1、基于单片机的家庭防盗报警系统摘 要随着社会的发展，人们生活水平的不断提高和家居用品的高档化，家庭安全隐患也随之增加，所以人们便进一步提高了对家庭的保护意识。因此，这就不得不促使安全防盗报警系统的普及与推广。然而传统的防盗措施难以实现人们的需求，所以本设计根据要求设计了一款基于GSM网络的家庭防盗系统。设计以STC89C52单片机为核心，采用红外传感器作为前端探测器，通过GSM移动网络，将报警信息直接发送给用户，使用户能够及时作出相应的措施减少甚至防止受到损失。随着无线通讯网络在世界范围内的发展，本设计采用的GSM模块充分体现了它的存在价值，比只采用声光报警系统更具有实用性和智能化，拥有较好的应
2、用前景。本文详细介绍了防盗报警器的设计过程，对主要硬件电路和软件功能的实现做了深入的研究分析。本设计所实现的安防功能具有性价比高、隐蔽性强、能耗低、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。关 键 词 :防盗报警；智能家居；GSM网络；短信息 ABSTRACTWith the development of society, peoples living standards continue to improve and the high-end home appliances, family security risks also increase, so people will further enha
3、nce the awareness of the protection of the family. Therefore, this will have to promote the popularization and promotion of security alarm system.However, the traditional security measures are difficult to achieve the needs of people, so the design according to the requirements of the design of a ne
4、twork based on the GSM home security system. Design with STC89C52 microcontroller as the core, using infrared sensor as the detector front-end, through the GSM mobile network alarm information is sent directly to the user, the user can timely make corresponding measures to reduce or even prevent dam
5、age.With the development of wireless communication networks in the world, this design uses the GSM module fully embodies the its existence value, the sound and light alarm system is more practical and intelligent, has good application prospects. This paper introduces the design process of anti-theft
6、 alarm, the main hardware circuit and software functions to do a deep research and analysis. The security function of this design has the advantages of high cost performance, strong concealment, low energy consumption, high sensitivity, strong anti-interference ability and so on.Key words: Burglar a
7、larm; smart home; GSM network; short message第一章绪论1.1引言GSM移动通讯模块上面各个模块，如芯片，存储器等在一块线路板上，有独立的操基带处理、提供标准接口、GSM射频处理等功能。所以，GSM移动通讯模块具有基于GSM网络进行通信的所有基本功能，最重要的还有独立的操作系统，例如：可以发送短信、语音通话、GPRS数据传输等。就上述而言，如果GSM模块加上了键盘、显示屏和电池的话，其功能就相当于一部手机的功能。目前，不仅在工业领域中广泛地应用GSM模块，而且在其他许多行业中都能看到GSM模块应用的产品。比如说：在车辆上装有监控系统，想要将车辆行驶的G
