)品（微控制器和嵌入式處理器市場份額位居第二）和無線產(chǎn)品（無線通信應用專用標準產(chǎn)品市場份額位居第四；蜂窩手機數(shù)字基帶半導體產(chǎn)品全球市場份額位居第四）。公司為客戶提供廣泛多樣的輔助設備，連接各種產(chǎn)品、網(wǎng)絡和真實世界的信號(如聲音、振動和壓力等)。產(chǎn)品包括傳感器、射頻半導體、功率管理及其它模擬和混和信號集成電路。飛思卡爾全球現(xiàn)有1萬個終端客戶，其中包括由公司自己的銷售隊伍服務的100多家知名的原始設備生產(chǎn)商，以及通過數(shù)千個代理商網(wǎng)絡服務的其他終端客戶。2004年，摩托羅拉半導體部成為飛思卡爾半導體。例如，開發(fā)出了許多關鍵產(chǎn)品類別，包括通信處理器、微控制器、固態(tài)加速度傳感器、蜂窩式半導體和模塊等。摩托羅拉半導體部一直引領加工工藝技術的發(fā)展，從率先使用200毫米硅片、銅連線技術、絕緣體上的硅芯片(SOI)到硅鍺碳，為客戶帶來了性能更高、性能更低的產(chǎn)品。因此選用飛思卡爾公司的傳感器是十分可靠的選擇。

MMA7455是一款數(shù)字輸出（I2C/SPI）、低功耗、緊湊型電容式微機械加速度計，具有信號調(diào)理、低通濾波器、溫度補償、自測、可配置通過中斷引腳（INT1或INT2）檢測0g，以及脈沖檢測（用于快速運動檢測）等功能。0g 偏置和靈敏度是出廠配置，無需外部器件�？蛻艨墒褂弥付ǖ�0g 寄存器和g-Select 量程選擇對0g 偏置進行校準，量程可通過命令選擇 3 個加速度范圍（2g/4g/8g）。MMA745xL 系列具備待機模式，使它成為以電池為電源的手持式電子器件的理想選擇。MMA7455 數(shù)字三軸加速度傳感器模塊核心為飛思卡爾公司的MMA7455L數(shù)字三軸加速度傳感器，該模塊設計使用官方推薦設計，板卡線路經(jīng)過高電磁兼容設計和優(yōu)化，具有輸出精確，體積小，工作可靠，各種標識清晰，擴展性好等特點。MMA7455L 芯片安裝在帶DIP 插腳的印刷電路板（PCB）上，它允許客戶將其集成到特定的設計應用對產(chǎn)品進行評估。這樣客戶就能夠在他們自己硬件和軟件環(huán)境內(nèi)靈活地評估器件。

MMA7455I是三軸小量程加速傳感器是檢測物件運動和方向的傳感器，它根據(jù)物件運動和方向改變輸出信號的電壓值。后面的圖片示出了它們的關系。各軸的信號在不運動或不被重力作用的狀態(tài)下（0g），其輸出為1.65V。如果沿著某一個方向活動，或者受到重力作用，輸出電壓就會根據(jù)其運動方向以及設定的傳感器靈敏度而改變其輸出電壓。用單片機的IIC/SPI接口方式讀取數(shù)值，就可以檢測其運動和方向。

圖2-2 MMA7455實物圖

各引腳功能：

Pin:輸入電壓,同時可以接到單片機AD參考電壓端；

Pin2:(可選)5V電源；

Pin3、GND:電源地；

Pin456、NC:懸空管腳；

Pin7、CS:SPI片選管腳，低電平有效；

Pin8、INT1：中斷1/數(shù)據(jù)準備就緒；

Pin9、INT2：中斷2；

Pin10、MISO：SPI管腳MISO；

Pin11、MOSI：SPI管腳MOSI；

Pin12、CLK：SPI管腳CLK；

圖2-3 MMA7455的外圍電路

2.1.1.2用加速度傳感器測量位移的原理與誤差分析

MMA7455I是一種差容式伺服加速度傳感器，它采用先進的集成電路表面加工技術，將敏感元件和信號調(diào)理電路集成在單片集成電路上，組成一個完整的加速度測量系統(tǒng).安裝時使加速度傳感器的敏感方向與門窗運動的方向平行，由于重力加速度g 的作用，當加速度傳感器不運動時，其輸出為1g，即傳感器的零點偏置不是0，此時加速度輸出值現(xiàn)對于參考點的位置有正有負。

設a(t),v(t),d(t)和T分別是門或窗運動的加速度、速度、位移和采樣的總周期，g(t)為重力加速度。當門或窗運動時，水平方向的加速度傳感器的輸出為：

A(t)=a(t)(2-1)

此時g(t)的變化是很小的,可看做是常數(shù)。作零點校正一般采用測量前先存儲零點值，計算時將測量值減去零點值的方法。這里根據(jù)門窗運動的特點，提出一種簡單方便的方法，用這種方法可以實現(xiàn)加速度傳感器的動態(tài)零點校正。

由于加速度傳感器的輸出采用了零點校正，因而只需考慮門窗運動的加速度積分得門窗運動的速度。

(2-2)

若將看成下始點的初始速度，則于是同樣，位移可以通過對速度積分得到

(2-3)

那么門窗的相對位移用加速度傳感器測量位移的算法可簡要表述為：

將一個周期的加速度的測量值減去其平均值，令邊界條件為零，對修正后的加速度積分得到速度,將所求速度減去其平均值，令邊界條件為零，對修正后的速度積分即得到相對位移。

2.1.2 DHT11溫度傳感器

本設計使用的是溫濕度傳感器DHT11，DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件，線性溫度傳感器是線性化輸出負溫度系數(shù)（簡稱NTC）熱敏元件，它實際上是一種線性溫度-電壓轉換元件，就是說通以工作電流（100ua）條件下，元件電壓值隨溫度呈線性變化，實現(xiàn)了非電量到電量線性轉換。并與一個高性能8 位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。

圖2-4 DHT11實物圖

每個DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20 米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。

綜上所述，DHT11可以測量相對濕度和溫度，可以全部校準，并且直接轉換成數(shù)字信號輸出，此模塊具有卓越的長期穩(wěn)定性，無需額外添加部件，可以實現(xiàn)超長的信號傳輸距離，超低能耗，是四腳安裝的，可以完全實現(xiàn)互換。

DHT11的應用范圍有暖通空調(diào)設備、汽車領域、消費品、氣象站、濕度調(diào)節(jié)器、測試及檢測設備、數(shù)據(jù)記錄器、自動控制、家電領域、醫(yī)療器械等等。在本設計中，DHT11主要是用來監(jiān)測室內(nèi)溫度狀況，當家中有火災發(fā)生時，居室中溫度升高，當溫度超過一定的溫度閥值時，溫度信號被傳感器采集到發(fā)送給單片機，單片機經(jīng)過處理、判斷，執(zhí)行報警，有效地避免災情進一步發(fā)生。

表2-1 DHT11的性能說明

參數(shù)	條件	Min	Typ	Max	單位
分辨率		1	1	1	℃
分辨率		8	8	8	Bit
重復性			±1		℃
精度		±1		±2	℃
量程范圍		0		50	℃
響應時間	1/e(63％)	6		50	S

使用DHT11時需要注意避免結露情況下使用。長期保存條件是在10-40℃，同時濕度需在60％。超出建議的工作范圍可能導致高達3%RH的臨時性漂移信號。返回正常工作條后，傳感器會緩慢地向校準狀態(tài)恢復，要加速恢復進程。在非正常工作條件下長時間使用會加速產(chǎn)品的老化過程。

