基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统的设计-毕业论文

基于GSM短信模块
的家庭防盗报警系统的设计
目录
摘要 (I)
ABSTRACT (II)
第1章绪论 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 防盗报警系统在国内外的发展 (1)
1.3 设计方案与可实现功能 (2)
1.3.1 设计方案 (2)
1.3.2 设计任务 (3)
1.3.3 系统预实现功能 (3)
第2章系统总体方案设计 (4)
2.1 系统框图 (4)
2.2 系统总体方案 (4)
2.3 元器件或模块的选型 (5)
2.3.1 单片机的选择 (5)
2.3.2 红外检测传感器的选择 (6)
2.3.3 GSM短信模块的选择 (6)
2.3.4 可燃气体检测传感器的选择 (6)
2.3.5 烟雾传感器的选择 (7)
2.3.6 显示模块的选择 (7)
2.4 元器件或模块的最终选择方案 (7)
第3章系统硬件电路设计 (8)
3.1 红外检测电路的设计 (8)
3.1.1 LM393比较器 (8)
3.1.2 红外检测电路 (8)
3.2 GSM短信模块的电路设计 (9)
3.3 可燃气体检测传感器的电路设计 (10)
3.4 烟雾传感器的电路设计 (10)
3.5 单片机最小系统的电路设计 (11)
3.5.1 单片机 (11)
3.5.2 时钟电路 (12)
3.5.3 复位电路 (13)
3.5.4 单片机最小系统 (13)
3.6 显示模块的电路设计 (14)
3.7 独立按键的电路设计 (15)
3.8 声光报警电路设计 (16)
第4章系统软件设计 (17)
4.1 Keil简介 (17)
4.2 Altium Designer 18简介 (17)
4.3 系统主程序软件设计 (17)
4.4 系统子程序软件设计 (19)
4.4.1 串口软件设计 (19)
4.4.2 液晶显示软件设计 (20)
4.4.3 GSM短信模块软件设计 (21)
4.4.4 独立按键软件设计 (22)
第5章电路焊接与系统调试 (23)
5.1 电路焊接 (23)
5.1.1 准备工作 (23)
5.1.2 焊接 (23)
5.2 系统调试 (23)
结论 .................................................................................................错误!未定义书签。

致谢 (26)
参考文献 (27)
附录1：电路原理图 (28)
附录2：源程序 (29)
摘要
基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统的设计采用STC89C52单片机作为最小系统的控制核心，搭配红外检测传感器模块、烟雾传感器模块、可燃气体检测传感器模块、GSM短信模块、显示模块、独立按键、时钟复位电路、声光报警电路等实现家庭防盗报警以及防火放燃气泄漏的功能，不仅将报警信号以中文字符的形式在本地通过液晶显示，同时也能把报警信号以中文短信的形式通过GSM短信模块发送到手机屏幕上方便住宅主人得知。

关键词红外检测；GSM短信模块；防火防燃气泄漏；STC89C52；家庭防盗报警
ABSTRACT
The control chip of home anti-theft alarm system based on GSM short message module is designed with STC89C52 single chip microcomputer, with infrared detection sensor module, smoke sensor module, combustible gas detection sensor module GSM short message module, display module. Independent keystrokes, clock reset circuits, acousto-optic alarm circuits, etc., to realize the functions of home anti-theft alarm and anti-fire gas leakage, not only display the alarm signals in the form of Chinese characters, but also display them locally through liquid crystal. At the same time, the alarm signal can be sent to the mobile phone screen in the form of short message in Chinese by GSM short message module for the home owner to know.
Key words infrared detection；GSM short message module；fire prevention and gas leakage；STC89C52 ；home burglar alarm
第1章绪论
1.1课题背景
自从走进新世纪，我国的社会经济水平已经发展的越来越好了，我们的生活水平的质量也在慢慢的提高，因此使得大家对于家庭住宅的要求越来越高，拥有一个舒适，温馨的住所仅仅只是基本需求，同时还希望家庭住宅具备一定的安全性，智能性。