8、PS数据传输到车辆管理中心，就可以利用GSM模块来实现；在居民用电用水检测系统中，通过使用GSM模块，就可以实现远程智能抄表，可以实时地将用户的用电和用水量反馈到户主那里；在测绘领域，可以在测绘点尤其是在很偏僻或者环境恶劣的测绘点安装GSM模块实，这样便可以实现实时监控测绘点数据，因而不需要人工来收集数据；在家居安全防范中，可以安装基于GSM模块的远程无线报警系统，一旦家中发生了火灾、煤气泄漏或者盗贼闯入等情况，可以通过无线网络立即通知户主和报警。其作用不止如此，在其他一些国家，为行为能力偏弱的老人和小孩佩戴带个人跟踪器，这样可以在一定程度上防止老人和小孩走失或者以外的发生，也在防止儿童被拐卖
9、上起到一定作用，这些追踪器中也是包含了GSM模块。可以说，随着无线通讯网络建设的完善，GSM模块的应用领域将会越来越广。由此可见，GSM系统是基于无线移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最为广泛的一种系统。目前，我国人们所用的移动通信网的主要形式就是GSM系统，并且在全国基本上已经覆盖了GSM数字蜂窝移动通信网。这个庞大的通讯网可以提供语音通话、收发信息、数据传输等多种业务和功能。基于GSM通讯功能可以做成各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通讯系统，这个数据通讯系统在远程监控、个人通讯终端、定位导航等领域发挥了极其重要的作用。因为无线通讯网络在全球范围内实现了联网和漫游，建立公众GSM网络也
10、就不需再建设专用的通讯网络，所以这有力地推动了实时传输数据功能的短信息应用在全球的迅速发展和人们的青睐。伴随着信息技术飞速发展，科技技术也在日新月异的进步，人们对安全防范的要求也越来越高，这就不得不促使着安全防范系数需要进一步地提升。当今社会再也不能仅仅依靠以前的简单的、局部的报警器了，而是要向智能、集成的安全防范系统方向看齐。目前，市场上的报警器形形色色，种类很多，像以太网、集群系统还有固话拨号等等，虽然它们都能达到防盗报警的功能，但是其所暴露的缺点也很明显，因此人们也逐渐不能接受这些报警器所带来的不利和缺陷。它们各自的缺点如下：（1）固话拨号，电话线易被切断或故意占线。这样一来，报警系统或
11、是失去信号或是被占用网络都会使其不能够发挥报警通讯的作用，这样就使固定电话拨号在关键时刻失灵。（2）与固定电话拨号所呈现的缺点类似，而且以太网造价高，不易在公众中普及推广。（3）集群系统的缺点更加明显，首先其功耗很大，浪费能源；其次，刚开始建设成本很高，在以后的一长段时间内都要对其经常维护，而且维护费用不菲，而且频点要自费。通过上面几种报警方式的描述与对比，不难发现各自的优点和缺点，为了更廉价，更优质、也更方便的实现家庭防盗报警。本次设计的基于GSM的家庭防盗报警系统不像固定电话拨号或者以太网那样依赖电缆线来执行报警，也不用集群系统那样繁冗而庞大的系统，而是依靠GSM网络，直接在事主手机上就能
12、收到报警信息，这种方式对比而言，更直观，更有效。本次设计不仅没有上述出现的各种问题和弊端，还可以达到实时监控的功能，这对于防盗报警的功能来说是一大进步，对用户来说也是非常实用的。它采用红热释传感器进行检测，取代了传统防盗网防盗窗，将有形化为无形，这样不至于在火灾、地震等灾难时阻挡了生命的绿色通道。该系统的功能还不仅如此，此设计还可以作为火灾、烟雾等报警器的母版，只要配备相应的传感器和相应的系统程序就可以了，这样就进一步提升了该系统的实用性和功能的强大性。1.2选题背景与意义随着经济的不断发展，人们生活水平的不断提升，特别是物质水平的不断提高，人们家中的高档电子产品及有价值的物品越来越多，因此人
13、们越来越注重自身的安全和财产安全，为了保护自身和家庭财产，人们会通过各种办法尤其是购买报警产品来挺高家庭的安全系数，所以家庭安全的防范已然成为一种市场需求；同时伴随着城市人口流动的急剧增加，也提高了家庭安全防范的难度。然而，目前仍有很多人依赖于传统的机械式安全防范系统，比如安装防盗网，防盗窗等等。纵然这些传统安防措施能够起到一定的安防作用，但是随之而产生的各种弊端也相应而生，给他人、环境和公共安全等带来了诸多困扰。例如：安装价格挺高，影响城市环境尤其是给高层建筑安装防盗窗更显凌乱不堪，发生火灾地震的时候不易逃生、而且与之临近的楼层如果没有安装这些防盗措施的话会更容易招致盗窃的可能等。因此，传统