表2-2 DHT11各管腳功能

Pin	名稱	注釋
1	VDD	供電 3—5.5VDC
2	DATA	串行數(shù)據(jù)，單總線
3	NC	空腳，懸空
4	GND	接地，電源負極

氣體的相對濕度，在很大程度上依賴于溫度。因此在測量濕度時，應盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路板，在安裝時應盡可能將DHT11遠離電子元件，并安裝在熱源下方，同時保持外殼的良好通風。為降低熱傳導，DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。長時間暴露在太陽光下或強烈的紫外線輻射中會使性能降低。DATA信號線材質量會影響通訊距離和通訊質量,推薦使用高質量屏蔽線。手動焊接，在最高260℃的溫度條件下接觸時間須少于10秒。

圖2-5 DHT11應用電路

此電路即為本設計中DHT11的應用電路。當傳輸距離小于20米時使用5K的上拉電阻，當傳輸距離大于20米時上拉電阻做相應的改變。

DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明，當前小數(shù)部分用于以后擴展，現(xiàn)讀出為零。操作流程如下：

一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結果的末8位。

其通訊過程如下如所示：

圖2-6 通訊過程

總線空閑狀態(tài)為高電平，主機把總線拉低等待DHT11響應，主機把總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束，然后發(fā)送80us低電平響應信號。主機發(fā)送開始信號結束后，延時等待20-40us后,讀取DHT11的響應信號，主機發(fā)送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。

用戶MCU發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉換到高速模式，等待主機開始信號結束后，DHT11發(fā)送響應信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。從模式下，DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號，DHT11不會主動進行溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉換到低速模式。

圖2-7 開始傳送數(shù)據(jù)

總線為低電平，說明DHT11發(fā)送響應信號，DHT11發(fā)送響應信號后，再把總線拉高80us,準備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始，高電平的長短定數(shù)據(jù)位是0還是1。格式見下面圖示，如果讀取響應信號為高電平，則DHT11沒有響應，請檢查線路是否連接正常。當最后一位數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us，隨后總線由上拉電阻拉高，進入空閑狀態(tài)。

圖2-8 數(shù)字0信號表示方法

圖2-9 數(shù)字1信號表示方法

測量分辨率分別為 8bit（溫度）、8bit（濕度）。上面各圖說明了DHT11在工作時的時序圖，也有助于之后編程時調(diào)用延時的時間。

2.2 PT2262/2272無線收發(fā)模塊

由于本設計成本和本人的能力有限，在本設計的實際硬件中沒有用到此模塊，但這一模塊在原始設計的理念中是不可或缺的一部分，因為這一部分可以有效避免不必要的布線問題,同時也便于傳輸出現(xiàn)故障時進行有效快捷的維修。因此，在此文中對這一模塊進行詳細地說明是十分必要的，同時也可提高我的知識面。

PT2262/2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空，接高電平，接低電平)，任意組合可提供531441地址碼，PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳，設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。

編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作。當有按鍵按下時，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。

圖2-10 PT2262 無線發(fā)射模塊

2262無線發(fā)射模塊電路圖，該電路由A0……A5可以配置該芯片地址，當2272的設置的地址與其相標配時，才能接收到信號�？刂艱0……D7的高低電平配置可以發(fā)相應的數(shù)據(jù)，比如我們可以經(jīng)D0口經(jīng)過模擬電路與單片機相連，此時若P1^0口為高電平此時2262工作，并將D0高電平的信號發(fā)射出，經(jīng)2272解碼后將信息翻譯處理來。發(fā)射電路有DOUT口經(jīng)驅動電路經(jīng)紅外發(fā)射頭發(fā)出。

圖2-11 PT2272無線接收模塊

U12為一體化紅外接收頭，接收到信號后，經(jīng)2272解碼，將信息經(jīng)D0……D3口輸出，我們通過電路設置使不同的傳感器電路，觸發(fā)2262不同的數(shù)據(jù)I/O口，這樣單片機通過采集2272的數(shù)據(jù)接口就可以知道報警傳感器的位置，從而坐車相應的處理。

圖2-12 PT2272 無線接收模塊

設置地址碼的原則是：同一個系統(tǒng)地址碼必須一致；不同的系統(tǒng)可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分。

PT2262/2272芯片的地址碼的設定：在通常使用中，一般采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，這時編碼電路PT2262和解碼PT2272的第1～8腳為地址設定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3的8次方為6561，所以地址編碼不重復度為6561組，只有發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用，例如將發(fā)射機的PT2262的第2腳接地第3腳接正電源，其它引腳懸空，那么接收機的PT2272只要第2腳接地第3腳接正電源，其它引腳懸空就能實現(xiàn)配對接收。當兩者地址編碼完全一致時，接收機對應的D1～D4端輸出約4V互鎖高電平控制信號，同時VT端也輸出解碼有效高電平信號。用戶可將這些信號加一級三極管放大，便可驅動繼電器等負載進行遙控操縱。

2.3 AT89S52單片機模塊2.3.1 AT89S52單片機概述

單片機是把組成微型計算機的各個功能部件，如中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器、I/O接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通信接口電路等集成在一塊芯片上，構成

一個完整的微型計算機。通用計算機系統(tǒng)的技術要求是高速、海量的數(shù)值計算；技術發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。而嵌入式計算機系統(tǒng)的技術要求則是對象的智能化控制能力；技術發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。比較普通計算機和嵌入式計算機的差異，說明這是由于它們應用場合和應用環(huán)境的不同而造成的，而單片機則屬于低端嵌入式計算機。

單片機的硬件簡單，字長一般為8位，也有16位的，存儲空間最小。集成的片內(nèi)外設比較豐富。由于硬件的局限性，導致軟件上就不能太大，采集速度低。難以完成復雜的實時運算。單循環(huán)式，一般沒有操作系統(tǒng)。

單片機具有小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝成各種智能式控制設備以及各種智能儀表。面向控制，能針對性地解決從簡單到復雜的各類控制任務，從而獲得最佳性價比�？垢蓴_能力強，適應溫度范圍寬，在各種惡劣條件下都能可靠地工作，這是其它機型所無法比擬的�？梢院芊奖愕貙崿F(xiàn)多機和分布式控制，使整個系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。

單片機的應用場合也非常廣泛，小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝成各種智能式控制設備以及各種智能儀表。面向控制，能針對性地解決從簡單到復雜的各類控制任務，從而獲得最佳性價比�？垢蓴_能力強，適應溫度范圍寬，在各種惡劣條件下都能可靠地工作，這是其它機型所無法比擬的�？梢院芊奖愕貙崿F(xiàn)多機和分布式控制，使整個系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。機電一體化產(chǎn)品是集機械技術、微電子技術、自動化技術和計算機技術于一體，具有智能化特征的各種機電產(chǎn)品。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機器人、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設備、打印機、傳真機、復印機等。家用電器是單片機的又一重要應用領域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設備、高檔玩具等。另外，在交通領域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子還有分式系統(tǒng)的前端模塊等等。

ATMEL公司生產(chǎn)的具有Flash ROM的增強型51系列單片機目前在市場上仍然十分流行，其中AT89S系列十分活躍。AVR單片機是ATMEL在90年代推出的精簡指令集RISC的單片機，跟PIC類似。使用哈佛結構。是增強型RISC內(nèi)載Flash的單片機。AVR的單片機廣泛應用于計算機外部設備，工業(yè)實時控制，儀器儀表，通訊設備，家用電器，宇航設備等各個領域。

近年來單片機的發(fā)展非常快，縱觀單片機的現(xiàn)狀及歷史，其發(fā)展趨勢正朝著大容量、

高性能化、小容量低價格化、外圍電路內(nèi)裝化、多品種化及增強I/O接口功能、降低功

耗等方面發(fā)展。為滿足不同的用戶要求，各公司競相推出能滿足不同需要的產(chǎn)品。

在CPU的功能上更加完善和強大，比如采用雙CPU結構，提高處理能力，增加數(shù)據(jù)總線的寬度，使處理數(shù)據(jù)的能力明顯優(yōu)于一般的8位單片機，同時采用流水線結構和RISC體系結構。在存儲器方面加大存儲容量，實行程序保密化。現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，可實現(xiàn)的功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。

