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四川师范大学成都学院物联网实训设计报告1前言以智能中控主机为核心，采用国际领先的室内无线组网技术，实现门禁、空调、地暖、灯光、热水器、家庭影院、窗帘、各类报警器等家庭电子设备与控制主机之间的通讯组网，用户可以通过手机、座机、遥控面板以及互联网通信终端等方式，一键搞定所有家电设备，随时了解家中的实时信息，远程完成对家里各项设备的控制。只要手指轻轻一触，家里所有电器都可以通过用手机平板电脑或者遥控面板一键操控，轻松对家居中的灯光、电视、空调、窗帘、摄像头等进行实时查看与控制，让你提前享受未来生活，一切变化尽在你的指尖！四川师范大学成都学院物联网实训设计报告21.总体设计方案1.1基于GSM安全系统简介GSM安全系统是基于移动通信网络的监控报警技术，彻底解决了普通防盗器、监控器无法解决的远程报警和易于破解的难题。利用通信加密技术，让用户的家居安全无忧，是继单向防盗器、双向防盗器后的新一代防盗产品。GSM智能防盗器，是利用最新材料技术、最新信息技术、最新人工智能设计让防盗器具备智慧灵魂，使人与财产的安全保障突破时空限制。在性能上必须要在各种情况条件下的高可靠性，在功能上必须既要让用户有不可破解的最高安全等级，又要让用户操作方便，甚至系统为用户自动服务。GSM网络智能防盗器符合全能的防盗技术特点：及时通知：全球范围最高安全：杜绝解码操作方便：手动自动实用功能：防盗防火GSM防盗被喻为继第一代机械锁，第二代电子式防盗锁，第三代芯片式数码防盗器，第四代GPS防盗之后的第五代防盗器。本系统充分运用GSM移动通讯网络，结合数字通讯技术，实现对家居进行状态监控、调度、防盗报警、防火报警等功能。GSM网络防盗主要是突破了无距离的限制。无服务费、无月租、房屋遇到入侵，5秒钟通知到户主，户主可以第一时间制止盗窃行为的发生，防止火灾蔓延。1.2基于GSM安全系统现状与发展趋势城市规模迅速扩大，外来人口大量涌入，使本来就复杂的城市管理更加复杂。家庭被盗，住户被抢，常有发生。对此，公安部门虽作了大量投入，仍不尽人意。其原因大体是：（1）有的家庭被盗，损失数目极少，公安部门没有用常规的方法立案侦察。（2）有的住户虽然损失严重，但法律意识浅薄，不能将当时的情况和线索作一个明确的表述，自然增加了破案难度。（3）作案人诡计多端，狡猾、飘忽不定，没有固定的着落和去处。（4）公安部门时时有很多大案要案要办，使破案周期变长，破案率下降。四川师范大学成都学院物联网实训设计报告3综上所述，GSM家庭防盗系统是一个尖端科技的安防产品，性能可靠操作简单，具有深远的发展意义。四川师范大学成都学院物联网实训设计报告42.设计正文随着生活水平的提高，提别是物质生活水平的不断提高，人们对自己的个人安全和家庭财产安全越来越重视，安全已成为一种市场需求；同时经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给家庭防控增加了新的难题和提出了新的课题，传统的人防物防的形式已难以适应社会形式发展的需求。科学技术的进步和普遍应用，进一步同动了智能化家庭的建设步伐，家庭安全技术防范系统已经从本地向远程监控发展，从社会的周边防范向家庭内部防控逐渐靠拢，家庭防盗报警系统在人们对美好生活的追求中迅速崛起。一个完善的职能家庭，具有便捷、安全、舒适、高档的生活环境，确保每一个家庭住户的声明财产安全，是建设本系统的最大意义和根本目的。GSM模块将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。因此，GSM模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。简单来讲，GSM模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部手机。目前，GSM模块依然在广泛的工业应用领域使用，在更行各业都能看到GSM模块应用的产品。例如，在车载监控领域，使用GSM模块将车辆行驶的GPS数据传输到车辆管理中心；在电力、水务系统，通过GSM模块实现了远程智能抄表，可以实时监控用户的用电和用水量；在测绘行业，为很多偏僻的测绘点安装了GSM模块实现了实时的监控，不必再人工收集数据；在家庭，可以安装无线报警系统，一旦发生火情或盗窃行为，可以立即通知户主和报警；在国外，很多老人小孩带了个人跟踪器，防止老人和小孩走失或意外发生，里面也是集成了GSM模块。可以说，随着GSM的网络建设的完善，GSM模块的应用范围也越来越广。通过手机终端接收报警短信，并且可以发送命令短信异地遥控系统实现各种操作。利用各种传感器对可能出现的煤气泄露、火灾、家中门窗被打开并有人闯入等意外情况进行，并通过短信发送特定报警信息于预先设定好的手机号码，通知事主做出相应措施。通过GSM网络，即使远在千里之外也能对家中发生的各种突发意外情况了如指掌，使生活更安全更智能。2.1基于GSM的安全系统简介四川师范大学成都学院物联网实训设计报告5GSM安全系统是基于移动通信网络的监控报警技术，彻底解决了普通防盗器、监控器无法解决的远程报警和易于破解的难题。利用通信加密技术，让用户的家居安全无忧，是继单向防盗器、双向防盗器后的新一代防盗产品。GSM智能防盗器，是利用最新材料技术、最新信息技术、最新人工智能设计让防盗器具备智慧灵魂，使人与财产的安全保障突破时空限制。