14、的安防系统因为拥有上述逐项弊端，已经越来越不适应时代的发展需求。在这种情况下更需要新一代的安防系统，随着科学技术的迅猛发展和越来越广泛的应用，家居智能化也正走向每一个家庭，科学技术推动者家庭安全防范系统一步步向着从本地向远程监控发展，从周边防范向内部防控靠拢，在人们对美好生活的追求中，家庭防盗报警系统迅速崛起。然而以闭路电视为首的高端防盗系统虽然能够非常有效的进行防盗，但是因其安装成本过高而不同普遍应用于普通家庭安全防盗中。在市场上还可以看到很多其他类型的防盗传感器，有压力触发式、开关电子式、遮光触发式等原理制作成的报警器，虽然这些传感器得到了部分用户的认同，但它们的缺点也让更多的用户望而却步
15、：（1）压力触发式：该报警器的工作原理是当有人因走动触发压力传感器时，报警系统会工作，这就很容易因主人的走动而被震动传感器检测到，从而导致误报的发生，或者因为主机停机而带来失报的可能，这样一来，安防系统的可靠性能会大大降低。（2）开关式电子防盗报警器的缺点也很明显，因为其多数只有一个定点的缘故，只有在定点那极小的范围内很有效，一但超过那个小范围就很容易出现失报现象，另外，其开关的容易损坏也会增加失报率。（3）遮光触发式：此类报警器较之两者者而言，性能稍好，但是如果放置位置不够好的话，也很容易引起误报，例如阳光和其他物体的干扰在所难免，这样就会很容易引起系统的误报，所以这种报警器的工作性能也不是
16、很可靠。这样一来，就迫切需要一款既经济又有效的安全防盗系统，那便是基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统。1.3研究现状1）在我国，智能小区中实现安全管理的重中之重就是家庭安全防范报警系统，智能小区的防范系统可以有多重形式，其中像防火防盗报警、家庭煤气泄漏报警等，这些报警装置可以在接收到各自检测到的信号之后，通过信号处理，利用无线网络将报警信息传送到相关人员的手机上，这样便可以及时了解灾情信息，然后针对各种灾情做出相应的挽救及处理措施。另外还需要配备一定数量的摄像监控装置，这也是我国建设部规定的，因为这可以再整体上系统地保护人们和财产的安全，也对不法分子起到一定的震慑作用。随着人们对安全防范
17、要求的进一步提高，因此这方面的技术也在不停地发展，尤其是建立在GSM无线移动网络下的远程报警方面的发展尤为迅速。像被动红外、超声波和微波三种不同的探测技术是探测器的发展主要表现方向，随之而产生的各种不同类型的探测器也不断展现在世人面前。复合式探测器，可以说是在这方面最有前途的。发展前景最好是将检测器进行组合，组合后的探测效果将会远远提高报警系统的工作性能，同时降低报警系统存在的失报和误报率。复合式探测器可以两个探测器组合，也可以三个及以上探测器进行组合，当然后者报警效果更好，也更为复杂。复合式探测器可以有很多种，但是常见的主要是将超声波或微波探测器与红外探测器进行组合。伴随着网络的发展和普及，
18、报警系统也逐渐向着远程报警的方向飞速发展，报警方式也在潜移默化的发生着，从有线到无线再到联防网络的报警模式已经成为势不可挡的趋势，这也促使着相关产品的换代更新、丰富多彩。2）按照规模，报警系统有小/中/大三种规模。根据市场需求和小规模报警产品所呈现的简易价廉等优点，小规模防盗报警受到多数用户的认可，其产品也很容易就能购买到。小规模报警系统主要适合于家庭或是要求不高的地方，例如无线式系统就很有吸引力。中规模防盗报警系统，在结构和功能上较之小规模系统更为成熟优越，目前市场上已经出现的中规模报警系统主要有闭路电视监控系统。中规模报警系统存在的问题是系统性能比真正的报警系统差，缺少人机界面和管理等功能
19、，但是相对大规模系统而言，其价格方面较低，能得到众多用户的认可，不少此类产品已经出现在市场上了。对于大规模防盗报警系统来说，它能实现的功能非常强大，微机系统非常完善，监控软件也很丰富，能够满足人们对智能化所需要的绝大多数需求，该系统能够充分发挥微机的作用，它可监控数或控制的分机多达十几个甚至上百个，其性能也比较好。尤其是国外在这方面研究得较早也做得很出色，做得比较好的是美国C&K 公司，相比之下，国内在这方面稍显不足。不过随着国内科技的飞速发展，借鉴国外优秀产品研发的经验，一定可以创造出优秀的防盗产品。3）目前，国外品牌的防盗报警系统在我国市场上占据主导地位，国外的好多产品是国内产品无法企及的
20、，客观原因主要是国内起步时间比较滞后，从2000年开始，国内一些研发生产厂商开始长足发展，防盗产品的生产厂商的迅速发展极大地促进了安防报警系统的发展。但是相比之下，国外的一些厂商做得还是非常出色的，比如美国棋诺亚公司，在世界上排名第一，是北美最大的国际安防公司，它的发展时间很早，差不多从上世纪就开始了对防盗报警系统的研究，其当时业务和水平很低， 70年代初，为了更好地适应社会的发展，该公司在很大程度上调整了产业的整体发展方向，引用网管技术，建立网管中心、开发集成技术，其规模开始愈发壮大，技术水平飞速进步，联网服务平台水平已在世界上遥遥领先，这些都是值得我国效仿和追赶的。另外，大部分工程安装防盗