MCS-51系列的8031推出時的功耗達630MW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100MW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝)。80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。

本設計中使用的是AT89S52單片機。AT89S52為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flsah存儲器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。

AT89S52主要功能列舉如下：擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）、內(nèi)部程序存儲器（ROM）為8KB、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）為256字節(jié)、32個可編程I/O口線、8個中斷向量源、三個16位定時器/計數(shù)器、三級加密程序存儲器、全雙工UART串行通道。

AT89S52單片機的特性是與MCS-51 兼容、擁有4K字節(jié)可編程閃爍存儲器，它的壽命一般為1000寫/擦循環(huán)、數(shù)據(jù)保留時間為10年、全靜態(tài)工作時工作頻率是0Hz-24Hz、擁有三級程序存儲器鎖定和128*8位內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個16位定時器/計數(shù)器、5個中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。

圖2-13 AT89S52單片機

2.3.1.1AT89S52單片機管腳說明

P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當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)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時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4TTL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，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。

P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。

表2-3 P3口特殊功能口

管腳	I/O口	備選功能
10	P3.0	RXD(串行輸入口)
11	P3.1	TXD（串行輸出口）
12	P3.2	INT0（外部中斷0）
13	P3.3	INT1（外部中斷1）
14	P3.4	T0（記時器0外部輸入）
15	P3.5	T1（記時器1外部輸入）
16	P3.6	WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）
17	P3.7	RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）

：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。

：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。

：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。

：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。

：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。

：來自反向振蕩器的輸出。

2.3.1.2 AT89S52單片機的振蕩器特性和芯片擦除：

XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。

整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。

此外，AT89C52設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。

2.3.2 AT89S52單片機的典型功能

2.3.2.1 中斷系統(tǒng)

中斷系統(tǒng)是計算機中的一項很重要的技術。中斷系統(tǒng)的主要功能是為了解決快速CPU與慢速的外設之間的矛盾，它是由硬件和軟件組成的。有了中斷系統(tǒng)，能使計算機的功能更強、效率更高、使用更加靈活方便。下面簡單介紹中斷系統(tǒng)的組成、處理過程及其應用。

52單片機總共有6個中斷源。外部中斷有/INT0、/INT1，其中中斷請求是由P3.3、P3.3引腳輸入的，可選擇低電平有效或沿下降沿有效。內(nèi)部中斷源有T0、T1、T2溢出中斷和串行口中斷源。不同的中斷源有不同的中斷矢量，當某個中斷源的中斷請求被響應后，CPU將通過硬件自動地把相應的中斷源的中斷入口地址裝入PC中，即從此地址開始執(zhí)行中斷服務程序。因此，使用時一般在此地址單元中存放一條跳轉指令，當CPU響應中斷是，使單片機自動執(zhí)行相應的入口地址的跳轉指令，然后再通過該跳轉指令至用戶安排的中斷服務程序的入口處。

表2-4 中斷入口地址

中斷源	中斷入口地址
/INT0（外部中斷0）	0003H
T0（定時器0）	000BH
/INT1（外部中斷1）	0013H
T1（定時器1）	001BH
串口輸入/輸出	0023H
定時器2	002BH

中斷處理過程分為三個階段，即中斷響應、中斷處理、中斷返回。下圖為中斷響應過程中硬件自動完成的流程圖，如果中斷響應條件滿足，而且不存在中斷受阻，CPU將響應中斷呢。在此情況下，CPU首先使被響應中斷的“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器置位，以阻斷同級和低級的中斷。

圖2-14 中斷響應過程

然后，根據(jù)中斷源的類別，在硬件的控制下內(nèi)部自動形成長調(diào)用指令，此指令的作用是：首先自動將斷點壓入堆棧，但不自動保存PSW的內(nèi)容，然后將對應的中斷源的入口地址裝入程序計數(shù)器。

CPU中斷響應結束后即轉到中斷服務程序的入口地址，從執(zhí)行中斷服務程序的第一條指令開始到執(zhí)行RETI返回指令為止，這個過程成為中斷處理或中斷服務。

2.3.3.2單片機串行口

串口通信是計算機與外界交換信息的一種基本通信方式。52單片機中的串行接口是一個全雙工通信接口，即能同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。它可作偽通用異步接收和發(fā)送器使用，也可以用作同步移位寄存器，其幀格式和波特率均可通過軟件編程設置，在使用上非常方便靈活。

串行通信的基本特征是數(shù)據(jù)逐位順序進行傳送串行通信的格式及約定（如：同步方式、通訊速率、數(shù)據(jù)塊格式、信號電平等）不同，形成了多種串行通信的協(xié)議與接口標準。

單片機接收數(shù)據(jù)的過程是：當CPU允許接收（即SCON的REN位置“1”）且接收中斷標志RI復位時，就啟動一次接收過程。接收數(shù)據(jù)時，外界數(shù)據(jù)通過引腳P3.0（RXD）串行輸入，數(shù)據(jù)的最低位首先進入輸入移位寄存器，一幀數(shù)據(jù)接收完畢再并行送入到緩沖器SBUF中，同時將接收中斷標志RI置“1”。當用軟件將輸入的數(shù)據(jù)讀走并將RI復位后，才能再開始下一幀數(shù)據(jù)的傳送。

發(fā)送數(shù)據(jù)的過程為：當發(fā)送中斷標志位TI復位后，CPU執(zhí)行任何一條寫SBUF指令，就啟動一次發(fā)送過程。CPU在執(zhí)行寫SBUF指令的同時啟動發(fā)送控制器開始發(fā)送數(shù)據(jù)，被發(fā)送的數(shù)據(jù)由TXD引腳串行輸出，首先輸出最低位，當一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完即發(fā)送緩沖器空時，CPU自動將發(fā)送中斷標志TI置1，當軟件將TI復位時，同時又將下一個數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)緩沖器后，CPU再次重復上述過程直到數(shù)據(jù)發(fā)送完成。

2.4 GSM模塊

本設計使用的是西門子公司生產(chǎn)的TC35i。TC35i是Siemens公司推出的無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠的實現(xiàn)數(shù)、語音傳輸、短消息服務(SMS)和傳真。模塊工作電壓為3.3—5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，所在頻段功耗分別為2W(900MHz)和1W(1800MHz)。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4K、4.8K、9.6K的非透明模式。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話、漫游檢測功能，常用的工作模式由省電模式、IDLE、TALK等模式。通過獨特的40引腳的ZIF連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。TC35i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、天線接口留部分組成。作為TC35i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備中的所有的模塊和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR、EFR語音信道編碼。

目前，國內(nèi)已經(jīng)開始使用的GSM模塊有很多，而且這些模塊的功能、用法差別不大。本設計采用西門子TC35 系列的TC35i，這種無線模塊功能上與TC35 兼容，設計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35i 與GSM2/2 兼容、雙頻（GSM900/GSM1800）、RS232 數(shù)據(jù)接口，該模塊及射頻電路和基帶與一體，向用戶提供標準的AT 命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設計。

TC35i 模塊主要由GSM基于處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF 連接器、天線接口六部分組成。通過ZIF 連接器與單片機實現(xiàn)電路接口，該接口讀取或發(fā)送TC35i 模塊中的數(shù)據(jù)，將是本文論述的重點，也是TC35i 應用的核心。

單片機與TC35i 的軟件接口其實就是單片機通過AT 指令控制手機的控制技術，首先設置TC35i 模塊的工作模式：AT+CMGF=n，n=0 為PDU模式；n=1 為文本模式；通常設置為PDU 模式，在這種模式下，能傳送或接受透明數(shù)據(jù)（用戶自定義數(shù)據(jù)）。AT+CMGR=n 為讀TC35i 模塊短消息數(shù)據(jù)，n 為短消息號。AT+CMGL=n為列出TC35i 模塊內(nèi)的短消息，n=0 是未讀的短消息，n=1 位已讀的短消息，n=2 位未發(fā)送的短消息，n=3為已發(fā)送的短消息n=4 為所有短消息。AT+CMGD=n 為刪除TC35i 模塊的短消息，n 為短消息編號。

