毕业设计（论文）-GSM家庭智能防盗系统设计.doc

河南理工大学毕业设计（论文）说明书河南理工大学GSM家庭智能防盗系统设计 姓 名： 学 号： 专业班级： 指导老师： 所在学院：电气工程与自动化学院摘 要随着超大规模集成电路、通信技术、单片机技术的迅猛发展和人们保护意识的日渐增强，利用单片机及其它外围芯片实现自动报警已成为可能，而且是一种发展趋势。现有市场上的家用报警器都有一些不足之处，在现行产品基础上研制一种新型家用智能防盗报警器，进一步完善报警器的功能，提高可靠性，具有实际意义。因此本论文设计GSM家庭智能防盗报警系统。 采用模块化的设计思想，系统功能划分为三个部分：主模块、移动通信模块、警情采集模块。用户可以根据自己的需要和经济承受能力，购买相应的模块组合成满意的家庭报警器。主模块是系统的核心模块，其它部分作为功能模块。在主模块中预先留有各个功能模块的接口，并且将它们相应的软件驱动程序存入主模块之中，可以实现即插即用。增加万年历的功能，待机状态显示万年历和温度，监视室内温度，对火灾报警。本设计研制了一款新型家庭报警器，在现有的家庭报警器基础上，通过引入无线通信模块，使系统通过无线通信模块向外界报警，这样就克服了报警器因电话线被恶意剪断而失去报警功能的问题。 关键词：报警器；GSM；万年历；DS18B20；DS1302AbstractWith the dramatic development of very large-scale integrated circuit, the telecommunication technology and micro-control unit and the improvement of peoples awareness of security it is possible to realize alarm automatically by micro-controller and other chips. It also becomes a trend. But the product of alarm for family has some disadvantages. It is necessary to do some research on a new type of product based on the former product. So in this article an automatic alarm system is presented in this article.The alarm is designed by modular method. The alarm is subdivided into three parts at include the main module, mobile module, collecting information on alarm module. According to different requirement and expense, the custom can purchase different modules combine the product that is suitable for them. The main module is the key group of the alarm. The others are the function components, which are connected conveniently with the main module. The calendar function is increased in the system.The alarm show calendar and temperature, monitoring the indoor temperature on standby mode.A type family alarm is presented in the article. The wireless communication module is introduced in the existing home alarm. This system can alarm by a wireless communication module. This system can also realize alarm when phone lines are maliciously cut.Keywords: alarm, GSM, permanent calendar, DS18B20，DS1302II目 录摘 要IAbstractII目 录11绪 论41.1课题来源及研究意义41.2报警器发展历程41.3国内外研究现状简述42总体方案设计62.1 报警器的功能要求62.2 总体设计方案62.2.1基本设计62.2.2设计原则62.2.3总体设计方案72.2.4系统的预期效果82.3 相关知识介绍数字移动通信系统82.4 单片机开发工具92.4.1 单片机的软件开发工具92.4.2 单片机的硬件开发工具113硬件设计133.1 核心控制模块133.1.1 单片机芯片介绍133.1.2 单片机功能特性133.1.3 单片机端口特性143.1.4 I/O分配表153.1.2 