1、常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别 ： 电 子 与 电 气 工 程 学 院专 业 ： 电 子 信 息 工 程 技 术 班 号 ： 电 子 081 班 设 计 （ 论 文 ） 题 目 ： 基 于 单 片 机 与 GSM 通信家用安防系统的设计 设 计 地 点 ： 常 州 信 息 职 业 技 术 学 院2毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书专业 电子信息工程技术 班级 电子 081 班 姓名 一、课题名称： 基于单片机与 GSM 通信家用安防系统的设计 二、主要技术指标：1. 火灾或温度超标时短信报警；2. 3 米内有人闯入短信报警；3. 系统可靠工作温度：-10 80。三、
2、工作内容和要求：1. 理解并确认毕业设计任务书；2. 撰写完成毕业设计开题报告并经指导老师审核通过；3. 加深单片机原理及接口技术的学习，并了解掌握 GSM 短信模块的原理及应用；4. 从网上或图书馆学习单片机系统设计方法与传感器的应用；5. 确定并完成方案论证；6. 根据论证的可行性确定并绘制系统的原理框图；7. 选用合适的零部件并编写元器件明细表；8. 设计绘制原理图并用 Proteus 仿真；9. 设计 PCB；10. 编写电路相关模块功能及电路工作原理说明；11. 撰写毕业设计报告并整理装订。四、主要参考文献：1 红外探测器的性能与安装 http:/ 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北
3、京：清华大学出版社， 19983 吴戈，李玉峰.案例学单片机 C 语言开发.河北：人民邮电出版社，20084 边春元.C51 单片机典型模块设计与应用.河北：人民邮电出版社，2008 学 生（签名） 年 月 日指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目基于单片机与 GSM 通信家用安防系统的设计一、选题的背景和意义：古人就有云：防人之心不可无。在 21 世纪的今天，人们生活质量大大提高，物质生活日渐丰富，个人财产问题也就逐渐受到更多人的重视，于是各种安
4、防系统也就有了市场。本次基于单片机与 GSM 通信家用安防系统设计正是符合了市场的需求。系统模块化使得系统本生工作可靠，使用简单，安装方便。有了它，人们可以安心的外出旅游而不用时刻挂念家里是不是有“不速之客”而影响旅游的心情，它将会准确地向您汇报家里的情况，此时您可及时的向警方报警，将“客人”绳之以法。在无人看守的岗位、人们不便于看守的岗位都可以广泛的使用，实现无人看守。本设计顺应了市场的需求与人们的需要，相信在以后的生活当中会有更大的市场。二、课题研究的主要内容：1. 利用红外探测，有人闯入特定区域时，实现短信报警功能；2. GSM 短信模块、红外探测与温度传感器的原理与应用；3. 单片机原
5、理及接口技术；4. 完成方案论证；5. 设计原理图并使用 Proteus 软件进行仿真； 6. 利用 EDA 软件画出整体原理图与 PCB。4三、主要研究（设计）方法论述：做好调研，分析借鉴已有的类似产品、设计方案与成功经验，分析对比几种可行方案，综合各方案的利弊为己所用，择优进行深入分析与研究，确定出系统框架、控制方式、电路形式等，同时学习掌握模拟电路与数字电路设计方法与原则，理解相关模块工作原理，根据实际情况对方案进行改进与完善通过 Multisim 软件对系统进行模拟仿真，进一步对电路功能与性能进改进与完善，保证电路的工作可靠性。学习电子产品的设计方法，最终设计出具有可造性的 PCB 版
6、图。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2010.5.17-5.23（第 1 周） 理解确认毕业设计任务书,完成毕业设计的开题报告2010.24.17-5.30（第 2 周） 完成调研与资料收集、整理2010.5.31-6.6（第 3 周） 确定设计方案及原理框图2010.6.7-6.20（第 4、5 周） 电路资料收集，单元电路设计2010.6.21-6.27（第 6 周） 完成软件设计并进行仿真，进一步改进与完善2010.6.28-7.4（第 7 周） PCB 设计及资料整理2010.7.5-7.11（第 8 周） 撰写毕业设计报告2010.7.12-8.7（第 9-1
