物联网的家庭传感器网络组网毕业设计（论文）毕业设计（论文）

1、物联网的家庭传感器网络组网毕业设计论文毕业设计论文 本科毕业论文设计题目 物联网的家庭传感器网络组网设计 学生姓名 专业名称 电气工程及其自动化 指导教师 年 月 日物联网的家庭传感器网络组网设计摘要本系统在正常工作时用户通过 发送指令指令被GSM模块接受并将指令传送给单片机单片机处理信号发出控制指令通过继电器等控制电路的通断电动机的正转反转等到达控制家用电器设备的效果本系统是基于全球移动通信系统进行设计的系统采用GSM模块进行短信收发以 STC89C52RC单片机系统为控制核心进行信息的反应和远程控制从而实现远程报警远程控制等功能关键词GSM模块 单片机The networking desi

2、gn of home sensor based on the Internet of thingsAbstracts When this system works in good condition the users could send messages through cell phone or telephone the GSM module accept the instructions and send it to the microcontroller The SCM processes signals send the orders out and control the on

3、-off switch or the forwardreversal of the electromotor to control household appliancesThis system is designed on the basis of the global mobile communication system The system which with the core of STC89C52RC SMSsends and receives messages by using GSM module It can realize the functions of remote

4、alarm remote control through giving information feedback and controlling appliances remotelyKey words GSM module singlechip目 录1前言V2系统的总体设计方案与主要功能VI21系统的总体设计方案VI22系统主要功能VII31传感器单元硬件设计方案VIII32控制系统单元硬件设计方案IX33 GSM 模块方案IX34电源模块方案X4硬件电路设计XI41 GSM与单片机硬件连接XI42执行机构电路XI5系统软件设计XIII51系统流程图XIII52 AT 指令XIVXV61GS

5、M模块收发程序XV62烟雾传感器模块核心代码XXII63 DS18B20核心代码XXIII64 ADC0809功能核心代码XXVII结论XXX参考文献XXXI谢 辞XXXII1前言 随着经济的快速增长快节奏的生活状态得人们越来越注重生活的质量和品位人们对舒适方便高效的生活环境的渴望愈来愈强烈如何建立一个高效率低本钱的智能家居系统已经成为当今世界的一个热点问题目前国内外各种类型的智能家居产品越来越多但其中大局部是基于 网的安防控制系统并且只是应用于高档住宅一般的普通民众都无法接受其高昂的价格并且目前国内固定 的用户正在急剧减少 用户的数量在飞速增长所以一种价格低廉且功能齐全的基于GSM模块的的家

6、居智能控制系统就将应运而生 本系统介绍的家居智能控制系统采用GSM模块进行短信收发以 STC89C2RC芯片为控制核心实现远程控制信号采集远程报警等功能2系统的总体设计方案与主要功能21系统的总体设计方案 图1 系统总体结构框图系统的总体结构框图如图1所示当用户家里有盗贼出入或者门窗没有关好发生火灾或者煤气泄漏温度低于或者高于预设温度时相应的传感器发出信号此时数据采集模块将传感器发出的信号转换成数字量然后送给单片机控制系统进行计算和分析后通过RS232串口将数据传送给GSM模块将家里即时信息发送到用户 上同时单片机控制系统将控制启动相应的执行机构如翻开启动报警器翻开照明灯翻开电磁阀翻开空调等等

7、当GSM模块接受到用户短信指令后将其转换成数字量通过串口送给单片机系统分析指令的意思然后开启相应的家电设备比方提前翻开灯电视热水器或者空调实现远程控制功能智能家居系统各单元的组成与功能简介传感器单元传感器单元主要包括有红外传感器烟雾传感器温度传感器等主要是对家中各指标进行检测例如烟雾浓度温度上下等并将这些离散量装换成数字量送给控制系统单元控制系统单元控制系统单元主要有STC89C52芯片和外部必要的复位电源电路等构成主要是对传感器单元和GSM模块传送过来的数据进行分析和计算从而发出正确的指令GSM模块单元GSM全称为全球移动通讯系统是用户与系统通讯连接的最重要的单元电源模块采用UPS供电保证系