换句话说，在人们物质生活的不断丰富中，大家保护家庭成员和家庭财产的意识在不断的增强，因此防盗措施的更新换代是人们对家庭住宅提出的新要求。

为了满足现在家庭住宅防盗的需要，我设计了基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统。

因为传统的家庭防盗报警系统已经不能满足人们的需求，防盗网和防盗窗虽然对非法入侵有着一定的防护作用，但是并不能阻挡那些有备而来的侵入。

因为防盗网和防盗窗从某种意义上来说，等于把整个家庭住宅给封闭起来了，一旦发生火灾或者燃气泄漏等意外灾害，这些金属器材或许会成为人们逃生之路的障碍。

正是因为传统的防盗报警有着这些不足之处，而人们对于自己的家庭成员和财产的保护意识日渐增强，所以，人们对于家庭防盗报警提出更多的要求。

电子技术的发展越来越迅速，防盗报警系统页渐渐地智能化，集成化发展。

现代社会已经变成了一个信息化的社会，通讯工具已经是大家日常生活中不可缺少的一部分，其中以手机为主，基于这种情况，我开始关注家庭防盗报警系统的改良方法，希望能够解决传统系统中不足之处，让家庭防盗报警更加的及时、使用更加的更方便。

基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统不仅在日常的安全防范工作中发挥作用，还可以及时的发现险情并通知住宅主人，让大家安心工作的同时，也保证了家庭中成员和财产的安全。

该系统的实现，使得家庭防盗报警更加的及时、使用更加的方便，而且还改善了传统系统中的不足之处，同时对于居家安全的保障，以及营造一个和谐社会都是极具意义的。

1.2防盗报警系统在国内外的发展
自从进入新世纪，人类社会的发展来到了信息化的时代，而这一时代的代表性体现就是家庭住宅的智能化。

历史上第二次产业革命大概发生在1950-1970这
二十年间，在这一段时间内，智能建筑中安全自动化方面的更新主要以出现了安全防范技术行业为代表，借助着生产力的大力发展，同时还有计算机技术这种划时代的新型技术的问世与发展，再加上逐渐完善的生物识别技术，这一行业从出生到具备一定规模短短时间就完成了，其中西方世界国家的发展最具代表性。

在国外，西门子楼宇科技公司推出的最新的安全防范系统名为Guarto Easy。

视讯监视系统，远距离监听对讲系统，火灾报警系统，危险气体检测系统，防盗报警系统等都是这种新型安全防范系统中的一部分，并且该系统将这些分系统与声光，拨号，无线等多种警告方式结合在一起，全方面无死角的对家庭住宅或者是一些分散型的建筑开展防范工作。

在国内，各种各样的智能小区要实现智能化的管理都不约而同地选择在家庭防盗报警系统上面下功夫，但是需要正视的一个事实是，我国的建筑智能化工作近些年才被人们所重视，其发展速度已经远远落后于世界上其他国家。

我国的建筑智能化选择从家庭防盗报警方面入手，这是一个非常好的切入角度。

家庭防盗报警系统在我国的发展主要体现在各种各样的探测传感器和多种形式的远程通信系统两方面。

目前，我国在家庭防盗报警系统方面的产品已经变得愈发的丰富。

随着新世纪的到来，能够拥有一栋具备智能化的家庭住宅已经成为了人们日常讨论的话题，家庭防盗报警系统作为智能住宅的组成部分，也势必会朝着全面，综合，智能等方向发展。

我们应当认识到，智能化的住宅一定会成为新世纪建筑行业的主流，因此，家庭防盗报警系统的发展必定会成为一种趋势，我们有理由相信，家庭防盗报警系统会成为新世纪评价家庭住宅的重要指标。

1.3设计方案与可实现功能
1.3.1设计方案
本设计的核心设计方案为实现家庭住宅的防盗报警功能，所以在本次毕业设计中，核心功能防盗方面使用红外检测传感器，与传统系统中的防盗网防盗窗一起，将家庭住宅的防盗报警变得更加智能化。