7、4 周） 修改毕业设计报告、整理装订常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文五、指导教师意见：指导教师签名： 年 月 日六、系部意见：系主任签名： 年 月 日基于单片机与 GSM 家用安防系统的设计目录摘要Abstact第 1 节 前言 1第 2 节 系统概述 22.1 单片机 STC89C52 简介 2.1.1 STC89C52 的基本组成 32.1.2 DIP40 封装引脚图 .32.1.3 内部资源介绍 42.2 GSM MODEM 简介 .52.2.1 AT 指令 .52.2.2 SMS（Short Massage Service） 62.3 传感器 82.3.1 热释电红
8、外传感器 82.3.2 DS18B20 .92.4 液晶显示器 122.5 存储器 1462.5.1 ST24C02142.5.2 I2C 二线制协议 14第 3 节 系统的硬件设计 163.1 原理框图 163.2 电源模块 163.3 指示灯电路 173.4 蜂鸣器报警电路 183.5 MCU 模块 .183.6 串口电平转换电路 193.7 系统局部仿真 193.8 系统 PCB 设计 203.8.1 PCB 装配图 203.8.2 PCB 底面图 213.8.3 PCB 3D 预览 21第 4 节 软件设计 224.1 主程序流程 224.2 外部中断 0 服务程序 23第 5 节 系
9、统的安装与调试 24第 6 节 结束语 25答谢辞 26附录 A 系统元器件清单附录 B 程序清单参考文献摘要在 21 世纪的今天，人们生活质量大大提高，物质生活日渐丰富，人们更看重生活的质量，更懂得享受生活，智能家居就应运而生了，而家用安防系统是智能家居领域中人们尤为关注的一块，于是各种安防系统也就有了市场。系统主要基于单片机与 GSM 通信技术，单片机不断读取外部传感器信号量，通过串口向 GSM Modem 发送相应的 AT 指令，控制 GSM Modem TC35i 做出相应的动作，发送短信息向房主汇报家里实况，实现防盗、火灾报警的安防功能。为了方便读者对本设计文件的阅读，作者将从系统组
10、成及各模块的工作原理、系统硬件电路的设计、系统软件的设计和系统的安装使用说明这四个方面来描述整个系统的设计过程。该课题的主要任务是通过各功能模块的结合，充分运用 EDA 软件设计、仿真系统，令设计的系统具有可制造与实用性。关键词：单片机、通信、GSM Modem、传感器常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文AbstactIn the 21st century, people will greatly improve the quality of life is abundant, the material life personal property problems will
11、gradually be more peoples attention, and various security systems have a market.This system mainly based on SCM and GSM communication technology, the microcontroller continuously reading outside of sensor signals, through a serial port to GSM Modem send corresponding instruction, control the GSM Mod
12、em mig-at make corresponding action, sending short messages to the owner, realize report home security, fire alarm security function. In order to facilitate readers of this design documents, the author will read from each module system and the working principle, system hardware circuit design, the d