在性能上必须要在各种情况条件下的高可靠性，在功能上必须既要让用户有不可破解的最高安全等级，又要让用户操作方便，甚至系统为用户自动服务，系统设计如图1图1系统设计图2.1单片机控制模块单片机控制模块主要采用STC89C52单片机作为主控制芯片。STC89C52作为普通51单片机已广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其引脚图如图2所示。四川师范大学成都学院物联网实训设计报告6图2STC89C52引脚图2.2传感器模块传感器模块主要由红外传感式集发射接收于一体的ITR9909。这是一种光电开关。光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。2.3GSM模块GSM模块主要采用SIEMENS公司的TC35模块，通过串口接入电路与单片机控制模块相连，主要负责实现远距离报警的功能。采用GSM的短信功能，可以使某些控制达到“零距离”。由于短信息的费用低廉，可以取代传统的无线遥控。因此本系统采用单片机控制GSM模块发送GSM短信，实现远距离报警的功能。TC35模块是SIEMENS公司为嵌入式设备设计的GSM双频通讯核心模块，TC35T内含TC35/SIM卡座/电源/天线/RS232接口，是可独立使用的通讯终端。TC35支持标准的AT命令集，通过AT指令可实现发送短信功能。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模四川师范大学成都学院物联网实训设计报告7式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4K、4.8K、9.6K的非透明模式。TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。设置以下AT指令，GSM模块可以发送短消息：AT+CMGF=1回车(采用文本格式发送，如用PDU格式，则AT+CMGF=0)AT+CMGS=“+8613xxxxxxxxx”回车输入短消息。Crtl+Z结束并发送。2.4存储器模块为了实现对密码的存储，防止不法分子切断电源造成密码丢失，本系统采用了AT24C02存储器对密码进行存储。AT24C02是一个2K位串行CMOSE2PROM，内部含有256个8位字节。内部有一个16字节页写缓冲器，该器件通过I2C总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。AT24C02支持I2C总线数据传送协议。I2C总线协议规定，任何将数据传送到总线的器件为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式。AT24C02通过8个引脚实现数据的存储功能，其引脚图如下图3所示。图3AT24C02引脚图2.5液晶键盘模块液晶键盘模块主要由4*4矩阵键盘和LCD1602液晶显示器组成。4*4矩阵键盘主要提供用户操作输入功能，是实现人机通信的主要控制部分；LCD1602液晶显示器主要负责四川师范大学成都学院物联网实训设计报告8显示系统信息，协助用户操作系统。下面分别简单介绍矩阵键盘和LCD1602液晶显示器的性能和工作原理。2.5.1LCD1602液晶显示器LCD1602是一种字符型液晶显示模块，是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式的LCD。该液晶显示器使用方便，功耗小，因此本系统采用LCD1602作为系统的显示部分。LCD1602包括4种工作状态，通过MCU设置RS、RW和E值，可使液晶工作在不同的状态。读状态：输入：RS＝0，RW＝1，E＝1输出：D0～D7＝状态字写指令：输入：RS＝0，RW＝0，D0…D7=指令码，E＝高脉冲输出：无读数据：输入：RS＝1，RW＝1，E＝1输出：D0～D7=数据写数据：输入：RS＝0，RW＝1，E＝1输出：无2.5.24*4矩阵键盘在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，从而节省I/O资源，因此在本设计中采用4*4矩阵键盘。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。四川师范大学成都学院物联网实训设计报告93.硬件设计3.1系统硬件电路设计系统硬件电路主要由单片机控制模块电路、报警模块电路、GSM模块电路、存储器模块电路、液晶键盘模块电路和传感器模块电路组成。系统硬件电路如图4所示。图4系统电路图3.2单片机控制模块电路设计单片机电路主要包括晶振电路、复位电路、P0口的上拉电阻等组成，电路如图7所示。接口P3为单片机P0引脚的上拉电阻，接口P2为矩阵键盘的接入口。在晶振电路中，晶振频率选为11.0592MHz，原因是使初值为整数，从而产生精确的波特率，如图5四川师范大学成都学院物联网实训设计报告10图5单片机控制模块电路图3.3传感器模块电路设计在本设计中，为了提高传感器的精确度和方便性，传感器都通过引线连接到相应的接口上，而非直接焊接到电路板上。由于传感器的信号为弱电平信号，容易造成单片机的误操作。为保证系统具有较高的灵敏度，故加入由LM324组成的放大