同时，在整个系统中，添加烟雾传感器和可燃气体传感器，以此来防止出现火灾或者燃气泄漏等突发灾害。

最后，所有的传感器信号通过单片机接收与处理之后，分别在本地通过显示模块实时显示，以及通过GSM网络把报警信息用短消息的类型发送到手机屏幕上，以便在最短的时间内方便主人获知家庭住宅的情况。

1.3.2设计任务
本次毕业设计的主要任务有软件设计和硬件设计两大部分。

软件部分，主要是进行单片机编程，实现模块的应用，完成设计总体需求。

硬件部分，主要包含以下各部分电路：
1.红外检测传感器。

主要检测是否有人涉足报警区域，传输入侵住宅报警信号，实现防盗功能。

2.烟雾传感器。

主要检测室内烟雾的浓度，传输火灾报警信号，实现防火功能。

3.可燃气体检测传感器。

主要检测一氧化碳等煤气气体的浓度，传输燃气泄漏报警信号，实现防燃气泄漏功能。

4.单片机最小系统。

主要功能是收取和处理各部分传感器返回的报警信号。

5.GSM短信模块。

受制于最小系统的管理与控制，把报警信号通过GSM网络用中文短消息的格式发送到手机上。

6.独立按键。

独立按键主要用于系统进行自检。

7.显示模块。

主要是将报警信号以中文字符的形式在本地显示，方便室内的人员得知险情发生。

1.3.3系统预实现功能
有人员外出或者夜晚熟睡之后，系统开启，防盗报警系统开始工作。

红外检测传感器监管并检查是否有人涉足报警区域，一旦发现有人触发报警系统，最小系统收取报警信号并对其进行处理，单片机读取完报警信号后首先在本地通过显示模块进行本地显示，然后由GSM短信模块发送一条中文短消息到主人的手机上，实现防盗报警的功能。

另外，当发生火灾或者燃气泄漏等意外灾害时，最小系统收到返回的相应的传感器的报警信号并处理，同样的先在本地通过显示模块显示，再由GSM短信模块发送一条中文短消息到主人的手机上，通过这样的形式来达成示警报告的功能。

此外，系统应当还具备自检的功能，以排查系统的功能性问题。

第2章系统总体方案设计
2.1 系统框图
本设计共有以下几个部分构成：红外检测传感器模块、烟雾传感器模块、可燃气体检测传感器模块、GSM短信模块、独立按键、显示模块、单片机最小系统、时钟复位电路、声光报警电路。

各部分以单片机为核心对各种报警信号进行检测并处理,实现家庭防盗报警功能，电源负责为各部分进行供电。

图2-1所示是本次毕业设计的系统框图。

图2-1 基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统框图
2.2 系统总体方案
给系统接通电源以后，电路先进行初始化工作，GSM短信模块需要时间来等待网络稳定，完成系统初始化工作后，系统自动进入检测状态。

红外检测传感器检测到有人入侵后，报警信号以高低电平形式通过输入输出I/O口被单片机引脚捕捉，单片机接受并处理这些报警信号，表现出的结果是启动声光报警电路，LED 灯亮，蜂鸣器响。

同时将报警信号以中文的形式通过LCD12864液晶在本地进行显示，起到报警的作用。

此外，单片机通过串口传输的通信方式把一开始就存储在单片机内部的报警信息发送给GSM短信模块，GSM短信模块通过GSM网络把报警信息发送到手机屏幕上，以此来实现防盗报警的功能。

同理，烟雾传感器和可燃气体检测传感器检测到相应的险情后，报警信号同样以高低电平形式通过
输入输出I/O口被单片机捕捉，单片机处理报警信号，表现为声光报警电路工作，LED灯亮，蜂鸣器响。

同时将报警信号以中文的形式通过LCD12864液晶在本地进行显示，起到报警的作用。

此外，单片机通过串口传输的通信方式把一开始就存储在单片机内部的报警信息发送给GSM短信模块，GSM短信模块通过GSM网络把报警信息发送到手机屏幕上，以此来实现防火防燃气泄漏的功能。