最小系统硬件电路设计153.2 热释电传感器163.2.1 热释电红外线传感器简介163.2.2 敏感单元163.2.3 滤光窗173.2.4 菲涅尔透镜183.3 温度传感器193.3.1 温度传感器简介193.3.2 温度传感器的外形和内部结构193.3.3 温度传感器工作原理203.3.4 测温电路图233.4 时钟模块253.4.1 功能与特点253.4.2 结构263.4.3 寄存器263.5 显示模块273.5.1 显示模块引脚功能273.5.2 内部显示地址283.5.3 指令系统293.5.4 时序图293.5.5 液晶显示字符代码表303.5.6 显示模块电路图313.6 按键模块323.7 蜂鸣器模块设计333.7 无线通讯模块333.7.1电源电路343.7.2 数据通信电路343.7.3 语音通信电路353.7.4 SIM卡电路353.7.5 TC35模块管脚功能353.7.6 TC35i功能363.7.7 SIEMENS AT命令集373.7.8 移动通讯模块电路图374软件设计394.1 主程序394.1.1 主程序设计流程394.1.2 主程序关键程序404.2 显示程序404.3 按键扫描程序404.4 无线通讯模块程序设计414.4.1 常见指令及使用方法414.4.2 短消息的编码方式424.4.3 发送短信关键程序46致 谢47参考文献481绪 论1.1课题来源及研究意义随着超大规模集成电路、通信技术、单片机技术的迅猛发展和人们保护意识的日渐增强，利用单片机及其它外围芯片实现自动报警已成为可能，且是一种发展趋势。它不仅有体积小、安装方便、功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，因此应用前景广泛。但是现在市场上的家用报警器都有明显的不足之处，在现行产品的基础上研制一种新型的家用防盗报警器，提高可靠性，具有实际意义。这对于保障居民的生命财产安全，提高公安、消防、医疗、保安等部门的快速反应能力，有着重要的价值。1.2报警器发展历程报警器的发展与微电子技术的发展息息相关，大致可分为三个发展阶段，对应着三代产品： 第一代是利用纯分离元件组成的产品，其特点是电路组成复杂，功能单一，可靠性较差，体积较大。第二代是利用集成芯片IC(Integrated Circuit)和分离元件组成的产品，其特点是电路组成较复杂，但是可以实现多种功能，可靠性比第一代产品高。 第三代是以单片机为核心，外加其它集成芯片和分离元件组成的产品，其特点是功能齐全，可靠性高，具备一定的智能化功能，但电路组成较复杂。1.3国内外研究现状简述随着科学技术的迅猛发展，人类已经步入了信息时代，智能化住宅也应运而生，计算机技术、网络技术、控制技术、通信技术等各种技术的发展为智能建筑的发展打下了坚实的基础。另一方面社会上广大的开发商、工程业主等也逐渐加大了智能建筑的投资。住宅智能化现在还没有确切的定义，它一般包括住宅安全自动化，通信自动化，保健自动化和管理自动化。安全技术防范行业是智能住宅安全自动化的一个重要内容，随着近几年国际互联网技术的发展，安防行业得到快速发展。在我国，家庭安全防范报警系统已成为智能小区中实现安全管理的基础，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等内容。家庭智能报警便是其中的一项内容，报警器应具有多个探测器接口，可接收红外及微波探4河南理工大学毕业设计（论文）说明书测器、感烟探测器、温度探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号，然后通过通讯网络将报警信息传送到相关通讯设备上，以使灾情得到及时处理，保护人们的生命财产安全。报警设备主要是在两方面发展较快，一方面是探测器技术和探测器的发展，另一方面是远程报警系统的发展。探测器的发展主要表现在出现了被动红外、超声波和微波三种不同的探测技术，各种不同类型的探测器也纷纷涌现。最有前途的是复合式探测器，即在同一个封装盒里安装两种以上不同的探测器，两者组合后误报率将会大大降低。复合式探测器一般有超声波/被动红外复合式探测器、微波/被动红外复合式探测器。远程报警系统的发展主要表现在出现了有线式报警系统、无线式报警系统，报警联防网络等。目前我国有关报警系统方面的产品也愈来愈丰富。按照报警系统的规模可分为小规模、中规模和大规模防盗报警系统：小规模防盗报警系统近年来在市场上较多见，例如无线式系统。它具有安装方便、简单，一次性投资小的特点，但是存在覆盖面积小、误报率高等问题，使用场合受到一定限制。但是此类产品具有体积小、耗电低、成本低、功能单一等优点，对于一些简单的报警场合和个人家庭，具有很大的市场潜力，目前此类产品在市场上非常活跃。中规模防盗报警系统，例如闭路电视监控系统、智能监控系统，无论从功能上，还是从结构上，都介于小规模防盗报警系统和大规模防盗报警系统之间。其报警功能、有关技术指标和系统性能与真正的报警系统相比还较差，与微机系统相比，此类系统缺乏人机界面、图形功能和管理功能，性价比低。目前市场上有不少此类产品，例如美国C&K公司的2300系列，美国ADEMCO公司的4110系列防盗报警系统，国内此类产品如康必特电子技术研究所生产的CPT-302传呼报警系统，中国金辰安全技术公司研制的TW-A防盗驱逐报警系统等。