軟件編程通過向TC35i 寫入不同的AT 指令能完成多種功能，如網(wǎng)絡登陸、讀取SIM卡上電話號碼、發(fā)送SMS 消息、接收SMS 消息等。常用的AT指令我們將在軟件設計中詳細說明。

3 軟件設計3.1系統(tǒng)軟件設計的總體思路3.1.1主函數(shù)軟件設計流程圖

整個系統(tǒng)主要的分為兩個狀態(tài)：主人在家狀態(tài)、主人不在家狀態(tài)。當主人在家時，報警系統(tǒng)僅對溫度傳感器和煙霧傳感器進行監(jiān)視；當按下主人不在家的按鍵時，系統(tǒng)就進入到主人不在家狀態(tài)，對家中的門窗、溫度、煙霧等作一系列的監(jiān)控，一旦有意外發(fā)生能及時通知戶主采取急救措施，有效避免災情進一步發(fā)生。

程序是由主程序、開機初始化模塊、主人在家狀態(tài)模塊、延時和定時器模塊、無人在家狀態(tài)模塊、傳感器檢測模塊、串口初始化和GSM通信模塊組成。

（1）主程序。單片機上電后即執(zhí)行主程序。主程序調(diào)用開機初始化模塊，之后確定用主人是否在家模塊，確定要工作的狀態(tài)。

（2）開機初始化模塊。該模塊控制所有模塊的指示燈點亮以確定所有模塊都正常工作，同時對單片機內(nèi)部特殊寄存器進行賦值，設置完畢后進入主人在家狀態(tài)，只有當系統(tǒng)復位后此模塊才會再次被調(diào)用。

（3）主人在家狀態(tài)模塊。該模塊調(diào)用對輸入的定時掃描，在家中溫度或煙霧濃度出現(xiàn)異常情況是報警，同時可在按鍵控制下轉入到無人在家模塊。該模塊桶用探測器檢測模塊、延時和定時器模塊相結合防止探測器的誤觸發(fā)，提高系統(tǒng)可靠性。

（4）延時和定時器模塊。該模塊包含軟件延時子函數(shù)及設置并啟動定時器的子函數(shù)以達到對鍵盤的定時掃描。

（5）無人在家狀態(tài)模塊。該模塊調(diào)用傳感器檢測模塊、延時和定時模塊對外部輸入

進行檢測，在傳感器被觸發(fā)的情況下發(fā)出警報并進入發(fā)送短信模塊。

（6）傳感器檢測模塊。采用定時掃描的方式進行實時檢測防止報警被誤觸發(fā)，想主人在家狀態(tài)模塊和無人在家狀態(tài)模塊返回各輸入口狀態(tài)。

（7）傳感器檢測模塊。傳感器主要是由MMA7455i加速度傳感器、溫度傳感器和煙霧傳感器組成，對家中情況進行監(jiān)控，并做簡單的信號處理。

（8）串口初始化和通信模塊。該模塊對在進入發(fā)送短信狀態(tài)時對串口進行初始化，負責與串口數(shù)據(jù)的收發(fā)，并在發(fā)送短信完畢時對特殊寄存器和全局變量進行設置。防止由于某些傳感器一直處在觸發(fā)狀態(tài)而引起的短信重復發(fā)送。

（9）GSM發(fā)送短信模塊。該模塊通過調(diào)用串口初始化和通信模塊與GSM模塊發(fā)送AT指令控制其發(fā)送短信。

圖3-1 系統(tǒng)程序結構

3.1.2 基于C語言的程序調(diào)試

C語言是一種計算機程序設計語言。它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它由美國貝爾研究所于1972年推出。1978后，C語言已先后被移植到大、中、小及微型機上。它可以作為工作系統(tǒng)設計語言，編寫系統(tǒng)應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。它的應用范圍廣泛，具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到C語言，適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫。具體應用比如單片機以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

C是高級語言。它把高級語言的基本結構和語句與低級語言的實用性結合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元。 C也是一種結構式語言。結構式語言的顯著特點是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結構化方式可使程序層次清晰，便于使用、維護以及調(diào)試。C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結構化。 C語言功能齊全。具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型，并引入了指針概念，可使程序效率更高。而且計算功能、邏輯判斷功能也比較強大，可以實現(xiàn)決策目的的游戲。同時C語言適用范圍大，適合于多種操作系統(tǒng)，如Windows、DOS、UNIX等等；也適用于多種機型。C語言對編寫需要硬件進行操作的場合，明顯優(yōu)于其它高級語言，有一些大型應用軟件也是用C語言編寫的。

指針是C語言的一大特色，可以說是C語言優(yōu)于其它高級語言的一個重要原因。就是因為它有指針，可以直接進行靠近硬件的操作，但是C的指針操作不做保護，也給它帶來了很多不安全的因素。C++在這方面做了改進，在保留了指針操作的同時又增強了安全性，受到了一些用戶的支持，但是，由于這些改進增加語言的復雜度，也為另一部分所詬病。Java則吸取了C++的教訓，取消了指針操作，也取消了C++改進中一些備受爭議的地方，在安全性和適合性方面均取得良好的效果，但其本身解釋在虛擬機中運行，運行效率低于C++/C。一般而言，C，C++，java被視為同一系的語言，它們長期占據(jù)著程序使用榜的前三名。

而匯編語言是面向機器的程序設計語言。在匯編語合中，用助記符代替操作碼，用地址符號(Symbol)或標號(Label)代替地址碼。這樣用符號代替機器語言的二進制碼，就把機器語言變成了匯編語言。于是匯編語言亦稱為符號語言。使用匯編語言編寫的程序，機器不能直接識別，要由一種程序將匯編語言翻譯成機器語言，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語言處理系統(tǒng)。匯編程序把匯編語言翻譯成機器語言的過程稱為匯編。

大多數(shù)情況下Linux程序員不需要使用匯編語言，因為即便是硬件驅動這樣的底層程序在Linux操作系統(tǒng)中也可以完全用C語言來實現(xiàn)，再加上GCC這一優(yōu)秀的編譯器目前已經(jīng)能夠對最終生成的代碼進行很好的優(yōu)化，的確有足夠的理由讓我們可以暫時將匯編語言拋在一邊了。但實際情況是Linux程序員有時還是需要使用匯編，或者不得不使用匯編，理由很簡單：精簡、高效和lib無關性。假設要移植Linux到某一特定的嵌入式硬件環(huán)境下，首先必然面臨如何減少系統(tǒng)大小、提高執(zhí)行效率等問題，此時或許只有匯編語言能幫上忙了。匯編語言比機器語言易于讀寫、調(diào)試和修改，同時具有機器語言全部優(yōu)點。但在編寫復雜程序時，相對高級語言代碼量較大，而且匯編語言依賴于具體的處理器體系結構，不能通用，因此不能直接在不同處理器體系結構之間移植。

綜上所述，本設計使用的是C語言進行程序的編寫。AT89S52的C語言編程和C51系列的相同，因此以下用51系列來說明。

由于8051系列是8 位機，因而不存在字節(jié)校準問題。這意味著數(shù)據(jù)結構成員是順序放置的。數(shù)據(jù)類型的轉換：當計算結果隱含著另外一種數(shù)據(jù)類型時，數(shù)據(jù)類型可以自動進行轉換，例如，將一個位變量賦給L：一個整型變量時，位型值自動轉換為整型值，有符號變量的符號也能自動進行處理。這些轉換也可以用C 語言的標準指令進行人工轉換。編譯器支持下列數(shù)據(jù)類型：