13、esign of the system software and system installation instructions on how to use these four aspects to describe the whole system design process.8This topic is the main task of the functional modules combination by using EDA software, design and simulation system, the system can be designed and practi
14、cability.Keywords： MCU, communication, GSM Modem, sensors常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文1第 1 节 前言控制着整个家用安防系统是智能家居的重要组成部分，在本次基于单片机与 GSM 通信家用安防系统的设计中，充分利用了我们平时生活中所广泛接触的GSM（Global System For Mobile Communication）移动通信系统，它是目前基于时分多址移动通信中技术较为成熟、使用最为广泛的通信网络，在系统中着重用到其短信功能，通过文本的形式做到信息的传送；控制模块采用当下大受电子小系统所欢迎的单片机，我们都
15、知道单片机以其成本低、工作可靠、强大精确的控制功能而闻名，也正是它将系统有有条不紊的工作。本课题涉及到的内容比较新，特别是 GSM 通信在各种控制过程中的应用现在各种领域中都在走智能化道路，这也应该是物联网的一种形式，其中更接近于人们日常生活的便是楼宇智能化，我相信这个方向将会有大大的开发价值与非常广阔而美好前景，这也正是我选择本课题的原因，希望可以从本次课题试着去接近、去熟知、去掌握这个领域的相关知识。本系统的设计是符合市场需求的，我相信在以后的物联网时代，它将会有更大的施展空间与消费前景。2第 2 节 系统概述从信号流程上来看，当有人闯入被红外探测器监测到或者家里温度超过预设值，单片机读取
16、信号后执行相应程序，然后又单片机发送 AT 指令控制 GSM Modem使短信猫处于待发射状态，在单片机读取到相应信息数据通过 UART 传送到Modem 后，由 Modem 以 GSM 为媒介发送到短信息中心，最后发传送到用户手机中显示。接到短信息报警的用户便可以采取相应的措施以减小自身财产的损失。从组成可将整个系统分三个模块来看，分别是：MCU 控制模块、短信发射模块、传感器以及房主信息接收模块。1. 在 MCU 控制模块中我们采用的是 STC89C52，采用串口下载；2. 短信发射模块是由西门子公司最新开发的 TC35i 完成；3. 传感器分别使用到热释电红外传感器和 DS18B20 温
17、度传感器；4. 房主接收模块则为用户手机。系统的框架图：传感器MODEMTC35iMCU系统GSM用户接收图 2-1 系统框图常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文32.1 单片机 STC89C52 简介单片机 Single Chip Microcomputer 又叫微控制器 MCU。自从 20 实世纪 70年代末期诞生以来，由 4 位、8 位单片机迅速发展到如今的 16 位甚至 32 位单片，各种单片机层出不穷，生产厂商也是百花齐放，但其中最为成功的当属 Intel公司的 8031，后来 Intel 又在其基础上发展到 MCS-51,8 位单片机从此几乎称霸了各个工控领域。后来
18、也有 16 位单片机，但其性价比实在不敢恭维，且很多领域 8 位单片机足以胜任工作，所以现在还是以 8 位单片机主导着市场。我们系统中用的 STC89C52,便是其中一员。2.1.1 STC89C52 的基本组成C P UR O M R A M T I M E RI / O串口通信中断系统B U ST 0 T 1T X DR X DP 0 P 1 P 2 P 3图 2-2 单片机的基本组成如图 2-2 所示，单片机 STC89C52 的基本组成包括 CPU、ROM、RAM 和 4 个全双工的 I/O 口，一个串口通信借口和 5 个中断源。单片机的一切工作都在 CPU的控制下根据指令按一定的时序