8、统能在断电的情况下能正常运行22系统主要功能1 远程控制功能接收用户发送来的控制命令并由单片机来实现不同家电工作及停止功能会自动发送报警短信给预先设定 号码的用户在断电时可继续工作可以克服了停电时不能报警等缺点 硬件的技术方案包括传感器单元硬件设计方案控制系统单元硬件设计方案GSM模块单元硬件选择方案电源模块硬件选择方案31传感器单元硬件设计方案本系统传感器单元包括红外传感器烟雾传感器温度传感器和AD转换模块红外传感器采用主动红外探测器主动红外探测器由红外发射机红外接收机和报警控制器组成红外发送端和接收端之间有一道红外光束当人体穿越此光束时必将局部或全部遮挡红外光束接收端输出电信号的强度会发生

9、变化从而启动报警控制器发出报警信号同时发报警短信信息给用户烟雾传感器采用MQ-2它是一种电阻控制型的气敏器件其阻值随被测气体的浓度成分而变化气敏器件又是一种气电传感器件它将被测气体的浓度成分信号转换成相应的电信号其响应时间5s恢复时间30s探测液化气的浓度在300ppm-5000ppm足以满足本系统设计要求4 AD转换模块主要采用ADC0809芯片其主要是将各传感器采集回来的数据转 换成数字量送给STC89C52RC单片机进行计算和分析0809具有8路模拟输入端口地址线23-25脚可决定对哪一路模拟输入作AD转换22脚为地址锁存控制当输入为高电平时对地址信号进行锁存6脚为AD转换启动控制当输入

10、电平由低到高再到低后A就开始AD转换7脚为AD转换结束标志当AD转换结束时7脚输出高电平9脚为AD转换数据输出允许控制当OE脚为高电平时AD转换数据从端口输出32控制系统单元硬件设计方案控制系统单元主要由STC89C52RC芯片及其复位和电源电路组成8位STC89C52RC单片机是STC公式开发的一款增强型的51单片机芯片具有低功耗运行稳定存储空间大等特点用户应用程序空间为8KB片上集成512字节RAM具有ISPIAP功能无需专用编程其可直接通过串口下载用户程序数秒即可完成节约购置专用编程器的资金具有3个16位定时计数器最主要的是该芯片与51芯片兼容给使用者带来极大的便利33 GSM 模块方案

11、 本系统设计使用的GSM 模块是Siemens公司的TC35ITC35I图3 TC35I的组成框图34电源模块方案本系统采用UPS进行供电以保证在掉电情况下防盗报警功能依然能正常运行不间断电源UPS是当交流输入电源俗称市电发生异常或断电时还能继续向负载供电并能保证供电质量是负载供电不受影响的装置其根本结构原理图如图4所示图4 UPS根本结构框图当市电正常时通过整流器将交流电整流成直流点给蓄电池充电同时通过逆变器又变换成交流电供应负载当市电断电后那么蓄电池放出直流电通过逆变器逆变成交流电后继续给负载供电这样在有市电时供应负载的同时给蓄电池充电当市电断电时蓄电池那么充当电源通过逆变给负载继续供电实

12、现不间断供电4硬件电路设计本系统的硬件电路主要包括GSM模块与STC89C52RC芯片的连接电路和执行机构电路41 GSM与单片机硬件连接 GSM与STC89C52RC的硬件连接图如图5所示图5 GSM与单片连接原理图单片机与GSM 模块的硬件连接TC35I的数据接口采用串行异步收发 数据接口配置为8 位数据位1 位停止位无校验位可以在300-115×103 bps 的波特率下运行在和TC35I 之间加电平转换图6 执行机构局部电路图本系统共有八路通过继电器通断实现对电器控制的执行机构电路单片机管脚通过10K限流电阻与三极管基极相连当相应的管脚呈高电平时那么相对应的三极管就会导通信号

13、继电器线圈也就会通电吸合从而实现家用电器的开关当单片机管脚输出为低电平时三极管失去导通电压关断由于继电器线圈并联了一个续流二极管此时继电器线圈产生的巨大的感应电流会通过续流二极管与线圈形成通路最后电能将全部在线圈上消耗从而感应电流就不会冲向三极管保证了电路的稳定性和可靠性5系统软件设计51系统流程图图7 系统流程图本系统的软件局部由C语言编写C语言有较好的可阅读行和移植性大大的方便了程序的编写系统流程图如图7所示首先对系统进行初始化初始化包括串行通讯口的初始化中断初始化TC35I的初始化然后单片机对是否接受到短信指令和与传感器连接的IO进行循环检测当GSM接收到短信指令时通过单片机的分析计算启