独立按键主要是用于系统自检，按下按键，所有电路同时将报警信号以高低电平形式发送给单片机，单片机将全面报警的信息通过GSM短信模块发送到手机屏幕，完成系统自检功能。

2.3 元器件或模块的选型
本次毕业设计的课题名称是基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统的设计，对于这种整合的系统来说，要求系统当中所使用的传感器具备有较高程度的集成化，方便使用和控制，因此我在元器件的选型上，倾向于选择合适的，合理的，实用且易控的元器件或模块，以下是我本次毕业设计中各部分元器件或模块的遴选与挑选说明。

2.3.1 单片机的选择
方案一：主控制芯片选择STC系列单片机STC89C52。

这种低功耗，高性能的8位单片微型控制芯片在芯片内存方面也具有自己的优势，无论是只读存储器ROM还是随机读写存储器RAM，该款单片机相对于市面上其他型号的单片都具有优势。

STC公司的芯片在给芯片写入程序或者是擦除程序不需要过多的繁琐操作，在电路板上通过简单的下载线就可以通过串口直接写入或者是替换已经存在于芯片内部的程序。

STC89C52单片机运行时消耗的功率较低，且该款产品内部资源丰富，运算能力出众，技术非常成熟而且成本低，各个领域应用非常广泛。

方案二：主控制芯片选择AT系列单片机AT89S52。

AT89S52单片机的结构较为简单，单片产品出售价格低，与产品配套的相关资料比较丰富。

但是AT89S52单片机在内存方面相比于STC89C52单片机，明显处于劣势地位。

而且该款单片机的运算能力不强，在某些需要处理大量数据的场合显得并不够用。

而且AT系列单片机在程序编写和下载时友好度很低。

综上所述，结合设计需求来看，方案一更适合本次毕业设计。

2.3.2 红外检测传感器的选择
方案一：选择HC-SR501红外检测传感器。

红外热释电探头是这种型号的传感器的核心器件，再配合外围电路构成一个整体，采用红外技术来探测人体信号的集成化控制模块。

整个模块灵敏度较高，在各类自动感应设备中均有使用。

该模块集成化程度高，如果检查到有人体信号出现在附近，传感器的内部电路可以向外界输出一个高电平，模块使用起来较为方便。

但是，该模块抗干扰能力弱，其他的诸如热信号光信号等都会影响到模块的感应能力。

方案二：采用红外光二极管搭配LM393比较器构成红外检测电路。

使用红外光二极管和电阻等元器件按照需求设计红外光发射和接收电路，红外检测电路接上电源以后，发射二极管向外发出红外光，当接收二极管接收到物体反射回来的红外光时，接收电路由于二极管拥有单向导通性这一特性从而使得电路被导通，同时输出一个电压模拟量给外界，本持着电路简化的原则，我们输出的模拟量为红外光接收电路中的电压量，再把该电压量与比较器另一端输入端的参考电压做比较，通过比较器电路输出一个数字信号，方便单片机引脚捕捉，操作简单方便。

电路组成结构较为简单，成本低廉，感应迅速，抗干扰能力优秀。

综上所述，方案二更适合本次毕业设计。

2.3.3 GSM短信模块的选择
GSM短信模块本次毕业设计中使用的是GA6模块，该模块体积小，功耗低，功能强大，低电压工作模式，灵敏度高，不仅支持移动和联通2G，还具有覆盖全球的GSM网络。

此外，还具有覆盖率广，一旦激活永久在线，传输速度快，价格便宜等优势。

由于本次毕业设计中，GSM模块仅仅只用到短信发送功能，所以，GA6模块非常符合要求。

2.3.4 可燃气体检测传感器的选择
可燃气体检测传感器在本次毕业设计中使用的型号是MQ-2。

该传感器的使用条件极为宽泛，这得益于它的工作电压较低，而且该传感器因为选用了合适的气体检测探头，以及拥有合理的电路设计，所以在检查是否可燃气体浓度具有高灵敏度，此外，由于整个模块内部电路的高度整合，该模块甚至可以直接输出数字
和模拟两路信号。