表3-1數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)類型	長度	值域
bit	1字節(jié)	0或1
signed char	1字節(jié)	-128～+127
unsigned char	1字節(jié)	0～255
signed int	2字節(jié)	-32768～+32867
unsigned int	2字節(jié)	0～65535
signed long	4字節(jié)	-2147483648～+2147483647
unsigned long	4字節(jié)	0～4294967295
float	4字節(jié)	±1.176E-38～±3.40E+38
指針	1-3字節(jié)	對象地址
sbit	1位	0 或 1
sfr	1字節(jié)	0～255
sfr16	2字節(jié)	0～65535

51系列包括多種寄存器，其中一些具有特殊功能，如定時器，端口的控制寄存器等，為了能夠直接訪問這些寄存器，C51 編譯器提供了一種定義的自主形式，這是必要的，因為這些定義與標準C 語言是不兼容的。為了支持這些特殊功能寄存器（SFR）的聲明，引入了關鍵詞“sfr”。

必須注意的是“sfr”后不是一個地址而是一個名字。因此上例中名字P0 和P1（port0和port1）定義為特殊功能寄存器并被賦予相應的絕對地址，名字可按意愿自由選取，源文件中不應有先定義的sfr 名字。“=”號后的地址必須是常數(shù)，不允許帶有運算符的表達式，這個常數(shù)表達式必須在特殊功能寄存器的地址范圍內(nèi)，位于0X80 到0XFF 之間。

8051 系列寄存器數(shù)量和類型是極其不同的，因此將所有特別的“sfr”聲明放入一個頭文件，頭文件包括8051 一些系列成員中的SFR 定義。進一步的定義可由用戶由文件編輯器產(chǎn)生。

在新的8051 系列產(chǎn)品中，SFR 在功能上經(jīng)常組合為16 位的，為了有效的訪問這類SFR，使用定義“sfr16”，當“SFR”的高端直接位于低端后時，對SFR16 位的訪問是可能的。例如8052 的定時器2 就是這種情況，16 位聲明的語法與“sfr”相同，SFR 低地址部分必須作為sfr16 的地址。

T2（由T2L 和T2H 組成）和RCAP2（由RCAP2L 和RCAP2H 組成）被定義為16位SFR，即使在這種情況下，聲明中的名字后仍不是賦值語句，而是一個SFR 地址，高字節(jié)必須直接位于低字節(jié)之后，這種聲明適用于所有新的SFR，但不能用于Timer0 和Timer1。

3.1.2.1中斷服務程序

C51 編譯器及其對C 語言的擴充允許編程者對中斷的所有方面進行控制。這種支持能使系統(tǒng)編程者創(chuàng)建高效的中斷服務程序，用戶只需在普通和高級方式下關心中斷及必要的寄存器組切換操作，C51 編譯器將產(chǎn)生最合適的代碼。

使用中斷服務函數(shù)的完整語法如下：

返回值函數(shù)名（[參數(shù)]）[模式][再入] interrupt n[using n]。“interrupt”后接一個0～31 的常數(shù)，不允許使用表達式。中斷不允許用于外部函數(shù)，它對函數(shù)目標代碼的影響如下：

1. 當使用函數(shù)時，SFR 中的ACC、B、DPH、DPL 和PSW（當需要時）入棧；

2. 如不使用寄存器組切換，甚至中斷函數(shù)所需的所有工作寄存器（Rn）都入棧；

3. 函數(shù)退出前，所有的寄存器內(nèi)容出棧；

4. 函數(shù)由8051 控制命令“RETI”終止；

中斷控制部分是由4個專用寄存器組成的，分別為TCON、SCON、IE和IP。五個中斷源的中斷請求標志位及定時器/計數(shù)器的控制位，均設置在定時控制寄存器TCON和串口控制寄存器SCON中。

其中TCON用于控制定時器/計算器的啟、停和外部中斷源的觸發(fā)方式以及存放定時器的溢出中斷標志和外部中斷源的中斷請求標志。其地址為88H，各位的定義為：

表3-2 TCON各位的定義

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
TF1	TR1	TF0	TR0	IE1	IT1	IE0	IT0

TF1和TF0：分別為定時器1和定時器0的溢出標志。當定時器加1計滿產(chǎn)生溢出時，由硬件自動置“1”，并申請中斷。進入中斷服務程序后，由硬件自動清“0”。這兩位也可作為程序查詢的標志位，在查詢方式下應由軟件來清“0”。

TR1和TR0：分別為定時器1和定時器0的啟�？刂莆弧．斢绍浖䦟Ri清0后，可停止定時器的工作，將該位置“1”后，可啟動定時器工作。

IE1和IE0：分別為外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。當外部中斷源有請求時，相應的中斷標志位由硬件置“1”。

IT1和IT0：分別為外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。IT1設置為“0”時，相應的外部中斷為低電平觸發(fā)方式，設置為“1”時，相應的外部中斷為邊沿觸發(fā)方式。

同時在單片機中，設有一個專用寄存器IE（稱中斷允許寄存器），其作用是控制各中斷源的開放或屏蔽。各個位的定義如下：

表3-3 IE各位的定義

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
EA	-	ET2	ES	ET1	EX1	ET0	EX0

EA為CPU中斷允許控制位。EA=1，CPU開放中斷，EA=0，CPU禁止響應一切中斷。當EA=1時，僅使CPU對所有中斷開放，但每個中斷源被允許還是被屏蔽由各自的允許位確定。

ES為串行口中斷允許位。ES=1,允許串行口接收和發(fā)送中斷；ES=0，禁止串行口中斷。

ET1為定時器1的中斷允許控制位。ET1=1允許T1中斷，否則禁止中斷。

EX1為外部中斷1的中斷允許控制位。EX1=1，允許外部中斷1中斷，否則禁止中斷。

ET0為定時器0的中斷允許控制位。ET0=1，允許定時器T0中斷，否則禁止中斷。

EX0為定時器0的中斷允許控制位。ET2為定時器2中斷允許控制位，僅用于52子系列單片機。

在本設計中，使用的是內(nèi)部中斷。單片機對采集到的加速度傳感器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)進行分析判斷，當符合報警條件時再申請中斷，執(zhí)行中斷服務程序。

在中斷響應過程中需要利用軟件實現(xiàn)以下中斷服務：

圖3-2 中斷服務程序

3.1.2.2 串口通信的軟件設置

51系列的串行口主要是由兩個數(shù)據(jù)緩沖器SBUF、一個輸入移位寄存器、一個串行控制寄存器SCON和一個波特率發(fā)生器T1等組成。特殊功能寄存器SCON用來存放串行口的控制和狀態(tài)信息。定時器/計數(shù)器T1作串行口的波特率發(fā)生器，其波特率是否增倍由特殊功能寄存器PCON的最高位控制。

在本設計中串口通訊是工作在方式2下的，方式1為11位異步通訊方式，即一個起始位、8個有效數(shù)據(jù)和一個停止位，還有一個附加位，波特率可以改變（由定時器 T1的溢出率決定，并可由SMOD加倍）。發(fā)送操作在T1=0時，發(fā)送電路自動在8位發(fā)送數(shù)據(jù)前后分別添加一位起始位和停止位,并在移位脈沖作用下由TXD引腳依次發(fā)送一幀數(shù)據(jù),發(fā)送完后自動維持TXD引腳為高電平.TI也由硬件在發(fā)送停止位時自動置“1”，需要由軟件將其請“0”。第9位數(shù)字是SCON中的T8，這位數(shù)據(jù)可由用戶安排，在這里我設定為奇偶校驗位。