大规模防盗报警系统一般都是指微机监控系统，微机监控系统能充分发挥微机的作用，利用微机软件灵活多变，人机界面友好，管理操作简单、方便，图形丰富等特点而做成的监控软件，可监控数十个甚至上百个控制分机，性能价格比较高。国外在此方面的系统研究得较早，有系列的商品，如美国C&K 公司的“MONITOR”监控软件等。国内在此方面的系统较小，产品没有形成系列化和商业化，只有一些简单的微机软件监控系统。2总体方案设计现行家用报警器的功能虽然己经比较齐全，但是并不完善。一个明显的不足之处是：因为它们是通过电话线实现向外界报警功能，所以当电话线被恶意剪断时则失去向外界报警的功能。因此，本文将提出一种整体设计方案，以求解决原有家用报警器的不足，完善其功能，提高其可靠性。根据产品功能要求和产品的性价比，决定采用单片机技术与移动通信技术进行总体方案设计。2.1 报警器的功能要求根据用户提出的实际要求，本文所研制的报警器的功能要求如下：(1)可实现非法侵入、火灾紧急情况的报警。(2)可通过GSM（Global System for Mobile Communications）全球移动通信系统模块与电话网络联接，报警时能迅速拨打发送短信。(3)发送短信内容为中文，显示报警时间。(4)可预先存储1组号码，且掉电不丢失。(5)待机状态液晶屏显示万年历，时间日期可调。2.2 总体设计方案2.2.1基本设计对于单片机系统来说，要想其能够可靠的工作，具有良好的性能，硬件设计是最为关键的地方之一。硬件就好比系统的骨架，只有硬件具有了高可靠性，才能支撑起软件良好实现系统所要达到的功能。正是由于硬件系统的这种特殊地位，所以在硬件的设计过程中必须有一个可靠的设计原则。2.2.2设计原则1、可靠性高高可靠性是系统应用的前提，是防盗报警产品的生命线。在系统设计的每一个环节，都应该将高可靠性作为首要的设计准则，系统一旦失去了可靠性也就失去了产品的生命力。因此，针对系统在具体使用过程中可能存在的情况根据理论原理对系统的设计方案深刻论证严格把关。2、性价比高本家用防盗器具有体积小、速度快、功耗低等特点，并且集成了丰富的硬件资源，具有很高性价比。在设计硬件时，做到简化设计，减少元器件的使用数量，提高复用度。3、功能完备，操作简便，高度人性化强大、完备的功能将受到更多用户的欢迎，显著增加产品在市场上的竞争力。在设计家用无线防盗报警器的硬件、软件系统时，针对很多同类产品的不足，相应地增加了家用无线防盗报警器的功能。实现功能完备的同时，系统的操作使用上，尽量做到简单、方便，高度的人性化。比如说设防时只需要拨动一个按键就可以；系统状态全面直观，一目了然。4、功能可扩展一个有广泛使用性和强大市场生存力的系统必须在系统设计时考虑以后系统的可扩展性。能够实现不用改变或者改变很少即可用于其它的场合，或者根据要求能够增加系统的处理能力，使系统具有良好的可升级能力。只有具备可扩展性，产品才能够在市场上长时间的存在下去，否则会很快的被市场所淘汰。因为这样的产品属于阶段性产品，只能满足社会某个特定时期的要求。本系统的设计充分考虑到了以后的系统升级需要。 5、模块化设计根据本系统是用于防盗报警的这一特殊应用目的，系统尽量使用模块化设计，实现模块化积木式组合与拆分的功能，便于升级换代，减少二次投资，可以满足报警场合对功能和价格的选择。2.2.3总体设计方案根据系统功能的要求和系统构成的需要来设计报警器，其总体设计方案如图2-1所示。采用单片机作为控制中心，配有移动通信模块、温度采集电路、红外采集电路、声光报警电路、时钟模块电路、显示电路。图2-1报警器总体设计方案框图2.2.4系统的预期效果红外微波探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如大厅，卧室等，报警主机放在家里比较隐蔽的区域，当系统设定为布防状态时，一旦有人入侵，报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，蜂鸣器发出声响报警、驱赶侵入者，同时发送短信提醒主人；当温度达到设定的火警级别时，延时5s报警主机再次确认，温度仍然超限红灯亮，发送火灾短信，三灯同时亮，蜂鸣器响，直到温度降到警戒值。用户端自动报警器的面板上的三个LED灯用来指示系统的工作状态，红色警灯指示系统处于报警状态、黄色灯指示系统处于布放状态、绿色灯来指示布放待机状态、三灯都亮指示系统处于温度报警状态、红灯绿灯亮指示系统检测到温度高于警戒值。2.3 相关知识介绍数字移动通信系统移动通信模块采用的是基于GSM数字移动通信系统的通信模块。通信就是信息交流。随着社会的发展，人们对通信的要求越来越高，希望无论何时何地都能及时可靠地实现与任何人之间的通信。因此，传统的固定通信手段已不能满足人们的需要，移动通信就是在这种要求下发展起来的。移动通信就是指通信的双方，至少有一方是在移动中进行的通信。例如固定点与移动体(车辆、船舶、飞机)之间、移动体之间、活动的人与人之间以及人与移动体之间的通信都属于移动通信的范畴。要使通信的一方或双方在移动中实现通信，就必须采用无线方式。当前所使用的无线频段主要为VHF频段的150MHz和UHP频段的450MHz，800MHz，900MHz。最近已经出现使用1.8GHz频段的GSM数字蜂窝移动电话系统。GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来，并在蜂窝系统的基础上发展而成。