21、报警产品因为其需求品质较高，而像美、日、韩等国家的一些品牌品质能够达到要求，其产品性能完善，工作运行稳定，技术成熟，所以大都倾向于国外品牌。1.4本文结构第一章绪论分别讲解了系统的开发背景，国内外研究的现状，又介绍了本文主要研究内容与结构。第二章系统总体框架，首先对GSM家庭报警系统的设计要求做了阐述，其次根据要求，提出了本课程设计要达到的目标，最后给出了总的设计方案，并阐明了设计系统的工作流程。第三章系统硬件设计，分别对单片机最小系统，GSM模块，主动式红外线检测模块，MQ-5可燃气泄漏检测模块，声光报警模块做了详细的介绍，包括其主要功能芯片的讲解，硬件电路图及工作原理。第四章系统软件介绍，
22、对GSM短信模块，TLC1543模数转换，外部中断及整机的软件流程图的分析。第五章主要描述了系统的实现和调试，并对PCB的制作进行了讲述。第六章中对本文进行了总结，并对将来的系统进行了展望。第二章 系统总体方案设计2.1基于GSM家庭防盗报警系统设计方案2.1.1.设计要求（1）能够对不法分子入室盗窃的行为进行检测报警，并具要求报警装置具有一定的隐蔽性。（2）系统检测到非法入室人员可以进行声光报警，同时能够将信息以短消息的形式发送到事主的手机上，以便事主及时处理。（3）用户能够自由地控制系统的开、关机。（4）尽量采用合适且性价比高的元器件，节省制作成本并使设计电路尽量简单。2.1.2 系统功能
23、描述基于GSM短信的家庭防盗报警系统组成如图2-1所示。该系统主要由几个模块组成，这些模块主要是前端探测器、单片机、GSM模块还有用户终端。最小系统处理器采的是STC89C52单片机，由单片机最小控制各个模块进行相应的工作，整个系统由软件来控制驱动。整个系统实现的功能是：当家庭人员外出的时候，报警器处在布防状态，探测器持续检测是否有人体红外线；因为没有检测到人体红外线，因此锁相环输出低电平，报警只是处于监控状态；当有人闯入时，处在监测点上的红外线传感器将会检测到人体发出的红外线，传感器模块会将检测到的信号转换成电信号，这个电信号经过放大后经相应的引脚传送到单片机中。系统软件会识别传送进来的电信
24、号，然后经过判断之后，若确定为报警信号后就将进行下一步决策。单片机通过引脚发出控制信号，这些信号经放大后控制相应的报警模块进行报警，就是声光报警和短信报警。短信的具体内容是在 软件中事先设定好的报警内容，从而实现安全防盗实时报警的功能。本系统带有复位和解除报警按键，通过按下这两个按键都可以消除报警，不同的是按下复位键之后系统是重新进入布防状态，等待下一次触发报警；而按下撤防键后系统不会进入布防状态，即使有人也不会触发报警系统。另外报警时间可以自己来设定。图2-1 基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统2.1.3 系统方案的对比与选择方案一：基于8031单片机的防盗报警系统该系统由单片机最小系统、
25、 检测装置、寄存器、报警模块、数码管等部分组成，其中8031/74LS373、EPROM2764组成了8031单片机最小系统。8031单片机的P1 ：P1.0P1.7口可以将报警信号输入P1口的8位开关，每一个I/O口对应一个报警位置。经过处理后的报警信号会变成电信号，这个电信号经过与P3.5连同的同相放大器放大之后用来驱动蜂鸣器发出报警声音。8031的串行口用来连接移位寄存器以便连接数码管，并控制数码管的显示功能。该系统的功能是通过8路报警位置的检测，判断是否接受到报警信号，如果有一路存在报警信息，就会通过对应的I/O口将信息传送到单片机中去，在通过单片机控制相应的声光报警模块和数码管显示的
26、功能。报警系统采用8031单片机作为最小控制系统，其优点有很多，但是缺点也比较明显。相比较以往所用的逻辑电路控制系统，8031单片机最小系统在功能的优越性上和系统的灵活程度上都有很大的优势。但是随着时代的不断发展与科技的进步，目前所使用的安全防盗监控系统也要紧跟时代的步伐，因为传统的防盗报警器存在很多缺点。例如用来采集信号的传感器想要工作的话就要为其单独布线，这样就降低了系统的隐蔽性。另外，各种模块都集成在一个板子上，这样不仅限制了报警信号采集覆盖面，而且各个模块之间还可能会有干扰，降低了系统的可靠性，同时因为没有远程监控系统的功能，这样即使报警系统已经工作了，事主也无法及时了解家中的情况，这
