基于单片机的机器人管家论文

④P3端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在AT89S52中，同样P3口还用于一些复用功能，如表3-2所列。在对Flash编程和程序校验期间，P3口还接收一些控制信号。表3-2P3端口引脚与复用功能表端口引脚复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）RST复位输入端。在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。看门狗定时器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期的高电平。在SFRAUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。DISRTO位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。ALE/地址锁存允许信号。在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。在对Flash存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号，可用于外部定时或时钟。但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一个ALE脉冲。在需要时，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置为“1”，从而屏蔽ALE的工作。在单片机处于外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。程序存储器允许信号。它用于读外部程序存储器。当AT89S52在执行来自外部存储器的指令时，每一个机器周期PSEN被激活2次。在对外部数据存储器的每次存取中，PSEN的2次激活会被跳过。/Vpp外部存取允许信号。为了确保单片机从地址为0000H～FFFFH的外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果锁定位1被编程，则EA在复位时被锁存。当执行内部程序时，EA应接到Vcc。在对Flash存储器编程时，这条引脚接收12V编程电压Vpp。XTAL1振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。XTAL2振荡器的反相放大器输出。4GSM数字移动通信模块——TC35GSM是欧洲邮电管理委员会(CEPT)下属的移动通信特别小组制定的通信协议。目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网是我国公众通信网的主要方式。短消息服务(SMS)是通过移动网络用手机收发短消息的一种通信机制，SMS采用存储转发模式，短消息发送以后，先要存储在短消息中心(SMC)，然后再由SMC将短消息转发给手机接收方。4.1单片机对TC35模块的控制简介目前，国内已经开始使用的GSM模块有很多，而且这些模块的功能、用法差别不大。TC35是SIEMENS公司推出的新-代无线通信GSM模块，该模块支持GSM短信服务，具有功耗低、传输速度快、双频数据接口、集射频电路和基带于一体等特点并且大大缩小了用户产品的体积。设计选用GSM模块TC35i,给出其和PC机的通信电路，实现远程数据的传输。TC35i与GSM2/2兼容、双频（GSM900/GSM1800）、自带RS232数据通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯。该模块及射频电路和基带与一体，向用户提供标准的AT命令接口，可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(ShortMessageService)和传真，方便用户的应用开发及设计。该模块的外部接口包括天线接口、电源接口、串行总线接口及SIM卡插座。GSM模块通过异步通信接口实现对SMS的控制，接入协议一共有3种：BlockMode、基于AT命令的文本(TEXT)模式和基于AT命令的协议数据单元(protocoldataunit，PDU)模式。TC35模块的工作电压一般在3.3—5.5V,模块的供电电压如果低于3.3V则会自动关机,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2W(900M)和1W(1800M)。模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4K,4.8K,9.6K的非透明模式。此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话以及漫游检测功能,为用户提供快速、可靠、安全的文本数据和语音数据的传输。常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50Ω天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。向计算机串口发送AT命令操作TC35i模块的主要步骤如下：

(1)利用OpenComm()函数初始化串口；

(2)选择TC35iGSMMODEM的短信息服务功能；

(3)选择短消息存储区(SIM卡/手机内存)；

(4)选择接收或发送短消息的格式(TEXT格式/PDU格式)；

(5)设置SIM卡的短信服务中心号码；

(6)当所有准备就绪后才能发送短信息(一般发送一条短信）。TC35模块主要有六部分组成，分别是：GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口。作为TC35的核心,基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下,可支持FR、HR和EFR语音信道编码。其通信方式如图4-1所示。GSMGSM网络PCPCRS232RS232RS232手机终端RS232手机终端单片机TC3模块TC3模块模块单片机单片机TC3模块TC3模块模块单片机SIM卡SIM卡SIM卡SIM卡电源电源图4-1TC35通信方式GSM模块中电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分：充电电池部分主要为整个系统提供3.6V的工作电压,同时产生MAX3238所需要的高电平；三端电源模块LM7806主要将外部＋12V直流电源转换为＋6V,连到ZIF连接器的11、12引脚,在充电模式下,为TC35i提供＋6V、500mA的充电电源。启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。对模块上电10ms后(此时的电池电压须大于3V),为使之正常工作,必须在15脚加时长至少为100ms的低电平信号。启动后,15脚的信号应保持高电平。4.2AT指令的介绍表4-1常用AT指令AT指令功能AT+CMGCSendanSMScommend(发出一条短信息命令)AT+CMGDDeleteSMSmessage(删除SIM卡内存的信息)AT+CMGFSelectSMSmessageformat(选择短消息信息格式：0-PDU；1-文本)AT+CMGLListSMSmessagefrompreferredstore(列出SIM卡中的短消息格式PDU/TEXT：0“RECUNREAD”为未读，1“RECREAD”为已读，2“STOUNSENT”为待发，3“STOSENT”为已发，4“ALL”为全部AT+CMGRReadSMSmessage(读短消息)AT+CMGSSendSMSmessage(发短消息)AT+CMGWWriteSMSmessagetomemory(向SIM内存中写入待发的短消息)AT+CNMINewSMSmessagestorage(显示新收到的短消息)AT+CPMSPreferredSMSmessagestorage(选择短消息内存)AT+CSCASMSservicecenteraddress(短消息中心地址)AT+CSCBSelectcellbroadcastmessagemessages(选择蜂窝广播信息)AT+CSMPSetSMStextmodeparameters(设置短消息文本模式参数)（1）对于发送短消息指令(AT+CMGS)