GSM系统是1982年欧洲电信主管部门会议为开发第二代数字蜂窝移动系统而成立的机构，后来，欧洲的专家们将GSM有关的技术职能交给了欧洲电信标准协会。同时，为维护GSM网络运营者、设备制造商和用户的共同利益，各国的运营者和制造商共同发起并成立了GSM MOU(Memorandum of Understanding，谅解备忘录)组织。MOU组织1991年在欧洲开通了第一个系统，同时为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。同年，移动特别小组还制定了1.8GHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCSI800系统。该系统与GSM900具有同样的基本功能特性，它只占GSM协议的很小一部分，仅将GSM900和DCSI800之间的差别加以描述，二者绝大部分是通用的，均可通称为GSM系统。1992年，大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。到1994年5月已有50个GSM网在世界上运营，10月总客户数已超过400万，国际漫游客户每月呼叫次数超过500万，客户平均增长超过50%。1993年，欧洲第一个DCSI800系统投入运营。到1994年已有6个运营者采用了该系统。GSM系统技术规范中只对功能和接口制定了详细规范，而未对硬件做出规定。这样做的目的是尽可能减少对设计者的限制，并使各运营者有可能购买不同厂家的设备。1991年中国在嘉兴市建立和开通了我国第一个GSM引示系统，并于1993年9月正式开放业务。目前，我国GSM用户数量已超过7亿，成为世界上GSM手机量最多的国家。GSM系统的主要技术有以下6个特点：(1)由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡等技术，使系统的频谱效率高。(2)具有灵活和方便的组网结构，频率重复利用率高，容量加大。(3)除开放话音业务外，还可开放承载业务、补充业务和与综合业务数字网（Integrated Services Digital Network, ISDN）相关的业务。(4)提供开放性接口，可与各种公用通信网互连互通，任何厂家提供的GSM系统都能互连。(5)通过鉴权、加密和临时识别码(Temporary Mobile Subscriber Identity, TMSI），可以达到安全的目的。(6)在SIM（Subscriber Identity Module,客户识别模块）卡基础上实现自动漫游功能，全部GSM移动用户都进入GSM系统而与国别无关。2.4 单片机开发工具2.4.1 单片机的软件开发工具本报警器的主机采用AT89C52RC单片机来实现。采用高级语言工具C51来进行软件设计。美国Archimedes公司和Franklin Software公司在20世纪90年代初专门为基于51系列单片机开发了高级语言工具C51。利用该工具编写的代码简单高效、结构清晰，尤其是后来不同类型的微处理器及其更新产品的开发工具基本上都支持C语言，因此用C语言编写的程序容易移植和维护。现在C51主要有两个版本：一个是Archimedes公司的C51 V4.05A，另一个是Franklin Software公司的C51 V3.20。两个版本都支持ANSI(American National Standards Institute，美国国家标准学会)标准，同时为满足MCS51单片机的特殊需要又扩展了一些关键字，如 bit，code，data，idata，sfr，reentrant等。但是对于单片机89C51的应用，只有Franklin Software C51 V3.20编译器提供C语言编程的方法。该编译器对局部变量及传递参数使用RAM（Random Access Memory，随机存储器）覆盖技术，使其内部RAM的利用效率提高，因此C51完全可以和汇编语言相比拟。同时，该编译器还可以产生Intel格式的目标文件。 FranklinC51 V3.20有以下5个特点：(1) 存储模式上FranklinC51支持SMALL，COMPACT，LARGE模式。当缺省存储类型时，存储模式将自动决定变量的默认存储类型，不能位于RAM中的参数、传递变量和无明确存储类型说明的局部过程变量也将保存在默认的RAM区域。(2) 存储类型FranklinC51支持89C51微处理器及结构，可完全访问硬件系统的所有部分，每个变量可准确地赋予不同的存储类型，如表2-1所示。表2-1 C51存储类型与89C51存储空间的对应关系 存储类型 对应存储空间 data 直接寻址片内数据存储区，访问速度快（128字节） pdata 分页寻址片外数据区（256字节）MOVXR0访问 xdata 片外数据存储区（64k）MOVXDPTR访问 code 代码存储区（64k）MOVCDPTR访问 (3) 数据类型。FranklinC51支持的数据类型为bit，signed char，unsigned char， signed int，unsigned int，long，unsigned long，float指针等。变量可以组合为结构和联合，也可定义为多维数组，同时还可以通过指针访问变量。另外，FranklinC51还有两个特殊的数据类型sbit和sfr，用来简化对89C51微处理器的特殊功能寄存器(SFR)的访问，如表2-2所示。