27、样一来，所谓的防盗报警系统也就形同虚设。方案二：基于GSM网络的家庭防盗报警系统设计STC89C52单片机为该家庭防盗报警系统核心，相当于控制中枢系统的模块组成有STC89C52单片机最小系统、声光报警、GSM无线通信模块、红热释传感器数据信息采集四大部分组成。当有不法分子入室的时候，系统通过红热释传感器采集人体红外线，再将采集到的信息传送给单片机，经过单片机的处理后，单片机会通过控制发光二极管和蜂鸣器，令它们发出声光报警信息，与此同时GSM无线通信模块会给相关人员发送报警短信，以此来及时的通知事主家中报警信息，这样事主便能根据报警信息及时作出相应措施。如今，随着移动通信网络的普及，已经在全世
28、界范围内迅速发展，可以连接到世界上绝大多数地方。因此，GSM的短信息系统已经拥有广泛的用户，不仅因为其快捷方便,而且价格比较便宜。本设计就是因为GSM网络所呈现出的优点而选定其作为报警系统的载体，来实现远程家庭防盗报警系统。通过GSM网络，将事主的手机作为终端来接收报警短信，这样即使事主不在家或者不能及时赶回也能对家中发生非法入侵情况了如指掌。另外，本设计还有很多比方案一更多的优点，例如装置的隐蔽性好、检测范围广、可远程监控等，经过对比分析这两种方案，最终选择方案二作为本次设计的选择。2.2系统总体框图根据设计任务的要求来分析，系统的总体框图如图2-2所示：图2-2系统总体框图2.2.1 系统
29、各部分组成本次家庭防盗报警系统包括硬件和软件设计两个部分。根据系统整体框图，可以清楚明了地看出该系统的硬件部分主要有：传感器模块、单片机模块、GSM模块、声光报警模块及相关电路，另外还有输入/输出设备、以及外围应用电路等。对于此设计的核心来说，单片机就是整个防盗报警系统最主要的部分，相当于控制中枢，通过单片机才能对收集来的信息进行判断，然后进行处理，进而去控制其他各模块的工作，所以此次设计的家庭防盗报警系统也就相当于单片机在应用中的一种体现。单片机软件系统包含了各个工作程序，是由各个子程序和主程序组合而成，用来实现整个报警系统的运行工作。2.3 本章小结本章通过介绍毕业设计的设计要求和目的，让
30、我们大体了解了研究的方向。另外，也对系统整体功能进行了介绍与描述，通过系统总体框图可以直观的看出各模块之间的联系与相互作用。通过比较8031单片机和STC89C52单片机的优缺点，明确指出了系统选中STC89C52单片机的优越性和必要性。大体介绍了系统的软件和硬件的组成，明确了单片机应用系统的研制过程等。 第三章 基于STC89C52单片机系统硬件电路设计3.1系统硬件组成根据设计任务书要求及系统设计功能要求，确定本次毕业设计系统由5大模块组成1、核心控制单元STC89C52单片机最小系统模块;2、红外传感器信息采集模块3、声光报警模块4、GSM无线通信模块5、电源供电模块3.2各部分器件的选
31、型3.2.1蜂鸣器方案选择方案一：压电式蜂鸣器（1）压电式蜂鸣器在早期应用非常广泛，其主要材料是由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，然后需要对其进行极化和老化处理，处理之后再用黄铜片或者不锈钢片粘在一起。多谐振荡器、阻抗匹配器是压电式蜂鸣器的主要组成部分，另外还有压电蜂鸣片和共鸣壳等部分，有些特殊的压电式蜂鸣器会在外壳上装发光二极管来显示蜂鸣器的工作状态。（2）压电式蜂鸣器的工作原理：当接通电源后，电路中产生电流，驱动多谐振荡器起振，然后阻抗匹配器就会推动蜂鸣片使之与共鸣壳产生共鸣而发出声音。方案二：电磁式蜂鸣器（1）电磁式蜂鸣器的结构与压电式蜂鸣器大不相同，它主要
32、是由振荡器、电磁线圈、振动膜片、磁铁以及外壳组成。（2）电磁式蜂鸣器的工作原理为：接通电源后，电磁线圈有电流通过，电磁线圈就会产生磁场，振荡器会产生的音频信号。振动膜片因为在电磁线圈和磁铁的同时作用下而产生周期性的振动，从而发出声音。经过上述对比分析，方案二优于方案一，且更易于理解和掌握其原理，所以选择用电磁式蜂鸣器作为声音报警装置。但是想要驱动电磁式蜂鸣器工作，必须使得电流达到一定值，而单片机所输出的电平太小，所以需要一个同向放大电路来实现对电流的放大作用，通过查阅相关资料，最终选择三极管C8550，通过它来实现放大电流用于驱动蜂鸣器工作。3.2.2传感器的选择 传感器通常由敏感元件和转换元件组成，并把检测到的被测量通过转换元件按照一定的规律转换成所需要信号，我们把能实现这类功能的器件或装置称为传感器。传感器是能够感受到被测量的一种装置，并将检测感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出、传送给单片机，由单片机进行下一步的判断、处理、控制功能。传感器检测环节是整个系统信息的来源，是实现自动控制的前提。为实现防盗报警系统的功能，本次设计采用被动式红外探测器。被动红外探测器主要是探测和接收外界