·采用PDU方式的命令格式：AT+CMGS=<length>PDUF方式只能输入16进制的字符0-9及A-F，按ctrl-Z发送出去或者按ESC取消发送。

·采用TEXT方式的命令格式：AT+CMGS=<da>,[<toda>]Text方式只能发送文本信息，按ctrl-Z发送出去或者按ESC取消发送。（2）对于选择消息格式(AT+CMGF)

短消息可选择TEXT或者PDU格式，当选择PDU格式时，包括所有头信息的短消息以二进制方式传送；当选择TEXT格式时，命令和响应均为ASCII字符。（3）对于选择短消息存储区(AT+CPMS)

命令格式：AT+CPMS=<mem1>,[<mem2>]

<mem1>为“SM”：短消息存储在SIM卡上；<mem2>为“SM”：短消息存储在手机内存里。5传感器数据信息采集模块传感器数据信息采集模块主要是采集外部信息：温度传感器及烟雾传感器是用来感测外界温度和烟雾的，若超过温度限制及检测到烟雾，则会产生火灾报警信息；再将这些信息传输到AT89S52单片机控制模块，以进行后面的报警操作。5.1温度传感器模块——DS18B205.1.1DS18B20特点(1)单线结构，只需一根信号线和CPU相连。(2)不需要外部元件，直接输出串行数据。(3)温度数字量转换时间200ms（典型值）。(4)可不需要外部电源，直接通过信号线供电，电源电压范围为3.3V～5V。(5)测温精度高，测温范围为：-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。(6)温度以9位数字量读出，零待机功耗。(7)测温分辨率高，当选用12位转换位数时，温度分辨率可达0.0625℃。(8)数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制；9位精度的转换时间为93.75ms；10位精度的转换时间187.5ms；12位精度的转换时间750ms。(9)具有非易失性上、下限报警设定的功能，用户可方便地通过编程修改上、下限的数值。(10)应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统。(11)可通过报警搜索命令识别哪片DS18B20采集的温度超越上、下限。5.1.2DS18B20引脚及管脚功能介绍DS18B20的常用封装有3脚、8脚、16脚等几种形式。各引脚功能如下：DQ：数字信号输入/输出端。GND：电源地端。VDD：外接供电电源输入端。DS18B20内部结构简要介绍：DS18B20的内部结构主要有64位光刻ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器等组成。（1）64位光刻ROM是生产厂家给每一个出厂的DS18820命名的产品序列号，可以看作为该器件的地址序列号。其作用是使每一个出厂的DS18820地址序列号都各不相同，这样，就可以实现一根总线上挂接多个DS18820的目的。（2）DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，输出格式为：16位符号扩展的二进制补码。当测温精度设置为12位时，分辨率为0.0625℃，即0.0625℃/LSB。其中，S为符号位，S=1，表示温度为负值；S=0，表示温度为正值。例如+125℃的数字输出为07D0H，-55℃的数字输出为FC90H。（3）DS18B20中的低温触发器TL、高温触发器TH，用于设置低温、高温的报警数值。DS18B20完成一个周期的温度测量后，将测得的温度值和TL、TH相比较，如果小于TL，或大于TH，则表示温度越限，将该器件内的告警标志位置位，并对主机发出的告警搜索命令做出响应。需要修改上、下限温度值时，只需使用一个功能命令即可对TL、TH写入，十分方便。（4）DS18B20中的高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节为被测温度的数字量，第3、4、5字节分别为TH、TL、配置寄存器的复制，每一次上电复位时被重写。配置寄存器有R0、R1组成，其值决定温度转换的精度位数、转换时间等。第7字节为测温计数的剩余值。第8字节为测温时每度的计数值。第9字节读出的是前8个字节的CRC校验码，通过此码，可判断通讯是否正确。5.2烟雾传感器模块——MQ-2气体传感器MQ-2烟雾传感器，在可燃气体或烟雾中MQ-2烟雾传感器的电阻会有相应的变化。MQ-2气敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。MQ-2气体传感器的优点：灵敏度高，性能稳定，对烟雾固体小颗粒灵敏度高，价格较低。而且驱动电路简单。MQ-2气体传感器的缺点：管脚较多有6个，需要电流提前加热功能才更好。其结构框图如图5-1所示。图5-1MQ-2结构框图5.3红外避障传感器模块红外避障传感器/距离可调3-80cm，这是一种集发射与接收于一体的光电传感器。检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。避障传感器的工作原理，和循迹传感器工作原理基本相同，利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。