3.2 系統(tǒng)各功能模塊的軟件設計3.2.1 溫度傳感器DHT11的軟件設計

在本設計中MMA7455主要是實現(xiàn)對家中門窗的動態(tài)運動進行監(jiān)控,進而作為防盜報警的依據(jù)。DHT11采用的是單線雙向串行通訊，當收到單片機讀信號后，DHT11發(fā)送響應信號，并送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，在本設計中只讀取其中的溫度信息數(shù)據(jù)，如果DHT11沒有收到單片機發(fā)送開始信號，DHT11不會主動進行溫度采集。具體的軟件設計流程圖如下：

圖3-3 DHT11軟件設計流程圖

3.2.2 加速度傳感器MMA7455的軟件設計

MMA7455加速度傳感器主要是采集門窗的運動狀況，測出其運動的加速度，單片機再進一步得出門窗運動的位移，進而可判定是否有竊賊進入到家中。當單片機調(diào)用加速度信息子模塊時，首先發(fā)出讀加速度信號，7455進行初始化并把自身的地址和單片機發(fā)出的地址相比較，如果符合即反饋應答信號，單片機分別發(fā)出X、Y、Z軸地址采集不同軸上的加速度信息，7455按相應的地址發(fā)送信息，單片機收到信息后進行校驗，并返回加速度數(shù)據(jù)的返回值，退出調(diào)用。

圖3-4 7455子函數(shù)流程圖

3.2.3 IIC通訊協(xié)議

在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，有為數(shù)眾多的IC需要進行相互之間以及與外界的通信。為了提供硬件的效率和簡化電路的設計，PHILIPS開發(fā)了一種用于內(nèi)部IC控制的簡單的雙向兩線串行總線IIC。IIC總線支持任何一種IC制造工藝，并且 PHILIPS和其他廠商提供了種類非常豐富的IIC兼容芯片。作為一個專利的控制總線，IIC已經(jīng)成為世界性的工業(yè)標準。

每個器件都有一個唯一的地址，而且可以是單接收的器件（例如：LCD驅動器）或者可以接收也可以發(fā)送的器件（例如：存儲器）。發(fā)送器或接收器可以在主模式或從模式下操作，這取決于芯片是否必須啟動數(shù)據(jù)的傳輸還是僅僅被尋址。IIC是一個多主總線，即它可以由多個連接的器件控制。

基本的IIC總線規(guī)范于20年前發(fā)布，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高為100Kbits/s，采用7位尋址。但是由于數(shù)據(jù)傳輸速率和應用功能的迅速增加，IIC總線也增強為快速模式（400Kbits/s）和10位尋址以滿足更高速度和更大尋址空間的需求。

IIC總線始終和先進技術保持同步，但仍然保持其向下兼容性。并且最近還增加了高速模式，其速度可達3.4Mbits/s。它使得IIC總線能夠支持現(xiàn)有以及將來的高速串行傳輸應用，例如EEPROM和Flash存儲器。

在IIC總線傳輸過程中，將兩種特定的情況定義為開始和停止條件（見圖3）：當SCL保持“高”時，SDA由“高”變?yōu)椤暗汀睘殚_始條件；當SCL保持“高”且SDA由“低”變?yōu)椤案摺睍r為停止條件。開始和停止條件均由主控制器產(chǎn)生。使用硬件接口可以很容易地檢測到開始和停止條件，沒有這種接口的微機必須以每時鐘周期至少兩次對SDA取樣，以檢測這種變化。

SDA線上的數(shù)據(jù)在時鐘“高”期間必須是穩(wěn)定的，只有當SCL線上的時鐘信號為低時，數(shù)據(jù)線上的“高”或“低”狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線上的每個字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，但每個字節(jié)必須要有一個應答ACK。如果一接收器件在完成其他功能（如一內(nèi)部中斷）前不能接收另一數(shù)據(jù)的完整字節(jié)時，它可以保持時鐘線SCL為低，以促使發(fā)送器進入等待狀態(tài)；當接收器準備好接受數(shù)據(jù)的其它字節(jié)并釋放時鐘SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進行。

數(shù)據(jù)傳送具有應答是必須的。與應答對應的時鐘脈沖由主控制器產(chǎn)生，發(fā)送器在應答期間必須下拉SDA線。當尋址的被控器件不能應答時，數(shù)據(jù)保持為高并使主控器產(chǎn)生停止條件而終止傳輸。在傳輸?shù)倪^程中，在用到主控接收器的情況下，主控接收器必須發(fā)出一數(shù)據(jù)結束信號給被控發(fā)送器，從而使被控發(fā)送器釋放數(shù)據(jù)線，以允許主控器產(chǎn)生停止條件。

IIC總線在開始條件后的首字節(jié)決定哪個被控器將被主控器選擇，例外的是“通用訪問”地址，它可以在所有期間尋址。當主控器輸出一地址時，系統(tǒng)中的每一器件都將開始條件后的前7位地址和自己的地址進行比較。如果相同，該器件即認為自己被主控器尋址，而作為被控接收器或被控發(fā)送器則取決于R/W位。

3.2.4 液晶顯示的軟件設計

本設計中采用液晶顯示，使數(shù)據(jù)更加直觀。液晶顯示屏選用1602，它主要用于顯示加速度傳感器采集到的X、Y、Z軸的加速度值以及溫度傳感器DHT11采集到的室內(nèi)溫度值，以便更清晰直觀地感受到報警系統(tǒng)的工作狀態(tài)。其軟件的主要思路如下圖所示：

圖3-5 液晶屏的軟件設計

3.2.5 GSM模塊中的AT指令

單片機與TC35 i的軟件接口通過AT指令完成,控制手機的短消息有關的AT指令有:

A．單片機與TC35i模塊由串口建立連接：AT；

B.設置TC35i模塊工作模式：AT + CMGF = n, n = 0: PDU模式; n = 1:文本模式,通常要設置為PDU模式,在這種模式下,能傳送或接受透明數(shù)據(jù)(用戶自定義數(shù)據(jù))；

C.讀TC35i模塊短消息數(shù)據(jù)：AT + CMGR = n, n為短消息號(十進制)；

D.列出TC35i模塊內(nèi)的短消息：AT =CMGL = n， n = 0:未讀的短消息；n = 1：已讀的短消息；n = 2：未發(fā)送的短消息；n= 3:已發(fā)送的短消息；n = 4：所有的短消息；

E.刪除TC35i模塊短消息：AT + CMGD = n，n為短消息號(十進制) 。

根據(jù)設置不同，GSM模塊將收到的短消息保存在緩存單元或存入SIM卡，單片機從GSM模塊中接收短消息實質上就是從SIM或緩存中讀出信息。這主要利用AT + CMGR和AT +CMGL兩條指令來完成。由于不同的廠商對AT指令集的解釋代碼和響應信息不一樣,所以單片機首先要確認能否與GSM模塊建立起通信，一般用ATE指令完成此確認；然后用AT + CMGF指令選定短消息的數(shù)據(jù)格式；在收到GSM模塊的正確回答后以AT指令完成讀出功能。一般用AT +CMGL讀取以前的信息，在收到手機的R ING(振鈴)數(shù)據(jù)時,用AT +CMGR讀取實時信息。

AT 指令的指令符號、常數(shù)、PDU 數(shù)據(jù)等都是以ASCII 編碼形式傳送；傳送透明數(shù)據(jù)必須把TC35i 模塊的工作模式設置為PDU模式；單片機向TC35i 模塊發(fā)送每一條指令后，必須以回車符作為該條指令的結束，例如單片機向手機發(fā)送“AT+CMGF=0”這條指令，其ASCII編碼序列為“41H、54H、2BH、42H、4DH、47H、46H、3DH、30H、0DH”，最后一個字節(jié)0DH 就是回車符，表示該條指令結束，如果沒有這個回車符，手機將不識別這條指令。當TC35i 模塊接收到一條完整的AT 指令后，TC35i 模塊并不立即執(zhí)行該條指令，而是先把剛才接收到的AT 指令的ASCII 編碼序列全部反發(fā)送出來（含0DH）；其次發(fā)送一個回車符和一個換行符的ASCII 編碼，即0DH 和0AH；然后執(zhí)行該指令。