相较于其他的气体传感器，MQ-2气体传感器更加符合本次毕业设计的需求。

2.3.5 烟雾传感器的选择
烟雾传感器使用的是XKC-010光电式感烟传感器。

XKC-010的工作原理是通过感应烟雾颗粒的浓度，其结构设计的独特性和对光电信号的处理技术，使得该模块具备抗外界光线干扰等特点，保障了传感器能够稳定的工作，在火灾发生的第一时间，该模块就能够及时准确的监测到火灾信号。

使用很是方便。

本次毕业设计中，XKC-010符合设计需求。

2.3.6 显示模块的选择
方案一：选择LCD1602液晶完成显示功能。

这种工业级的显示模块组，可显示的单位多达十六列，每一列可以显示上下两个除去汉字以外的字符，此外，1602的控制方式简单，由于引脚口较少，故占用单片机的I/O资源也较少。

方案二：选取LCD12864液晶完成显示功能。

12864功能强大，更为出众的一点是因为12864内部含有字库，可以显示汉字字符，这是1602无法实现的。

虽然12864的引脚相比较于1602要多，但是其能够显示中文字符这一优点弥补引脚过多的不方便。

综上所述：方案二更适合本次毕业设计。

2.4 元器件或模块的最终选择方案
经过对各部分模块的选择与论证，本次毕业设计所需的元器件如下所示：
1.单片机芯片：最终通过筛选确定的型号是STC89C52。

2.红外检测传感器：采用以红外对射管为核心设计出的红外检测电路。

3.GSM短信模块：采用GA6模块。

4.可燃气体检测传感器：挑选了MQ-2气体检测传感器。

5.烟雾传感器：选取XKC-010光电式感烟传感器。

6.显示模块：选取LCD12864液晶完成显示功能。

第3章系统硬件电路设计
本次毕业设计的题目是基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统的设计，STC89C52作为单片机最小系统的中枢控制核心，外围模块电路包括有红外检测电路、烟雾传感器电路、可燃气体检测传感器电路、GSM短信模块电路、显示电路、独立按键电路、时钟复位电路、声光报警电路等，依靠这些电路，整个系统得以实现家庭防盗报警的功能。

下面是各个部分的硬件电路设计。

3.1 红外检测电路的设计
3.1.1 LM393比较器
LM393是一种集成化的双电压比较器，内部由两个电压比较器，两个输出端口，电源和地组成。

其引脚示意图如图3-1所示。

在电压比较器通电并开始工作以后，两个输入端的电压大小关系与比较器向外界输出的电平成正比关系，即差值为正输出一个高电位信号，差值为负则输出一个低电位信号，这就是电压比较器工作的原理。

图3-1 LM393比较器引脚示意图
3.1.2 红外检测电路
红外检测电路由红外光发射电路，红外光接收电路，LM393比较器电路构成。

电路图如图3-2所示。

将电源接在整个电路两端，让电路开始工作。

红外光二极管上电以后向外界发射红外光，接收二极管没有接收到红外光时表现为电路开路，当有物体遮挡时，发出的红外被物体拦阻又反方向的传递回来，被接收电路吸收，二极管因为拥有单向导通这一特性，接收电路向外表现为电路接通，LM393比较器内部1号电压比较器同相输入端接受一个模拟电压信号，电路设计中1号比较器反相输入端固定的输入一个参考电压，旋转电位器的旋钮来调整参考电压的大小。

当两个输入端的电压大小差值为正时，LM393向外界表现为从1号输出端输
出一个高电位信号，单片机P3.7引脚与该端口相接，并连续的对该端口的电位变化情况进行监测与检查，就可以实时检测到红外检测电路的红外光变化，实现检测人体信号的功能。

为了使比较器输出一个稳定的高电平以便被单片机捕捉，常见的办法是加上一个上拉电阻在比较器的输出端口，这样输出的信号就不会发生突变或者是连续变化，它总是被电阻钳位在高电平状态。