反之，如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调机器人管家的两轮工作，完成一个漂亮的躲避障碍物动作，6LCD1602液晶显示模块LCD1602液晶显示器模块，有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等诸多优点，最大程度上的方便大家，使得该系统更加人性化。且LCD1602液晶显示器在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。故采用LCD1602液晶显示器。表6-1LCD1602的主要技术参数显示容量16×2个字符（STN型）模块最佳工作电压5.0V工作电压4.8～5.2V字符尺寸工作电流2.0mA(5.0V)工作温度0～+50°C背光源颜色黄绿存储温度-20～+70°C背光源电流<150mA根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。LCD1602的主要功能：A、40通道点阵LCD驱动;B、可选择当作行驱动或列驱动;C、输入/输出信号:输出,能产生20×2个LCD驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1~V6);D、通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。表6-2LCD1602的接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1D7DateI/O9E使能信号2D6DateI/O10R/W读写控制信号（H/L）3D5DateI/O11RS数据/命令选择端（H/L）4D4DateI/O12VOLCD偏压输入5D3DateI/O13VDD电源正极6D2DateI/O14VSS电源地7D1DateI/O15BLA背光源正极8D0DateI/O16BLK背光源负极2、初始化方法用户所编的显示程序,开始必须进行初始化,否则模块无法正常显示,下面介绍两种初始化方法;（1）利用内部复位电路进行初始化：下面指令是在初始化过程中执行的。清屏(DISPLAYCLEAR);功能设置(FUNCTIONSET);DL=1:8Bit接口数据;N=0:1行显示;F=0:5×7dot字形;显示开/关控制(DISPLAYON/OFFCONTROL)D=0:显示关;C=0:光标关;B=0:消隐关表输入方式设置(ENTRYMODESET)I/D=1:(增量):S=0:无移位:（2）软件复位如果电路电源不能满足复位电路的要求的话,那么初始化就要用软件实现。初始化过程如图6-1所示。电源开电源开VDD上升到4.5V后等待>15VDD上升到4.5V后等待>15RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000011╳RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000011╳╳╳╳RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000011╳RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000011╳╳╳╳RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000011NRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000011NF╳╳检查忙标志或延时40usRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000000010╳╳检查忙标志或延时40usRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000000001RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000000001I/OS检查忙标志或延时RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000000001I/OS检查忙标志或延时40初始化结束初始化结束图6-1初始化过程7主程序流程图开始开始单片机端口初始化单片机端口初始化LCD初始化等待等待TC35i启动完毕传感器采样传感传感器采样传感 采样值正常与否采样值正常与否NO发送报警短信 发送报警短信YESLCDLCD显示，清零图7-1主程序流程图本设计使用了AT89S52单片机实现的基于GSM短信模块的家庭机器人管家设计。利用了AT89S52单片机的功能特点、传感器工作原理以及GSM短信模块工作原理，实现了机器人的避障、传感器的采样传感以及短信的报警通知功能。机器人管家在家中运动的过程中，利用温度传感器及烟雾传感器不断地采样家庭的环境温度及烟雾值从而对可能出现的煤气泄露、火灾等等意外情况进行检测，然后判断采样值是否正确，若采样值正确则LCD显示传感器检测到的采样结果，若采样值不正确则通过GSM短信模块发送特定报警信息于预先设定好的手机号码。