表2-2 C51的特殊数据类型 数据类型 长度 范围 sbit 1位 1 or 0 sfr 1字节 0255 sfr16 2字节 065535(4)指针。FranklinC51支持一般三字节指针和基于存储器的指针，其中基于存储器的指针由C源代码中存储类型决定并在编译时确定，用这种指针可以高效访问对象并且只需一至二字节。例如，用于访问内部RAM或外部PRAM的字节指针和用于访问外部RAM或ROM的二字节指针(指针之间可以相互转换)，从而实现对存储器的高效访问如表2-3所示。 表2-3 C51的指针类型指针说明 长度 指向 float*p3 3字节 所有89C51存储空间“float” chardata*dp 1字节 “data”存储区中的“char”longpdata*pp 1字节 “pdata”存储区中的“long”charxdata*xp 2字节 “xdata”存储区中的“char”(5)中断和重入。FranklinC51支持对中断的所有方面的控制和存储器组的使用，从而创建高效的中断服务程序，产生最合适的代码，它使用关键字interrupt声明中断过程，用using声明使用的存储器区，函数的重入需要使用关键字reentrant(重入函数的使用效率要低得多)。使用C源程序直接开发中断过程的函数语法如下：返回值 函数名 (参数) 模式 再入 ；Interrupt vector using bank interrupt后的数值vector为89C51控制器的多中断。中断及入口地址如表2-4所示。表2-4 C51的中断向量表中断类型 中断向量0：外部中断0003H1：定时器/计数器0中断000BH2：外部中断1 0013H3：定时器/计数器1中断001BH4：串行端口中断0023H2.4.2 单片机的硬件开发工具本设计硬件设计采用Altium Designer进行电路图设计。采用Protues进行LCD1602显示电路仿真实验。Altium Designer是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows XP操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，同时使电路设计的质量和效率大大提高。Altium Designer全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP在内的一系列版本的功能和优点，还增加了许多改进和很多高端功能。拓宽了板级设计的传统界面，全面集成FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。Protues软件是英国Labcenter Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译。3硬件设计本章详细介绍主模块的硬件和软件设计。主模块包括主机、温度采集电路、LCD1602显示电路、时钟电路、GSM短信报警电路、按键电路和声光报警驱动电路。详细阐明芯片选择的比较，所选用芯片的内部组成、功能特点、外围电路及其接口电路，并设计出具体的硬件电路。根据硬件连接和模块的功能要求，提出软件的设计方法并编程。3.1 核心控制模块核心控制模块采用AT89C52RC单片机来实现。单片机是将中央处理器(Central Processing Unit, CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(Read-Only Memory, ROM)、定时/计数器及输入/输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在世界上已经有很多大公司能够生产单片机，随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高，相继出现了32位和64位单片机，但根据实际系统的需要和产品的性价比，本设计选用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C52RC作为系统的主机。3.1.1 单片机芯片介绍本设计选用AT89C52RC单片机芯片，AT89C52RC是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52RC单片机在电子行业中有着广泛的应用。3.1.2 单片机功能特性(1)兼容MCS51指令系统(2) 8kB可反复擦写(大于1000次）Flash ROM；(3) 32个双向I/O口；(4) 256*8bit内部RAM；(5) 3个16位可编程定时/计数器中断；(6) 时钟频率0-24MHz；(7) 2个串行中断，可编程UART串行通道；(8) 2个外部中断源，共8个中断源；(9) 2个读写中断口线，3级加密位；(10) 低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；图3 -1单片机管脚图3.1.3 单片机端口特性(1) P0口是一组8位漏极开路型双向I/O 口，即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。