家庭智能管家兼报警系统——单片机控制GSM设计原理揭秘

前言

随着国民经济的增长、科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们需要对室内环境的安全进行有效的监控和及时的报警。传统的安全防护设备在使用性的便捷度上和及时性上都都存在不可豁免的缺点，不能完全的满足现代居民对生活的需求，现在需要一种智能报警系统，它可以在室内环境产生异常时能够及时发现、报警和通知主人，人们的生活环境将会更加安全、)嵌入式技术和传感技术的发展为这一系统的实现提供了可能。像以下这种系统就可以满足上述需求，是一个基于STC89C52单片机控制GSM的智能家用报警系统，它不仅能够对被保护对象进行监督，还能报警。在正常情况下，此系统是通过运用温度传感器来监测室内温度，再用热释电红外传感器来监测是否有人进入，检测数据传入单片机，单片机对数据进行分析和处理，若有异常，进行蜂鸣报警，并控制GSM系统向主人发送信息、)该智能报警系统可以根据环境变化及时做出反应从而保证家居环境的安全。

我国在防盗报警系统中的研究还不成熟，然而此技术在国外则是十分完善的，已经广泛应用像超声波防盗器、红外线报警器等功能齐全、技术先进的报警器。但是应用得最广的还是红外对射直接到主机上这种方式，不仅技术成熟、操作简单，而且价格也十分低，所以受到人民的喜爱和欢迎。防盗系统中的报警器设计主要是依据声波、红外线等技术实现的，并逐渐趋向于无线化、数字化、集成化发展，对于更好的满足防盗需求具有重要帮助。

1系统硬件设计的思路

1.1系统总体设计

此系统的设计是主要依靠STC89C52单片机的功能，其主要有热释电红外传感部分、温度监测功能、报警功能、数码管显示功能、以及GSM短信报警等功能和结构。

1.2温度检测及显示模块设计

温度检测及显示模块都是利用数字温度传感器DS18B20，这种传感器除了有操作方便、结构简单、适用性强、耐用性强等自身优点，其在使用上也是十分稳定和超强的灵敏度。

1.3热释电红外传感模块设计

热释电红外传感主要功能是能够准确检测被监视范围内是否有人体，其主要由RE200B和BISS0001两种芯片组成。BISS0001是CMOS类，是一种高输入阻抗运算放大器，需要和传感器进行配合来对收集信号进行处理，其优点是，不仅能够和多种传感器匹配，还有高效的防干扰性，而且，稳定性强、适用范围广。当有人一旦进入到被监视范围，RE200B就会发生细微的电压波动，这种细微变化将会触发芯片，经过BISS0001芯片的两级放大后，在V0信号输出端产生3.3V左右的电压;当没有人经过时，V0端输出0V,输出电压送入单片机进行判断和处理，从而实现了人体检测。

1.4GSM短信报警模块设计

GSM模块主要由TC35i、电源电路、串口电路和GSM保护电路四部分构成。其中，TC35i不仅能识别英文信息也能识别中文信息，同时也能通过AT命令来保证数据和语音两种方式的信息发送形式。此模块不仅小体积、低重量、低能耗等重要优点，还具备SIM工具和AT命令等优点。电源电路为GSM提供合适的电压。GSM具有保护电路作用，用于防止供给电压过大。

2.系统软件的设计

系统以c和汇编语言为编程语言。该系统通过传感器对室内环境条件进行检测，检测数据传送给单片机，由单片机对数据进行处理并采取相应措施。系统程序流程。系统启动之后，首先进行初始化操作，为了能够及时显示温度以及对非法入侵报警，系统采用中断技术，使用单片机定时中断T0，每隔500ms中断一次、打开中断后，系统开始进行工作，当有人进入时，系统调用GSM短信发送程序，并进行蜂鸣器报警，为了让报警产生效果，将报警时间延迟2分钟、GSM发送短信程序设计的流程图。

3.系统测试

系统软硬件设计完成后，对各模块进行测试。接通电源后，数码管能够正常显示当前室内的温度，并且随室内温度的改变而改变，表明温度检测和显示模块功能正常;然后，对是否能够检测到人体进行了测试，一旦有人进入到传感器的监测范围，系统将会在自动报警的同时将以短信方式通知到设置好的手机；当没有人体进入时，系统则保证原有不报警、不发送信息状态，这也证明整个系统是正常的。