以便事主做出相应措施。通过机器人管家，即使远在千里之外也能对家中发生的各种突发意外情况了如指掌，使生活更安全更智能。8结论本设计借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短信息形式，直接把报警信息反映到当事人的手机上。当家中出现紧急信息时，安装在小车上的相应部位的传感器马上就能检测到，并且立即把信号传送到控制中心，经过一系列信号转化后，转换后的信号通过GSM网络传送到当事人的手机上，即是先把信息送到SMS服务平台，而后通过基站传送出去。整个传送过程只需几秒种的时间，能够准确地通知家中被检测出了问题，以便于当事人能够及时的采取补救措施。首先，硬件部分我们从五个模块着手，首先是通过传感器模块采集到家中的紧急信息，将信息传到微处理器上，由核心控制模块AT89S52单片机，转而控制液晶显示模块，这样，发出报警短信，再通过GSM模块以实现远程监控功能，将报警信息发送到当事人手机上，保证当事人能够及时根据报警信息进行抢救。其次，软件部分在对芯片的管脚功能和用法以及整个GSM网络有充分的了解后，根据设计要求设计了硬件电路，包括传感器采集信息电路、单片机控制电路、GSM模块连接电路，然后再编写所需要的程序，再通过软件编程，实现了对家庭系统的远程监控和报警功能，这样，基本实现了预期的目标。总的来说，本设计结构清晰，资源利用合理，不失为一款性价比很高的方案。参考文献：[1]唐桃波,陈玉林．基于AT89C52的智能无线安防报警器.电子设计应用,2003[2]齐国光,郭木河等.轮式机器人最优控制的研究.机器人,1996(l).[3]津川.智能自动车的控制方法和计算机系统.机械技术研究所报,1950,34(4)[4]鲁昌华．基于GSM无线防盗报警系统的研制[J]．电子测量与仪器学报，2006[5]胡学海.单片机原理及应用系统设计[M].北京:电子工业出版社,2005.[6]沙占友.智能传感器系统设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2004.[7]王伟.地面移动机器人研究现状及发展趋势[J].机器人技术与应用,2004,(2).[8]张姗姗.基于单片机温度采集控制系统设计［J］信息通信，2012(6):69-70.[9]张寿钢.单片机在温度测控中的应用[J].计算机应用研究.2010(11)[10]秦大兴．基于GPRS模块MC35i的监测系统设计[J]．仪表技术与传感器,2007[11]P.Stahl.Firealarmsystems-conceptsfortunnels[J].TechnischeUberwachung,2006,47(1):14~18谢辞光阴似箭，为期四年的农大学习生涯即将结束。同时，经过努力，我的毕业论文也完成了。本次论文的撰写，对我而言是一次难得的锻炼机会。在敲完最后一个句号的时刻，我的思想同周围凝固的热气一样停驻了，不知道是慰藉还是悲伤，大学四年的生活就这样结束了，而眼前的路还很长，虽然似乎有些迷茫，但我必须整理心情，背上行囊，坚定的踏上新的征程。首先我要感谢我的指导老师的大力帮助和支持。本论文能够顺利完成，离不开王老师的悉心指导和严格要求，王老师在论文的选题、研究理论、框架结构、数据整理，直至撰写、修改和定稿等各个环节均严格把关，并投入了大量的时间和精力。王老师治学严谨，学识渊博，为我营造了一种良好的研究氛围。在跟随王老师学习的过程中，我不仅掌握了全新而实用的学术思想和研究方法，也领会了许多待人接物与为人处世的道理。王老师严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，令人如沐春风，倍感温馨。其次，我要衷心感谢我们的班主任老师，为我们班的无私奉献，陪伴我们成长。感谢我的同学们，四年的相处将成为我美好的记忆。感谢我的舍友们，感谢她们在我的学习和生活上对我的关爱与包容。当然，我还要感谢我的母校——大学，在校期间，这里给我留下了美好的回忆。感谢我们的学院——计算机与信息工程学院，为我们提供了良好的做毕业设计的环境，特别是在我即将继续深造的时候，毕业设计整个过程给了我这样一个锻炼的机会，使我加深了对以前知识的理解和巩固，拓宽了知识面，也提高了我对所学知识的综合应用能力。我要对母校说：今天我以母校为骄傲，明天母校以我为骄傲。祝愿母校的将来更美好！最后在这里我想向所有帮助过我，鼓励过我的人们致以最诚挚的谢意，感谢你们在人生最关键的时刻给予我的指引！我将满怀憧憬和希望，沿着我的理想之路继续前进！附录3：主程序部分voidmain(){ uchartemp_buf=0; uchari=0,j=0; Car_Stop; Read_18B20_Temperature(); Read_18B20_Temperature(); Read_18B20_Temperature(); Read_18B20_Temperature(); Read_18B20_Temperature(); Read_18B20_Temperature(); Delay_1ms(200); Read_18B20_Temperature(); Read_18B20_Temperature(); Read_18B20_Temperature(); Read_18B20_Temperature(); Read_18