19、有条不紊的进行。2.1.2 DIP40封装引脚图STC89C52 多采用 DIP40 双列直插式封装，如图 2-3 所示，四个全双工 8 位I/O 口有序的分布在单片机两侧，其余 8 个引脚分别为引脚 工作地与电2040源接口、持续两个机器周期复位信号几口 、晶振接口 以及单片机系 9 1819统扩展时控制信号 。下面是 STC89C52 主要特性293031工作电压 5v；40-80MHz 时钟范围；8kFlash 存储器；2k 数据存储器；内部看门狗。图 2-3 STC89C52 引脚图2.1.3 内部资源介绍I/O 口：STC89C52 是 8 位单片机，与 8051 核兼容。与 AT8
20、9C52 一样在市场上使用相当的广泛，串口下载方式。4 个 8 位 I/O 口，在系统扩展时，P0 口分时复用扮演 DB 以及作 AB 的低 8 位的角色，地址总线高位由 P2 口担当。P0 口在作一般I/O 口用时，由于它是漏极开路输出电路，应接上拉电阻才能输出高电平。所有的 I/O 口在做输入使用时都必须先向锁存器写1，P3 口一般都使用其第二功能。中断系统：STC89C52 有五个中断源外部中断 0(IE0)、定时器 T0(TF0)、外部中断1(IE1)、定时器 T1(TF1)与串行中断(TI,RI)。它们在单片机内部都有相应的控制寄存器，对寄存器写入不同的指令代码，可实现对中断系统的控
21、制。相关SFR 如表 1表 1 中断相关 SFRIE AF AE AD AC AB AA A9 A8 A8H常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文5SM0 SM1 SMO REN TB8 RB8 TI RI9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98SCONSM0 SM1 SMO REN TB8 RB8 TI RI 98H8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88TCONTF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 88H2.2 GSM MODEM简介GSM MODEM 又叫短信猫或 GSM 调制解调器，随着无线数据业务的迅速发展，要求越来越多的设备具有无
22、线通信功能背景下的产物。一搬 GSM MODEM 都具备语音通信、短消息和数据通信三大功能，其中又以短消息功能使用的最为广泛，GSM 短消息具有随时在线、价格低廉、覆盖范围广的特点，特别适合小流量的数据传输，如家用安防，无人值守等领域。最初的 GSM 模块都是国外公司生产的，比如德国的 SIMENS 公司和法国的 WAVECOM 公司。图 2-4 是西门子公司开发研制的 TC35i 模块：图 2-4 TC35i GSM MODEN主要特性：支持 GSM900、GSM1800 双频段；支持语音、短消息、数据和传真服务；工作电源：单电源 3.3V-4.8V；峰值电流 2.5A；通讯接口：RS232
23、；串口通信波特率：300bps-115Kbps；在本系统中选用的 GSM MODEM 模块是市场上使用频率高、技术成熟的模块产品 TC35i，使用配套的独立电源，具体的内部结构请参考商家相关说明，这里着重介绍在本系统中使用单片机控制 GSM MODEM 发送短消息的方法与原则。卡座接口TC35i电源接口RS232 接口天线62.2.1 AT指令控制 GSM MODEM 普遍采用 AT 指令，AT 即 Attention 的简称，早在 90 年代初期，AT 仅用于 MODEM 操作，后来，由移动电话生产厂商共同为 GSM 开发了一套完整的 AT 指令集，并在此基础上进一步发展加入 GSM07.0
24、5 标准以及现在的GSM07.07 协议标准，其中就包括对 SMS 功能的控制指令。SMS 中常用的 AT 指令见表 2。表 2 常用的 AT 命令命令 说明AT+CSCA 设置短消息服务中心AT+IPR 设置通信波特率AT+CSMS 选择短消息服务AT+CMGF 设置短消息内容格式 0:PDU 1:TEXTAT+CMGS 发送信息命令AT+CMGR 读取短消息AT+CMGD 删除短消息AT+CSAS 设置消息存储类型AT+XXXX=? 测试命令，系统列出可能选项AT+XXXX? 系统列出当前设置AT 指令格式绝大多是以“AT+XXXX=X”的格式使用，其中“XXXX”表示令Modem 执行某