14、动相应的电器同时给用户发送操作成功的短消息然后继续对传感器进行检测如果没有传感器没有信号那么又返回继续对GSM是否接收到短信指令进行检测就这样循环进行检测当家里发生险情或温度过高时软件进入中断效劳程序对三个传感器分别进行判断然后进行相应的处理同时完成对报警信息的发送52 AT 指令AT指令是以AT作首字符结束的字符串AT指令的响应数据包在 中每个指令执行成功与否都有相应的返回对TC35I 的操作均采用AT 指令它包含了GSM 语音和短信息的控制ATXXXX根据AT 指令的GSM0705 标准发送和接收中文或中英文混合的短信息必须采用PDU 模式Text 模式只支持传送英文及数字信息设置短消息发

15、送格式0-PDU1-文本ATCMGF 1发送短消息 短消息内容为 ATCMGS "1XXXXXXXXXX" 用户 OKzz 表示z"ATCSCA 861XXXXXXXXXX湘潭"读取短信息内容ATCMGR ATCREG删除短息防止溢出ATCMGD 16各模块核心程序61GSM模块收发程序单片机实现短信自动发送进行短信发送的前提是短信内容的正确编码经过以上对短信发送过程的分析可以通过单片机对其进行实现下面是实现程序例程 函数名PDU_SMS 功能 发送短信参数说明SMS_Center为短信中心号码 11位SMS_Telenum为短信接收方的号码 11位SM

16、S_Context为短信的内容int PDU_SMS char SMS_Center char SMS_Telenumchar SMS_Contextchar is_GB int ijunsigned char lentimechar lens3time 0for i 0i 300i PDU_Codei PDU_ti-设置短信中心号码-for i 0 j 0 i strlen SMS_Center 2 i PDU_Code6 j SMS_Center2 i 1PDU_Code6 j SMS_Center2 i PDU_Code6j F 在最后补上的FPDU_Code6j SMS_Centers

17、trlen SMS_Center - 1 -设置接收号码-for i 0 j 0 i strlen SMS_Telenum 2 i PDU_Code26 j SMS_Telenum2 i 1PDU_Code26 j SMS_Telenum2 i PDU_Code26j FPDU_Code26j SMS_Telenumstrlen SMS_Telenum - 1 -设置短信内容长度-if is_GB 0 len strlen SMS_Context 2elselen strlen SMS_Context PDU_Code44 len 4 9 len 4 55 len 4 48PDU_Code45

18、 len 0x0f 9 len 0x0f 55 len 0x0f 48 -编码短信内容-if is_GB 0 如果不是GB码短信内容为ascii码字符串 for i 0j 0 i strlen SMS_Context i szzh16 SMS_Contextjlens PDU_Code46i4 0PDU_Code46i41 0PDU_Code46i42 lens0PDU_Code46i43 lens1 PDU_Code46i4 0x1aPDU_Code46i41 0xff else短信内容为GB码如果要使 能够显示改到UNICODE编码 for i 0j 0 i strlen SMS_Cont

19、ext i szzh16 int SMS_Contextjlens PDU_Code46i2 lens0PDU_Code46i21 lens1 PDU_Code46i2 0x1aPDU_Code46i21 0xff if PDU_HandShake do PDU_EnablePDU if is_GB 0 PDU_SetLength Strlen SMS_Context 2 elsePDU_SetLength Strlen SMS_Context PDU_Send PDU_Code for i 0i 25i delay 20000 sbufcounter 0counter 0time 判断是否发

20、送成功如果不成功继续发送最多4次如仍不成功返回0while strpos sbufstrlen sbuf -20G -1time 4 if strpos sbufstrlen sbuf -20G -1 return 0elsereturn 1 成功的话返回0 else sbufcounter 0counter 0return 0 以上程序成功实现短信的发送单片机对短信的读取与解码单片机可以通过AT指令对短信猫中的短信进行读取并对读入的短信数据进行分析与解码读出的短信格式与发送时的短信编码大致是相同的下面给出相应的程序例程读取某一条短信并将其进行显示 函数名LAD_SMS short for &

21、quot;Load And Display the Short MessageS" 功能用户函数读取第n条短信并在LCD的 xy 位置显示出来unsigned char LAD_SMS unsigned char nunsigned char xunsigned char y unsigned char ilentchar temp5char temp13IN_Draw_BlankorBlackRect 02030720 szzh10 ntemp1 将n转为相应的字符串如n 21那么字符串为"21"用以与AT指令拼接t 85clear_sbuf counter 0