4.防盗报警器的功能

发现有非法入侵者时，可及时的发出报警。采用复合式的防盗传感器，红外传感器和振动位传感器并接的使用方法，以增加报警的可靠性。报警器发出类似于蜜蜂的嗡嗡声，可以很快速的显示出事的地点。还可以采用双电源的技术，主电源停电或者遭遇到非法切断时，而此时的被动电源也可以自动工作的。

5.单片机报警系统设计的未来发展

防盗设置对于减少财产损失具有重要意义，因此也是人们所关心的话题，在未来的发展过程中，基于单片机的防盗报警系统设计势必会不断优化，并呈现出更加智能化的方向发展。

5.1稳定性、可靠性：可以防止电磁干扰、防雷电等等，以此来适应种种恶劣的气候条件。

5.2更多变性：如探测器可以调频、防止遮挡、防止喷盖，防止遭受破坏等等。

5.3小巧精美的外观：时尚的追求是现代人的梦想，而此款设计正是符合了当下人的宿求。

5.4具有更强大的联网性：现如今计算机的普及已经方便了人们的生活，而此款设计的条件之一就是与计算机联手，使人们的生活更是锦上添花。

结束语

随着生活水平和社会的进步，人们对居家的要求是越来越高了，安全意识也不断增强。防盗问题一直是人们生活中的重要问题，也是不同忽视的问题，不仅会直接影响人们的生活，也会扰乱社会的秩序。所以，在今后的发展中，应该不断提升对安防的认识和研究，在实践中优化设计，在改进中提升技术，以提升人们的生活品质。

单片机学习：教你如何使用单片机控制手机通信

今天突然有个同学问我单片机如何和手机通信，我们在用单片机做产品的时候，难免会用到单片机和手机通信，所以今天我们就来学习下如何用单片机控制手机通信。

中国联通数字移动电话（GSM）网是向社会公众提供通信服务的公用通信网，它是目前基于时多址技术的移动通信体制中，比较成熟完善，且应用最广泛的一种系统，是我国公众移动通信网的主要方式，基于GSM的短信信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程，由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，上述系统不需在组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能呢的短信应用将得到迅速普及。

这个系统由数据采集部分、数据接收和发送部分、终端处理部分三个模组组成。

系统中，三个模块相互独立，彼此又相互依赖，共同完成数据的传输。数据收发模块在系统中起着承上启下的作用，是系统的核心模块。该模块以双单片机为核心，以RS232通信接口，在物理层上实现与GSM模块的连接。

【工作原理】

一、串口控制SMS的工作原理

单片机与GSM模块一般采用串行异步通信接口，通信速度可设定，通常为19200bps。采用这种RSM232电缆方式进行连接时，数据传输的可靠性较好。RS232接口方式连接，通过串行接口集成电路和电平转换电路与GSM模块连接，电路比较简单，所涉及的芯片包括单片机89C51和电平转换芯片MAX232，是非常常见的接口电路。需要说明的是，该接口通过IIC总线（之前的文章中提到，不明白的朋友可自行翻阅）扩展了一个EEPROM存储器，主要作用是存储数据，而且断电信息也不会丢失，这些特性正式存储数据所必须的。

GSM的短信息业务SMS利用信令信道传输，这是GSM通信网所特定的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的数据发送到短信息服务中心，经短信息服务中心完成存储后在发送给最终的信诉。所以当目的GSM终端没开机时信息不会丢失，每个短信的信息量限制为160字节。

现在市场上大多说手机均支持GSM7.05规定的AT指令集。该指令集是ETSI（欧洲通信技术委员会）发布的，其中包含了对SMS的控制。利用GSM手机的串行接口，单片机向手机收发一系列的AT命令，就能达到控制GSM模块收发SMS的目的。必须注意的是，用单片机实现时，编程必须注意它发送指令与接收到的响应都是字符的ASCII码，用单片机控制GSM模块收发短信息所涉及的AT指令如图。

二、软件实现

【上位机模块和下位机模块半双工通信协议的实现】

【应答和重发】

上位机模块和下位机模块的通信双方遵照半双工通信方式进行，即数据传送是双向的，但是，任何时刻只能由其中一方发送数据，另一方接收数据，因为EEPROM的读出和写入不能同时进行。为了避免一方在发送信息帧时（这里的信息帧指的是下位机模块发送的数据帧和下位机模块发送的命令帧，下同），另一方也会发送数据，必须把信道变成半双工方式。虽然这样效率可能不如全双工方式，但是可以稳定模块工作性能。双方采取的顺序是：发——收到应答后——再发。