25、一个动作的指令，X则表示“XXXX”这个动作的可选项。比如要设置一条短消息的编码格式为 PDU 模式：从表 2 中可以知道，指令为“AT+CMGF=0”CMGF 代表格式设定，“0”代表格式设置成 PDU 模式。2.2.2 SMS（Short Massage Service）在消息的发送与接收服务中，短消息的编码方式有三种，它们分别是 Block模式、基于 AT 指令的 Text 模式和基于 AT 指令的 PDU 模式。最早的 Block 模式现如今已经逐步被 Text 模式和 PDU 模式所代替。相对 PDU 模式，Text 模式编码简单，使用方便，但其最大的不足就是它不支持中文的收发。相反
26、，PDU 编码方式支持中英文混合发送与接收，但其编码过程较 Text 模式繁琐。下面将对Text 与 PDU 两种编码方式做一定解析。TEXT 模式：Text 模式比较简单，不需做中介转换，在初始化 MODEM 后，只需将要发送的短消息内容的 ASC 字符发送即可。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文7例如：要发送“Someone has broken in your house!”的报警信息到房主手机，要向 modem 输入的 AT 指令为：1) 选择短消息服务：AT+CSMSr ；（r为回车符）OK ；由 modem 返回2) 选择短消息的编码方式：AT+CMGF=1r ；
27、设定编码格式为 TEXTOK3) 短消息目标地址：AT+CMGS=”OK ；等待延时后发送信息4) 发送短消息：”Someone has broken in your house”r；OKPDU 模式：前面介绍过，PDU（Protocol Data Unit）编码方式可以中英文混合发送，但比较繁琐，它的编码过程需要信息的奇偶对调，涉及到的要素比较多。PDU编码方式的基本格式可分成以下 13 项：A：短信息中心地址长度，2 位十六进制数(1 字节)。B：短信息中心号码类型，2 位十六进制数。C：短信息中心号码，B+C 的长度将由 A 中的数据决定。D：文件头字节，2 位十六进制数。 E：信息类型
28、，2 位十六进制数。F：被叫号码长度，2 位十六进制数。G：被叫号码类型，2 位十六进制数，取值同 B。H：被叫号码，长度由 F 中的数据决定。I：协议标识，2 位十六进制数。J：数据编码方案，2 位十六进制数。K：有效期，2 位十六进制数。L：用户数据长度，2 位十六进制数。M：用户数据，其长度由 L 中的数据决定。J 中设定采用 UCS2 编码，这里是中英文的 Unicode 字符。以发送中文字符“我爱你！”到+37 为例，对 PDU 编码方式在系统中的具体应用流程进行剖析：一、短消息中心地址处理常州的短信息中心号码为+00，处理过程如下：1) 去掉加号，看是否为偶数个数字，否则在号码后面
29、加F中心号变为：00F2) 将中心号奇偶位对调，并在前面加国际化字符“91”中心号变为：105F03) 将中心号的字节长度格式化为十六进制数，置于首位中心号最终为：09105F0 8二、地址号码处理在本例中的地址号码为“+37”1) 去加号，看是否为偶数个数字，否则在号码后面加F地址号变为：37F2) 地址号奇偶位对调地址号最终为：0F7三、短信息内容处理1) 将信息内容转换为 Unicode（在线查询 http:/ 6211 爱 7231 你 4F60 ！FF01 十六进制表示短信内容为：F60FF013) 将短消息内容格式化为十六进制，再用两位十六进制数表示其长度置首位短消息内容编码后为：
30、F60FF01四、组合处理后的信息根据上面所介绍的 PDU 编码格式组合信息（为方便阅读，没对应以项留空格）08 91 5F0 11 00 0D 91 0F7 00 00 00 08 F60FF01 即为发送“我爱你！”四个汉字字符的全部代码。为方便记忆，可以概括编码后的代码为：处理后的中心地址+11000D91+处理后的目标地址+处理后的短信息内容。 在本次设计的家用安防系统中，TEXT 编码模式已经可以满足系统的使用需求，所以综合各方面考虑，决定采用 text 模式。说明：（1） GSM MODEM 在接受到单片机从串口中发出的 AT 指令后并不马上执行响应的指令，而是先想主机（单片机）返
31、回一个“OK”，然后再执行指令，所以在实行软件控制的时候应注意延时。（2） 从 MODEM 中读出的数据的每一位都是以十六进制表示的，所以在计算数据长度时应小心。2.3 传感器在智能化系统以及最近新兴的一个领域物联网中，有一个成员是必不可少的，它就是传感器。正是有了这些各式各样的传感器，才造就了智能化系统的多样化。在本课题中主要用到热释电红外传感器与 DALLAS 公司开发的 DS18B20数字温度传感器。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文92.3.1 热释电红外传感器热释电红外传感器是目前在防盗系统中使用相对广泛的传感器之一，这与它本身成本低、探测范围广、性能稳定等优点是分