22、send_s "ATCMGR " ATCMGR为读取短信的AT指令send_s temp1 上面所得的字符串send 0x0d send 0x0a for i 0i 10i delay 10000 等待读取完毕sbufcounter 0 在收到的数据末尾附加0temp0 sbuf23temp1 sbuf24temp2 sbuf25temp3 0if sbuf25 0x0d tfor i 0i strlen temp i if tempi 0x0d tempi 0len atoi temp 获取收到的短信内容长度if len 0 LCD_PutEng 596"EMP

23、" LCD_PutChn xy" 短信空" delay 50000 return 0 len- 20if len 90 LCD_PutEng 596"MTL" LCD_PutChn xy" 短信太长" delay 50000 return 0 for i 0i leni temp0 sbuft2itemp1 sbuft2i1temp2 0sbufi _hex_ temp 收到的短信内容是内存方式的显示表示转为十六进制数 sbufi 0Analysis_Pro 解码后的内容在sbuf中此函数对其进行显示输出delay 5000

24、0 clear_sbuf counter 0return 1 检测新短信 函数名Check_New 功能用户函数检测有无新的短信如果有返回1否那么返回0unsigned char Check_New int isend_s "ATCMGL 0" ATCMGL 0为读取新短信的AT指令send 0x0d send 0x0a 发送回车delay 10000 等待接收完毕if sbuf12 O return 0xffif sbuf12 for i 18i 23i if sbufi sbufi 0return atoi sbuf19 返回新短信的位置 删除某条短信 函数名Delet

25、e 功能用户函数删除第n条短信unsigned char Delete unsigned char n char t10char t15strcpy t"ATCMGD " ATCMGD为删除短信的AT指令szzh10 nt1 strcpy t8t1 while Send_AT_CMD t 1 delay 60000 return 1 62烟雾传感器模块核心代码uint AD_Conver uchar port uchar iuint AD 0CLOCK 0CS 0EOC 1port 4for i 0 i 12 i 注意在12个时钟周期的下降沿产生了数据输出 在前4个时钟周期

26、内TLC2543已经知道下一次将if DOUT AD 0x01 哪个通道做转换在后8个时钟内就一直对此通道DIN bit port 0x80 进行采样并保持到第12个时钟周期结束此后才CLOCK 1 开始进行AD转换转换时间需要10us_nop_ _nop_ _nop_ 在第4-8个时钟周期内输入的是命令控制字CLOCK 0_nop_ _nop_ _nop_ 可根据需要输入port 1AD 1 CS 1 AD 1return AD endifvoid delay uint z 延时函数 uint xyfor x zx 0x- for y 110y 0y- void dsreset void D

27、S18B20复位初始化函数 uint ids 0i 103while i 0 i-ds 1i 4while i 0 i- bit tempreadbit void 读一位数据函数 uint ibit datds 0i i起延时作用ds 1iidat dsi 8while i 0 i-return dat uchar tempread void 读一个字节数据函数 uchar ijdatdat 0for i 1i 8i j tempreadbit dat j 7 dat 1 读出的数据最低位在最前面这样刚好一个字节在dat里 return dat void tempwritebyte uchar

28、 dat 向DS18B20写一个字节数据函数 uint iuchar jbit testbfor j 1j 8j testb dat0x01dat dat 1if testb 写1 ds 0iids 1i 8while i 0 i- else ds 0 写0i 8while i 0 i-ds 1ii void tempchange void DS18B20开始获取温度并转换 dsreset delay 1 tempwritebyte 0xcc 写跳过读ROM指令tempwritebyte 0x44 写温度转换指令 uint get_temp 读存放器中存储的温度数据 uchar ab dsre

29、set delay 1 tempwritebyte 0xcc tempwritebyte 0xbe a tempread 读低8位 b tempread 读高8位 temp b temp 8 两个字节组合为一个字 temp tempa f_temp temp0062 温度在存放器中为12位分辨率为00625 temp f_temp1005 乘10表小数点后只取1位加05是四舍五入 f_temp f_temp005 return temp temp 是整型 void main 主函数 uchar buff4idula 0wela 0init_com while 1 tempchange 温度转换函数for i 10i 0i- dis_temp get_temp 获取温度并显示 deal temp 进行温度处理spr