(2) P1口是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O 口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。(3) P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。(4) P3口是一组内部带有上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL 逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。3.1.4 I/O分配表表3-1 AT89C52 I/O分配表符号 端口符号端口LCD1602 D0-D7P0LCD1602 RSP2.7模式键（Key4）P1.3GSM RXDP3.0OUTP1.4GSM TXDP3.1布防/减键（Key3）P1.7撤销/调节键（Key1）P3.2报警灯（R）P2.0报警/加键（Key2）P3.3布防灯（Y）P2.1蜂鸣器（F）P3.4测试灯（G）P2.2DS1302（SCK）P3.5LCD1602 ENP2.5DS1302（SDA）P3.6LCD1602 RWP2.6DS1302（SDA）P3.73.1.2 最小系统硬件电路设计根据系统设计的需要，本报警器的主机由一片AT89C52RC单片机和11.0592Mhz的晶振等元器件组成，外设电源指示灯，采用USB供电方式供电，电路图如图3-2所示。图3-2 单片机最小系统电路3.2 热释电传感器红外探测器作为整个报警系统的最前端，完成触发报警信号的工作。红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号作为报警信号发送到前端信息处理模块。3.2.1 热释电红外线传感器简介普通热释电人体红外线传感器的外形如图3-3所示，D脚和S脚分别为内部场效应管的漏极和源极的引出端，G脚为内部敏感元件的接地引出端。因S和G之间悬空，故使用时其间应接输出电阻R，才能输出传感信号。为了增强抗干扰能力，在此电阻上应并一个电容C。传感器由敏感单元、滤光窗和菲涅尔透镜组成。图3-3 热释电红外线传感器外形3.2.2 敏感单元敏感单元的等效电路如图3-4所示，内部敏感材料做成很薄的薄片，每一薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容，因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，且形成的等效小电容能自身产生极化，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容的极性是相反串联的。这正是传感器的独特设计之处，因而使得它具有独特的抗干扰性。当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，由于C1、C2自身产生极化，在电容的两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，而这两个电容的极性是相反串联的，所以，正、负电荷相互抵消，回路中不产生电流，传感器无输出。当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到C1、C2上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消。传感器仍然没有信号输出。同理，在灯光或阳光下，因阳光移动的速度非常缓慢，C1、C2上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上传感器的响应频率很低（一般为0.110Hz），即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄（一般为515m），因此，传感器对它们不敏感。当环境温度变化而引起传感器本身的温度发生变化时，因C1、C2做在同一硅晶片上，它所产生的极性相反、能量相等的光电流在回路中仍然相互抵消，传感器无输出。只有当人体移动时，红外辐射引传感器敏感单元的两个等效电容产生不同的极化电荷时，才会向外输出电信号。所以，这种传感器只对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感，且对可见光和大部分红外线具有良好的抗干扰能力。图3-4 敏感单元等效电路3.2.3 滤光窗 它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，滤光窗能有效地滤除7.014m波长以外的红外线。例如，SCA02-1对 7.514m波长的红外线的穿透量为70%，在6.5m处时下降为65%，而在5.0m处时陡降为0.1%，有效地保证了对人体红外线的选择性。因为，物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足mT=2989（mk）（其中m为最大波长，T为绝对温度）。人体的正常体温为 3637.5，即309310.5K，其最强红外线的波长为m=2989/（309310.5）=9.679.64m，中心波长为9.65m。