圖3-6 短消息收發(fā)流程

單片機讀取TC35i模塊的PDU 數(shù)據(jù)時，原始數(shù)據(jù)應該是16進制數(shù)，但讀回的數(shù)據(jù)仍然是ASCII表示的16進制數(shù)。這樣一個字節(jié)的16進制數(shù)就變成了2 個字節(jié)的ASMII 碼。但是PDU 數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)字節(jié)長度部分仍然是實際字符長度。而不是變成ASCII 碼的字節(jié)長度，這在編程時應特別注意，否則，接收的數(shù)據(jù)就不完整。單片機接收到PDU 數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)后，必須將其恢復成16 進制數(shù)據(jù)，其算法如下：設a 為接收的ASCII碼，b為轉換后的16進制數(shù)。那么如果a<39H，則b=a-30H；如果a=39H，則b=a-30h-07H。最后把前后兩個數(shù)合并為一個字節(jié)。TC35i 模塊向單片機應答PDU數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)時不包括前9個字節(jié)數(shù)據(jù)，但向單片機傳送PDU 數(shù)據(jù)包時，包括這9個字節(jié)的數(shù)據(jù)。例如，如果TC35i模塊應答的PDU 數(shù)據(jù)長度為50，而實際向單片機傳送的16 進制數(shù)據(jù)為59 字節(jié)，ASCII碼為2×59字節(jié)，所以單片機必須按2×59個字節(jié)接收PDU 數(shù)據(jù)。

常用的AT指令如下表：

表3-4 常用AT指令

AT指令	功能
AT命令	設置不回顯命令
ATEO	查詢網(wǎng)絡是否已經(jīng)注冊
AT+CREG?	設置短信到達提醒方式
AT+CPMS=	設置短信存儲在模塊
AT+CPBS=SM	設置電話薄位置SIM卡
AT+CMGF=0/1	設置短信模式。0：PDU 1：TEXT
AT+CMGS=	發(fā)送新短信
AT+CMGSS=1	發(fā)送存在SIM卡的短信
AT+CMSR=1	讀取模塊1號位置短信
AT+CMGD=1	刪除模塊1號位置
AT+CPBR=1	讀取卡1號位置電話號碼
ATH	掛斷電話

AT指令在本設計中的應用可詳細參看附錄中的程序部分。

4 系統(tǒng)調(diào)試

本設計由以下幾部分組成：單片機最小系統(tǒng)、加速度傳感器、溫濕度傳感器、GSM及其控制板、供電電源、顯示等六部分組成。由于本設計采用的都是數(shù)字傳感器，通訊方式是串行通信模式，故本系統(tǒng)的調(diào)試過程基本上是程序的調(diào)試。

4.1液晶顯示

首先進行調(diào)試的是顯示程序，只有有了顯示，才能觀察到讀取的各個傳感器的數(shù)據(jù)，才能直觀的判定其他部分工作是否正常。

顯示部分采用的是1602液晶顯示，1602液晶是字符型的顯示屏，只能顯示字母和符號。顯示屏上需要顯示溫度值、濕度值、加速度傳感器的三軸加速度值。加速度單位為g。在1602液晶的子程序的開始，定義了一系列的數(shù)組用于顯示的調(diào)用。當傳感器沒有插好，或者忘記供電時，液晶屏的第一行將會顯示“No acceleration!”以提示出現(xiàn)故障，當正常工作時液晶的第一行將顯示溫度值，濕度值以及加速度的X軸的數(shù)據(jù)，第二行將會顯示Y軸和Z軸的加速度值。顯示的加速度值是在程序中經(jīng)過處理轉化的。在讀取X軸的數(shù)據(jù)后，需要將數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)手冊上的值進行轉換，并將每一位轉化成字符型的值放到數(shù)組中，通過1602液晶的控制字送到屏幕上顯示。顯示效果如下圖所示：

圖4-1 液晶顯示調(diào)試結果

有了顯示部分，就好像有了一只眼，這樣就能在程序中設置標識，通過顯示屏來判斷程序運行是否正常，就能夠直觀的判斷調(diào)試結果，給調(diào)試過程帶來了很大的方便。

4.2 GSM的調(diào)試

GSM和單片機最小系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的神經(jīng)中樞和大腦，動作的執(zhí)行和處理都過這兩部分來組成，因此是調(diào)試中的重中之重。

對于單片機最小系統(tǒng)來說，首先是正常工作，單片機使用的AT89S52單片機，在焊接過程中，由于EA引腳沒有接高電平，在用流水燈測試單片機最小系統(tǒng)時對IO口單獨賦值時電平輸出有效，當讓流水燈循環(huán)流動時，卻沒有達到預期的效果。由于當EA為高電平時，單片機先訪問內(nèi)部程序存儲器，當尋址范圍超出內(nèi)部程序存儲器的最大尋址空間時，就自動跳向外部程序存儲器。因此才會出現(xiàn)上出現(xiàn)的情況。此外就是P0口的輸出問題，當作為傳輸數(shù)據(jù)口時是不用接上拉電阻的，當作為驅動時就這排上拉電阻就會非常重要。

調(diào)試好最小系統(tǒng)后就要與GSM模塊進行聯(lián)調(diào)了。在這里利用的是GSM發(fā)短信和打電話的功能，對GSM模塊的控制是通過單片機和GSM進行串口通信，通過串口通信發(fā)送AT指令給GSM，GSM進會按照相應的指令進行工作。在這個過程中，程序的編寫都需要參考GSM數(shù)據(jù)手冊中的AT指令表，這樣編寫出的程序才能按照預期進行工作。

圖4-2 GSM與單片機相連接

在單片機與GSM進行聯(lián)調(diào)的過程，遇到了兩個經(jīng)常犯的錯誤，一個是串口通信的端口連接，另一個就是晶振的選取。在串口通訊時必須將單片機的TXD和RXD端子和對應GSM的RXD和TXD相連，而且要共地。否則數(shù)據(jù)不能正常傳輸，也達不到預期的效果。晶振的選取是以通信的波特率為準進行參數(shù)設置的。GSM與單片機通訊的波特率是9600，因此需要選擇11.0592MHz的晶振，不能選擇12MHz的晶振。這是因為標準的51單片機晶振是1.2M~12M，由于一個機器周期是12個時鐘周期，所以使用12M的晶振時，一個機器周期是1us，在進行定時時容易計算，而且速度相對是最高的。之所以使用11.0592M的晶振是因為在進行通信時，12M的頻率進行串行通信不容易實現(xiàn)標準的波特率，比如9600，4800等。而11.0952MHZ的晶振在計算時鐘、串口通信的波特率等運算中能夠得到一個整數(shù)，計算的結構更加的精確和方便。12M的容易出現(xiàn)累積誤差，因此在這里需要使用11.0592MHz的晶振才能保證精確的波特率，才能保證在傳輸數(shù)據(jù)的過程中不發(fā)生錯誤。

4.3加速度傳感器的調(diào)試

加速度傳感器采用的是MMA7455I，是一款數(shù)字傳感器，具有三個自由度，通過對CS端子進行賦值可以選擇通信方式即SPI和IIC兩種通信方式，當CS為高電平時采用的是IIC通訊方式，低電平時為SPI通訊方式。IIC通信為串行通信，可通過一個時鐘線和數(shù)據(jù)線讀取加速度傳感器內(nèi)的數(shù)據(jù)。

MMA7455I加速度傳感器的測量范圍為

0-

2g/4g/8g,可通過mode control register來設置工作模式（g為重力加速度），這里選擇量程為4g。通過IIC協(xié)議來讀取加速度的值。每個軸上的加速度值的長度都是一個字節(jié)（8bit），由于滿量程為4g，因此MMA7455I的分辨率為