32、不开的。图 2-5 是热释电红外传感器的基本原理结构图。从图 2-5 中可以看到，一对高热电系数探测元反接构成热释电红外传感器的探测头，这种反接的方式有助于抑制由于自身温度变化而产生的干扰，可以起到温度补偿的作用；高阻值电阻 R 实现电流到电压的转换，微弱的电压信号再有场效应管放大输出，其中场效应管还起到阻抗匹配的作用，在漏极与源极间的电容起到抗干扰的作用。DSRC滤光片图 2-5 红外传感器原理结构图*探测原理热释电红外传感器在整个探测过程不发出任何形式的能量，叫做“被动式”测量。滤光片只允许波长在 10um 左右的外界光线进入传感器内部，将其他波长的光线挡在外面，从而抑制了外界光线变化对探
33、测的干扰，当外界热源运动时，热电材料在感应到红外线后两端形成电荷，电流流经高阻值电阻形成电压信号，经场效应管放大后输出到后续电路处理、整形后作为单片机的采样信号。人体温度在 37左右，发出红外线的波长大概在 10um 左右，当有人在红外传感器前运动经过，传感器输出相应信号，信号被单片机采样到并控制执行器执行相应任务，从而实现防盗共功能。红外传感器在使用时还应在滤光片外套上菲涅尔透镜，可增强其探测能力。*HC-SR501在本系统中，综合性能的稳定性以及技术的成熟性，决定采用 HC-SR501 模块，下面为 HC-SR501 的部分参数。工作电源：DC4.5-20V；静态电流：50uA；输出电平：
34、高 3.3V/低 0V；10感应角度：110；感应距离：7 米；2.3.2 DS18B20数字温度传感器 DS18B20 提供 9 位温度读数，测试温度范围为-55125，测试温度增量值为 0.5。转换温度时间的典型值为 1S，采用 1-wire 总线通信，无需再配置电源，图 2-6 为 TO-92 封装图图 2-6 18B20 封装DS18B20 的引脚名称及对应的功能见表 3表 3 DS18B20 引脚说明引脚名称 说明GND 电源地DQ 数据 I/O 接口、寄生电源接口VDD 电源1-WIRE 总线操作DS18B20 的 1-wire 总线硬件接口电路如图 2-7 所示常州信息职业技术学
35、院电子与电气工程学院 毕业设计论文11图 2-7 硬件连接图1-wire 总线支持一主多从式结构，硬件上需接上拉电阻，每个 DS18B20 都具有其唯一的生产序列号，可编程寻址；当一方完成数据传输要释放总线，需将总线置高；在总线空闲时将总线拉低则获得总线控制权，可进行数据传输。1-wire 总线操作必须严格遵守 1-wire 总线通信协议的操作时序要求，以下是几个主要的操作时序：图 2-8 总线复位总线复位：置总线为低电平并保持至少 480um，然后将总线拉高，等待从机响应再次将总线拉低，完成复位操作。图 2-9 写数据 0写数据 0：保持总线为低至少 15um，然后延时 15-45um 等待
36、从端采样总线，完成向从端写0操作。12图 2-10 写数据 1写数据 1：置总线为低并保持 1-15um，然后拉高并延时 15-45um 等待从端采样总线，完成写1操作。图 2-11 读数据总线读数据总线：置总线为低至少 1um，然后再 15um 内完成数据采样，再拉高总线保持 45um，完成读操作。温度转换及读取流程DS18B20 在数据传送时，低位优先原则。温度转换及读取流程如表 4 所示表 4 温度转换及读取过程主机状态 命令/数据 说明TX RESET 复位操作RX PRESENCE 从机应答TX 0xCC 忽略 ROM 匹配TX 0x44 温度转换命令WAIT 延时 100-200m
37、sTX RESET 再次复位RX PRESENCE 从机应答TX 0xCC 忽略 ROM 匹配TX 0xBE 读取内部寄存器命令RX 9 data byte 读取前 2B 温度值说明：1 单片机在于 DS18B20 进行数据交换时，数据的低位先传送；2 数字温度传感器在使用寄生电源的情况下应接上拉电阻；常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文132.4 液晶显示器本系统中所需要显示的内容比较简单，采用一般液晶显示器即可满足系统需求，综合成本及效果考虑决定采用市场上使用广泛的 LCD1602 液晶显示模块。如图 2-12 所示：图 2-12 液晶显示模块LCD1602 液晶显示模块特