因此，人体辐射的最强红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长（714m）的中心。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线通过，以免引起干扰。3.2.4 菲涅尔透镜 不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到10米。菲涅尔透镜用聚乙烯塑料片制成，颜色为乳白色或黑色，呈半透明状，但对波长为10m左右的红外线来说却是透明的。其外形为半球，平面图形如图3-5所示。从图中可以看出，透镜在水平方向上分成3个部分，每一部分在竖直方向上又等分成若干不同的区域。最上面部分的每一等份为一个透镜单元，它们由一个个同心圆构成，同心圆圆心在透镜单元内。中间和下半部分的每一等份也为分别一个透镜单元，同样由同心圆构成，但同心圆圆心不在透镜单元内。当光线通过这些透镜单元后，就会形成明暗相间的可见区和盲区。由于每一个透镜单元只有一个很小的视角，视角内为可见区，视角外为盲区。任何两个相邻透镜单元之间均以一个盲区和可见区相间隔，它们断续而不重叠和交叉，如图3-5所示。这样，当把透镜放在传感器正前方的适当位置时，运动的人体一旦出现在透镜的前方，人体辐射出的红外线通过透镜后在传感器上形成不断交替变化的阴影区（盲区）和明亮区（可见区），使传感器表面的温度不断发生变化，从而输出电信号。也可以这样理解，人体在检测区内活动时，一离开一个透镜单元的视场，又会立即进入另一个透镜单元的视场，（因为相邻透镜单元之间相隔很近），传感器上就出现随人体移动的盲区和可见区，导致传感器的温度变化，而输出电信号。菲涅尔透镜不仅可以形成可见区和盲区，还有聚焦作用，其焦点一般为5厘米左右，实际应用时，应根据实际情况或资料提供的说明调整菲涅尔透镜与传感器之间的距离，一般把透镜固定在传感器正前方15厘米的地方。图3-5 菲涅尔透镜本设计采用BISS0001实现通过热释电红外传感模块探测接近布防家居的人、物。BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它内含运算放大器、电压比较器、状态控制器、延时定时器及参考电源。可以和热释电红外传感器实现被动式热释电红外延时开关， 通过与BISS0001芯片相连，人体红外热释感应模块，根据红外接收二极管的特性，通过判断输出电压的范围，来判断、感知到一定范围内的人体发出的红外线，该模块已集成其外围电路，有三个对外接口，分别为电源、地线和信号线。上电后，芯片需要1分钟左右的时间初始化，期间会有0-3次高电平出现。采用持续感应模式，当感应到热源时，信号线输出高电平，热源消失后在一段延时后恢复到低电平。下次感应到热源时，再次出现高电平，可重复触发。该模块通过非门进行电平转换后与单片机P3.2（低电平触发）引脚连接，使用外部中断方式控制单片机运行。3.3 温度传感器DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。3.3.1 温度传感器简介DSl8B20数字温度计提供9位（二进制）温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出，因此从主机CPU到DSl8B20仅需一条线（和地线）。DSl8B20的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。因为每一个DSl8B20在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。DSl8B20的测量范围从-55C到+125C，增量值为0.5C，可在l s(典型值)内把温度变换成数字。每一个DSl8B20包括一个唯一的64位长的序号，该序号值存放在DS18B20内部的ROM（只读存贮器）中。开始8位是产品类型编码（DS18B20编码均为10H）。接着的48位是每个器件唯一的序号。最后8位是前面56位的CRC（循环冗余校验）码。DS18B20中还有用于存储测得的温度值的两个8位存贮器RAM，编号为0号和1号。1号存贮器存放温度值的符号，如果温度为负(C)，则1号存贮器8位全为1，否则全为0。0号存贮器用于存放温度值的补码，LSB(最低位)的1表示0.5C。将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以2就得到被测温度值(-55C到125C)。每只DS18B20都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长：采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快。3.3.2 温度传感器的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管脚排列如图3-6所示。DS18B20引脚定义：(1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为电源地；(3)VDD为外接供电电源输入端图3-6 DS18B20管脚图（在寄生电源接线方式时接地）。3.3.3 温度传感器工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为7