，也就是滿63為1g的加速度。按照這個方法送到顯示屏上顯示，顯示單位為g，可以精確到小數(shù)點后兩位。讀取加速度后就可以進行位移的計算了。在程序調(diào)試時設置當加速度大于

時，開始采集加速度數(shù)據(jù)，并打開定時器開始計時，并在循環(huán)采集程序中設置采集次數(shù)標志位，當加速度小于的時候，退出循環(huán)采集程序，然后求和，求平均算出加速度的平均值。有個平均加速度值，運動時間，由于初始加速度值為0，有公式

上面公式中的加速度值和時間就可以求出移動的大致距離。

在采集的過程中，加速度值是帶有符號的，在相加的過程中如果出現(xiàn)來回的抖動，有符號的只想加加速度值就會變小，甚至最終導致和位移為0。這樣就可以消除抖動帶來的誤報現(xiàn)象。這就是這個過程的位移算法。

芯片的工作電壓是3.3V，因此需要通過電壓轉化來進行供電，轉換芯片采用RT9161，它具有很小的失調(diào)電壓，電流大，驅動能力強，用此款芯片來對傳感器進行供電，可靠性高。

在調(diào)試過程總最容易忽略，最容易犯錯的就是單片機最小系統(tǒng)和傳感器共地的問題，如果不共地，單片機讀取的數(shù)據(jù)就有錯誤，只有共地后才有了統(tǒng)一的電平參考標準，才能正確的傳輸數(shù)據(jù)，設計上一般不會忽略這個問題，但是在調(diào)試過程中由于接線等問題，經(jīng)常會忘了共地而對調(diào)試帶來很大的麻煩。

圖4-3 防盜報警電話

4.4 DHT11溫濕度傳感器

在本設計中DHT11用于采集溫濕度信息，可單總線串行輸出數(shù)字信號。DHT11總共有四個管腳，在焊接電路時，第一個管腳接VCC，第二個管腳為數(shù)據(jù)傳輸管腳，直接接到單片機的p2.0口，同時為了加強傳輸信號，在此管腳上加一個5k的上拉電阻，等待數(shù)據(jù)傳輸。

總線空閑狀態(tài)為高電平，主機把總線拉低等待DHT11響應，主機把總線拉低必須大于18毫秒，此時調(diào)用一個18毫秒的延時子函數(shù),保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束，然后調(diào)用一個80us低電平響應信號。主機發(fā)送開始信號結束后，延時等待20-40us后, 讀取DHT11的響應信號，主機發(fā)送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。

圖4-4 DHT11接上拉電阻

用戶MCU發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉換到高速模式，等待主機開始信號結束后，DHT11發(fā)送響應信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。送出的40bit數(shù)據(jù),是由兩個字節(jié)的濕度數(shù)據(jù)、兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)和一個字節(jié)的校驗和數(shù)據(jù)，同時，溫、濕度數(shù)據(jù)是以一個字節(jié)按由高位到低位傳輸、一個由低位到高位傳輸，因此在程序中分別將一個字節(jié)的數(shù)移位后，將前四個字節(jié)相加，再和第五個字節(jié)相比較，如果相同即判定數(shù)據(jù)傳輸正確。

圖4-5 火災報警短信

在連接好電路后，向DHT11哈氣，觀察液晶屏上濕度值是否增加，以此來判斷DHT11是否能實現(xiàn)對濕度信息采集的功能。同時把電烙鐵加熱，等達到一定的溫度后，放置在DHT11的旁邊，從液晶屏中觀察溫度值的變化，同時但溫度升高到45°時，觀察單片機是否會通過GSM給指定手機發(fā)送短信。

圖4-6 系統(tǒng)總體圖

5 總結與展望5.1總結

本文設計了基于單片機的智能家居報警系統(tǒng)，通過近段時間的努力研究，主要完成以下內(nèi)容：

通過分析家居生活中可能遇到的安全隱患，選擇了其中的兩個（防盜、防火災）進行報警設計；
通過分析把整個系統(tǒng)分為若干個模塊；
分別對每個模塊進行了分析和設計（軟硬件設計）；
使用Altium Designer Summer09繪制了系統(tǒng)原理圖；
焊接、調(diào)試實物模型。

5.2展望

中國經(jīng)濟經(jīng)過30 年的高速發(fā)展，居民的生活水平和消費能力有了很大提高，新需求的增長以及信息化對人們傳統(tǒng)生活的改變，讓許多人尤其是先富起來的一部分人，對智能家居的需求日益強烈。由此，智能化小區(qū)建設近年來也是如火如荼，“智能家居”更是被炒得炙手可熱。智能家居要走進尋常百姓家中是指日可待的發(fā)展趨勢。中國是一個具有巨大的消費潛力的市場，國內(nèi)的智能控制理念推廣不夠，是由于這是一個新興行業(yè)，不同于普通消費品市場的建設，消費觀念的形成還需要時間，現(xiàn)在只是在部分高端市場得到應用，并且主要是被國外品牌所占據(jù)，為此我們通過與國外公司的合作學習先進的企業(yè)管理和品質控制理念，相信未來國內(nèi)智能化產(chǎn)品市場一定會擁有美好的前景，智能化也將成為人們?nèi)粘Ｉ畹幕緲藴省?/div>

然而對于家居生活中存在的安全隱患，本設計并沒有做到十分全面，例如：關于甲醛等有害氣體檢測、管道泄漏情況檢測、電路安全狀況的監(jiān)測等，都沒有涉及，因此本系統(tǒng)還有很大的擴展空間。隨著信息時代來臨，智能監(jiān)控進入高速發(fā)展時期，智能防盜報警系統(tǒng)作為智能化系統(tǒng)中的子系統(tǒng)之一，同樣承載著智能監(jiān)控所面臨的挑戰(zhàn)與機遇。針對居住的環(huán)境不同，用戶對于防盜報警系統(tǒng)的要求也不是一成不變的。因而智能防盜報警系統(tǒng)的設計中要考慮這些因素。既要易于使用，又要易于安裝和維護，還要有利于擴張和升級，還要考慮與其他系統(tǒng)的集成和信息共享，還要關注計算機、通信技術的發(fā)展對系統(tǒng)帶來的影響。

目前，智能家居“錢”途無量，但目前國內(nèi)仍處于向國外企業(yè)學習階段。這里的學習并非統(tǒng)統(tǒng)照搬，而是根據(jù)我們國家的環(huán)境、政策，學習國外的成功經(jīng)驗，借“機”生蛋，增加國內(nèi)企業(yè)成功的“籌碼”，使得國內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展的風生水起。

因此智能報警系統(tǒng)可作為智能家居的一部分進行擴展，本設計只是做了單方面的報警，如果繼續(xù)拓展的話，可通過GSM對家中的一些電器進行雙向的控制。例如：在烈日炎炎的夏日，當主人準備回家時可查看家中溫度，如果超過了主人需求的溫度，則可通過手機直接和家中安裝的GSM模塊實現(xiàn)遠程無線連接，進一步可控制空調(diào)的開放和關閉來實現(xiàn)對家中溫度的調(diào)節(jié)，這樣當主人到家時立刻就能享受到家中的溫馨清涼。

基于單片機的智能家居報警系統(tǒng)是智能家居中的一部分，為智能家居正常工作提供有力的保障，但如果融入智能家居設計中，本設計會得到進一步的完善、更廣泛的應用，實現(xiàn)更可觀的價值。

附錄二程序

主程序（在壓縮包里面下載）

所有資料下載地址（含完整文檔+程序+ppt文件）:
http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-85476-1.html

ID:291647 · 發(fā)表于 2018-3-15 13:51

有沒有電路原路圖和PCB圖呢？

ID:454284 · 發(fā)表于 2018-12-26 16:43

感謝樓主分享

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基于GSM的遠程家庭智能報警系統(tǒng)設計資料