38、性：工作电源：5V 亮度可调；内部控制：HD44780；支持 LCD 的一般控制命令；字符发生器 ROM：160 个 57 点阵字型；显示数据寄存 RAM:80Byte；用户自定义字型 RAM：8 个 57 点阵字型；引脚说明VSSVDD: 工作电源和地；VEE: 辉度调节端；RS: 寄存器片选信号接口；R/W: 读写信号控制接口；E : 使能信号；D0D7: 8 为数据 I/O 口。控制方式LCD 内部可看成两组寄存器，指令寄存器与数据寄存器，选择信号由 RS 引脚控制，RS=0，指向指令寄存器，此时的读为读标志位，写则是写入指令到控制寄存器。对 LCD 的一切操作都必须在内部忙标志位为0的
39、情况下有效。确认本次操作置 E 为1；RS=1,操作指向数据寄存器，读写的对象都是内部RAM。在使用 LCD 之前应对其先初始化，可以下几个方面入手：1 选定 LCD 的显示功能；2 设定 LCD 显示模式；3 设定显示字符的进入方式；4 清屏。图 2-13 为 LCD 显示的软件初始化流程：14开始判 B u s y写入指令使能 E = 1结束B u s y = 1B u s y = 0 E = 0图 2-13 软件初始化 LCD 流程图2.5 存储器单片机内部的存储单元是宝贵的，特别是内部的 RAM 单元，为了解决这个问题，本系统中介入 E2PROM 存储器 ST24C02，以便于日后系统
40、的扩展与升级。2.5.1 ST24C02ST24C02 是有 ST 公司开发的 Two-wire serial E2PROM，内部有 256 个字节。工作电压 3-5.5V，2K 可读写 E2PROM，二线制协议接口，支持单字节与多址读写操作。图 2-14 为 DIP8 封装的 ST24C02 图 2-14 ST24C02各引脚的功能见表 5表 5 ST24C02 引脚说明引脚 说明A0-A2 硬件地址设置接口VCC/GND 工作电源和地WP 内存写保护SCL 二线制总线时钟SDA 二线制数据总线常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文152.5.2 I2C二线制协议 对 24C0
41、2 的操作都是建立在二线制通信的基础上的，采用 I2C 二线制通信方式大大节约了传送数据的 I/O 口。这里，二线制通信方式中没有绝对的主机与从机，两根线 SCL 和 SDA 线均为双向 I/O 线，通过上拉电阻连接正电源。总线空闲时两根线都处高电平，连接总线两端器件要求为输出级都为集电极或漏极开路，以具有线“与”功能。I2C 总线上可以挂接多个器件，总线上的控制权是归置总线为电平的器件所有。将总线置高电平释放总线。主机可以通过寻址方式找到需要操作的对象，比如这里 24C02 的硬件地址则由 1、2、3 引脚的电气连接情况决定。 数据的传送在数据的传送过程中，首先主机要向从机发送器握手命令，图
42、 2-15 是24C02 的操作寄存器，寄存器为 8 位，其中高 4 位为器件标识“1010”；B3、B2、B1 对应的是器件的硬件地址；最低位 B0 为读写选通信号，0 写选通，1 读选通。传送数据时，数据的高位线传送。图 2-15 指令寄存器在 I2C 总线技术规范中，规定了总线的开始与结束信号，如图 2-16 所示，当时钟 SCL 为高，数据线 SDA 的下降沿标志的总线的启动；当时钟线 SCL 为高，数据线 SDA 的上升沿标志总线的结束。S C LS D AS T A R T S T O PC H A N G E图 2-16 I2C 总线开始结束信号二线制通信协议在时序上也有严格要求
43、，比如 SCL 必须至少保持 4us 才是有效的置高，数据转换后至少延时 3.7um 才能有效的读入数据。当发送完一位数据接着要发送下一位数据时，主机应先钳住总线，既拉低时钟线 SCL 然后变换数据，否则视为无效转换。ST24C02 还支持多字节连续读写，具体读写过程可以参考它的 PDF 文档，这里不再赘述。16总线竞争的仲裁一条总线上挂接多个器件，难免有时要出现两个或多个主机同时需要占用总线，这是就出现总线竞争的现象。对于总线竞争的仲裁，I 2C 通信技术规范是这样规定的，当多个主机要同时占用总线，发送的数据与总线数据不同的主机将自动关闭输出级，从而实现当时总线的仲裁。其实总线的仲裁是两个层