按照整个系统的设计思路，上位机模块发送的帧包括命令帧、确认帧和非确认帧；下位机模块发送的帧包括数据帧、确认帧和非确认帧。其中确认帧和非确认帧是发送数据后等待对方发送的应答帧，一次作为继续发送下一帧和重新发送上一帧的依据。命令帧和数据帧时信息帧，当一方先发送完信息帧，如果收方接收到对方的信息帧，而又没有信息帧需要发送，那么情况就比较简单，收方将根据信息帧的正确与否决定发送确认帧还是非确认帧，以使对方决定是继续发送还是重新发送；如果此刻收方也有信息帧的应答帧，那么收方将不立即发送应答帧，而是立即发送本方的信息帧给对方，在收到对方的应答帧后，收方将依据应答帧的内容（即确认帧或非确认帧）决定是继续发送下一信息帧，还是重新发送原来的信息帧。

【延时重发】

在双方通信过程中，有两个时间T1和T2，分别表示重新发送信息帧的最大延时。T2表示一方发送信息帧收到对方应答帧的时间，如果等待应答帧的时间超过了T1，则发方会重新发送原来的信息帧，当收方接收到对方发送的信息帧，如果对方此时有需要发送的信息帧，则收方此时不发送应答帧，而是发送信息帧给对方。也就是说，利用对方等待收方应答帧的时间在T1内，收方插入发送本文的信息帧，同样本方的发送也存在一个延时重发的问题。在规定的时间内，如果没有收到对方应答帧，收方也同样需要重发原来的信息帧，这个规定的时间就是T2。显然由于收方是利用间隙时间发送本方信息帧，所以T1＞T2。

【帧格式】

GSM模块通过异步通信接口实现SMS的控制共有三种接入协议：BLOCK MODE、基于AT指令的TEXT MODE、基于AT指令PDU MODE。本系统发送和接收数据都是基于数字的温度数据和命令字，为了保证系统的适用性，SMS的手法采用TEXT模式。TEXT模式是基于字符的，更具体的说是基于ASCII码的一种结构模式。在该结构模式下，模块发送和接受的信息帧格式如下：

信息帧包括数据帧和命令帧。

帧头表示数据帧的标记由固定的字符“WQ”构成。

帧序号表示数据帧的序号，由两个字节组成，帧序号表示下位机模块发送的递增数据帧序号和上位机模块发送的命令帧序号。为了简化帧结构，命令帧的序号统一为OOH。

数据字段的长度为154字节，最多发送77个字符（采用TEXT模式，不能发送汉字）。

检验子为数据字段所有字节累加和的初码（原码取反加1），由一个字节组成。、

除了信息帧外，双向传递的还有应答帧，它包括确认帧和非确认帧。确认帧是双方反馈给发方的应答帧，表示双方已经正确接收到了发方发送的信息帧。确认帧格式仅包括两个字段，且两个字段的内容都是固定的，即帧头“WQ”和数据字段“ACK”，确认帧格式如下。

非确认帧时收方给发方的应答帧，表示收方收到的是无效的信息帧，其格式与确认帧格式类似，帧格式如下：

【EEPROM空间的分配】

采用8KB的EEPROM，按照每77个字节为一个块进行划分，工106块，如图所示。

第00、01块留作系统使用，第02~第105块是数据块，用作存放数据。

【程序设计】

【主函数的设计思路】

开机上电后，程序在主函数中运行，单片机和GSM模块分别进行初始化。单片机的初始化包括设置串口工作方式、波特率，并初始化变量和标志位，GSM模块初始化包括重新启动、关闭回显、设置在TXET模式下的返回值中不显示详细的头信息、选择短息格式为TEXT模式、开发串口中断准备接受数据。

【GSM返回函数的处理——SHELL函数】

SHELL是进入时钟中断程序时被调用时，该函数是对GSM模块返回参数进行处理的函数，根据系统设计的要求，需要对GSM模块进行下列操作：呼叫对方模块号码、发送数据、阅读短信、删除短信。基于以上操作指令，如果操作成功GSM模块会分别返回不同的参数：＞、+CMGS、+CMGR、OK。根据收到的不用参数，下位机模块将转向不同的操作步骤，判断并改变标志位的值。

【短信数据的处理——EXECDATA函数】

进入时钟中断调用SHELL函数时，如果接收到了返回的参数+CMTI，表明上位机模块向下位机模块发送了短信数据，可能是命令帧，也可能是确认帧或者非确认帧。在这种情况下，SHELL函数需要对短信内容进行分析，并根据短信的内容进行不同的处理，负责完成以上功能的就是EXECDATA函数，它是被SHELL函数调用的，用来分析并处理短信数据。

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