图3-2 红外检测电路原理图
3.2 GSM短信模块的电路设计
GA6模块作为本次毕业设计的GSM短信模块，其引脚示意图如图3-3所示。

GA6模块的接线方式较为简单，因为该模块内置了各种各样的电路，让我们省去了应用该模块的种种复杂操作，具体的连线方法为，GA6模块的VCC与GND分别于电源电压和地相联，其13号引脚URX和12号引脚UTX分别于单片机串口数据传输端的TX和RX连接。

模块接通电源以后，先进行一连串的初始化工作，然后等待网络稳定。

一旦检测到报警信号的产生，单片机通过串口传输的数据通信方式把报警信号传给GA6模块，该模块把从单片机获取到的报警信号通过GSM 网络以中文短消息的形式发送到手机屏幕，实现防盗报警的功能。

图3-3 GSM短信模块引脚示意图
3.3 可燃气体检测传感器的电路设计
MQ-2气体检测传感器作为本次毕业设计的可燃气体检测传感器，其引脚示意图如图3-4所示。

该传感器集成程度较高，内置有比较器电路，当可燃气体浓度较高输出电压高于参考电压时可直接输出TTL电平，可通过调节电位器来改变传感器的参考电压，进而调节传感器的报警浓度阈值。

传感器要想工作首先得和VCC 和GND进行连接，信号输出引脚连向单片机得P3.6引脚，当可燃气体浓度超过一个范围，输出端口将输出一个低电平，单片机P3.6引脚接收到低电平即表示可燃气体浓度超标正常范围，触发报警。

图3-4 可燃气体检测传感器引脚示意图
3.4 烟雾传感器的电路设计
烟雾传感器使用XKC-010光电式感烟传感器，其引脚示意图如图3-5所示。

传感器正负极分别连接VCC和GND，输出端口接单片机P3.5引脚。

光电式感烟传感器是根据空气中烟雾浓度的不同导致感应电路输出的电压不同而设计，传感器内部区域为密封区域，相对应的两端分别由一个发光元件和一个光敏元件，当给传感器接通电源以后，发光元件正常发光，光敏元件接收光照射，电路维持正常。

如果发生火灾，烟雾充斥传感器内部，削弱发光元件发射出的光线，光敏元
件接收到的光线减弱，引起电路变化，通过传感器内置电路，输出端口输出一个高电平，单片机P3.5引脚检测到电平变化，即表明烟雾浓度超过正常值，可以认为发生火灾。

图3-5 烟雾传感器引脚示意图
3.5 单片机最小系统的电路设计
3.5.1 单片机
我的毕业设计中中枢控制核心选择的是STC89C52单片机。

是STC公司生产的一种新型单片微型控制器芯片，与传统芯片不一样的地方在于，STC公司在生产该款产品时，加入了很多自己原创的改动，使得这款产品能够适用于市面上各种形式的单片微型控制器控制应用系统。

STC89C52单片机芯片引脚示意图如图3-6所示。

图3-6 STC89C52单片机芯片引脚示意图
STC89C52按照不同的功能可以分为三大类共40只引脚，每个引脚功能都不相同，有的引脚可以复用出第二种功能，表3-1介绍了单片机的各个引脚。

表3-1 STC89C52引脚功能
STC89C52单片机可以复用成第二种功能的引脚如下：
P3.0和P3.1：串行数据的输入和输出引脚。

P3.2和P3.3：第二功能与外部中断有关，外部中断0和1的输入引脚对应于P3.2和P3.3。

P3.4和P3.5：第二功能与定时/计数器有关，这两个引脚分别是定时/计数器0和1的外部输入端口。

P3.6和P3.7：第二功能与单片机是否选择使用外部数据存储器有关，分别对应于写选择和读选择。

3.5.2 时钟电路
所有的工作都严格按照时间顺序来开展，在单片机最小系统中，时钟电路可以说是最小系统的心脏，最小系统能够运行的最直接原因就是因为由时钟电路产生时钟控制信号。

时钟电路的原理图如图3-7所示，单片机因为需要组成一个时钟振荡器，所以内部固化有一个具有高增益效果的反相放大器，输入端为18引脚XTAL2，输出端为19引脚XTAL2，然后在单片机的外围联接晶振和电容，组成。