44、次的，首先是地址位的比较，地址一样再进入数据位的比较，这样保证仲裁的可靠性。第 3 节 系统的硬件设计在前面两节已经分模块将系统做了一定的介绍，在这一节里将实现相应模块的具体硬件单元电路设计以及各单元电路的电气连接。充分利用 EDA 软件，做到在仿真的基础上完善系统，最后为系统设计出具有可制造性与良好可焊性的 PCB。3.1 原理框图从硬件上可看成电源、单片机 MCU 模块、传感器等外设器件，图 3-1 为系统原理框图常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文17M C UT C 3 5 i M O D E MS T 2 4 C 0 2红外传感器D S 1 8 B 2 0P O W
45、E RU a r tI 2 c1 - w i r eI N T 0图 3-1从框图左边我们可以看到红外传感器 PIR 和 DS18B20 温度传感器，其中红外传感器通过外部中断 0 接口与单片机系统相连，实现报警信号的传送。DS18B20 由一般 I/O 口对它进行读写操作。单片机 TC35i 模块通过串口与 TC35i模块进行通信，发送 AT 指令控制 MODEM 执行相应动作。单片机将系统中经常使用的大流量数据通过二线制总线对存取器 ST24C02 进行数据的读写。下面为具的单元电路设计。3.2 电源模块整个安防系统的电源分两块一是图 3-2 所示的为 MCU 模块以及传感器供电的电源，它
46、的设计主要得考虑系统的功率问题，传感器静态电流50uA，DS18B20 的发生在温度转换时的最大电流为 1.5mA，三个指示灯每个工作电流约 9mA，单片机正常工作时电流在 3.77mA，所以就 MCU 系统而言，电源使用一个最大允许电流以 1A 的三端集成稳压器 LM7805 足矣。第二部分就是为短信猫的供电电源，前面介绍过，短息猫在发射信息时的最大电流可达 2.5A，本系统中将使用一个配套的独立电源为 MODEM 供电，这样分开也有利于减小MODEM 工作对 MCU 系统的干扰。18图 3-2 MCU 供电电源3.3 指示灯电路图 3-2 中 LED、LED2 分别为串口收发工作指示灯和电
47、源指示灯，采用直径为 3mm 规格的 LED，其中 LED 发绿光，LED2 为红光 LED。工作电流均在 9mA 左右。而单片机 STC89C52I/O 口最大驱动电流可达 20mA，所以 LED_GREEN 直接用单片机 I/O 口驱动。图 3-3 电源指示灯与串口工作指示灯3.4 蜂鸣器报警电路蜂鸣器报警电路如图 3-4 所示，三极管 9012 工作的开关状态，1K 电阻起到限流的作用，当室内温度超过默认预设温度值 50时，单片机置 BU 为高电平，蜂鸣器报警。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文19图 3-4 蜂鸣器报警电路3.5 MCU模块图 3-5 MCU 模块电路
48、MCU 模块电路如图 3-5 所示，单片机系统电路比较典型，设计中着重考虑的是单片机的驱动能力，在必要的地方加上拉电阻以及限流电阻。203.6 串口电平转换电路MODEM 为 CMOS 电平，为实现 TTL 电平到 CMOS 电平的转换，系统中加入电平转换芯片 MAX232，转换后的信号由 9 针串口输出，如图 3-6 所示。图 3-6 TTL 电平转 CMOS 电平电路3.7 系统局部仿真图 3-7 ST24C02 与 DS18B20 读写仿真常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文21图 3-7 中，LCD 第一行为直接显示数据“TEST BY LJF Good”；第二行的“t
49、emp is”字符串则是从 24C02 里地址为 0x05 单元中读出，然后显示；后面的温度值则是从 DS18B20 中读书显示的。说明：本系统只进行了局部仿真，由于仿真系统中没有 TC35i 模块，所以这部分需有实物方可进行试验调试，图 3-7 中发光二极管 D2，在实际电路中为温度超过预设值时报警所用蜂鸣器，系统预设警戒温度为 50。系统开机后默认自检，初始化成功则向房主发送“system is ok”字符，DA18B20 复位后温度值为85，系统温度与报警约 10s，然后进入正式监控阶段。3.8 系统 PCB设计系统较小，综合成本等因素，在设计 PCB 时，决定采用单面板。图 3-8 为系统 PCB 装配图。3.8.1 PCB装配图图 3-8 系统
