本科毕业论文（设计、创作）
题目: 基于GSM短信息模块的防盗报警系统设计 学生姓名： 学号： ********* 所在系院： 专业： 电子信息工程 入学时间： 2010 年 9 月 导师姓名： 职称/学位： 副教授/硕士 导师所在单位： 完成时间： 2014 年 5 月
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基于GSM短信息模块的防盗报警系统设计
摘要: 随着中国经济发展，人们生活的提高，很多奢侈品进入百姓家。随后，房屋的防盗工作就成了迫切需要解决的问题。市场上的报警系统误报率高，受环境因素影响，报警信息无法及时地通知户主。设计由红外传感器监测入侵者，通过单片机与GSM无线通信方式实现报警，解决了传统的家庭报警方式存在的弊端。红外传感器检测到入侵信号，作为单片机的外部中断信号，利用高速便利的全球移动通信系统（GSM），将报警信息发送到用户的手机上，可靠性高。 关键词：报警系统；单片机；无线通信
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The Design of Guard against Theft and Alarm System Based on
GSM short message module
Abstract: With the development of Chinese economy, the improvement of people's life, a lot of luxury goods into the country. Then, housing security work has become urgent need to solve the problem. The alarm system on the market the high rate of false positives, influenced by environmental factors, alarm information can't timely notify the head of the household. Design by the infrared sensor monitoring the invaders, realize alarm by MCU and GSM wireless communication way, solve the insufficiency of the traditional family alarm mode. Infrared sensors detect the intrusion signal, as the external interrupt signal of single chip microcomputer, using high-speed convenient global system for mobile communications (GSM), send alarm information to the user's mobile phone, high reliability.
Key words: alarm system; Single chip microcomputer; Wireless communication
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目 录
第一章 绪论 ......................................... 1 1.1防盗报警系统的研究背景 ...................................... 1 1.2防盗报警系统的发展 .......................................... 1 1.3防盗报警系统发展趋势 ........................................ 2 1.4论文结构安排 ................................................ 2 第二章 防盗报警系统的设计方案 ...................................... 3 2.1防盗报警系统的设计目的及意义 ................................ 3 2.2防盗报警系统设计的内容和要求 ................................ 3 2.3相关硬件介绍 ................................................ 3
2.3.1主控芯片STC89C52 ...................................... 3 2.3.2 TC35I模块 ............................................. 4 2.3.3 红外传感器 ............................................ 5
第三章 防盗报警系统设计实现 ........................................ 8 3.1 防盗报警系统的总体设计思路 .................................. 8 3.2 报警系统硬件设计 ............................................ 8
3.2.1报警系统的收发电路设计 ................................. 8 3.2.2报警系统的控制系统 ..................................... 9 3.2.3单片机最小系统 ......................................... 9 3.2.4 TC35I硬件电路设计 .................................... 10 3.3防盗报警软件设计 ........................................... 11
3.3.1防盗报警系统总流程图 .................................. 11 3.3.2 STC89C52与TC35I通信的设计 ........................... 12 3.3.3 TC35I GSM的报警程序 .................................. 13
第四章 总结 ....................................................... 16 致谢 .............................................................. 17 参考文献 .......................................................... 18
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第一章 绪论
1.1防盗报警系统的研究背景
随着国民经济的迅速发展和广大百姓们的生活水平不断提高，在自己的住所安全方面，人们就更加的在意了。人们更希望它在保险性、先进性、及时性等各个方面得到提高，而传统的防盗措施，如：防盗门窗，保安等都比较缺乏安全感，尤其是近年来城市之间人口流动较大，无形中给盗窃行凶这种恶性事件带来了很大的增长，所以传统的这种防盗方式已经不能保证大众的需求了，急需一种更为先进的防盗措施，此时这种小巧、灵活、方便、可靠的防盗报警设施就显得尤为重要。
相对于市面上老的防盗设施，由于其稳定性差、有很大的局限性、性价比低，所以旧式的系统得不到大众青睐。而本次设计的防盗系统能有效的弥补旧式的不足之处，正是这样，本设计的防盗报警能够将传统的危险性降低到最低处，该设计能够保障广大居民的财产安全不受侵犯，很好的保护居民的隐私。
随着现代高科技通信的飞速发展，单片机以其体积小，精度高，成本低，在现代自动控制领域中有着显著的优点。像在如今智能化、数字化的仪器仪表中，日常采集相关的数据和应用广泛的家电等。所以，在用单片机和它的外围电路制成的相应类型的家庭防盗系统时具有成本低，可靠，安全，智能等特点。由于红外线是不可见光，它有优良的特性，具有很好的隐蔽性，同时保密性也非常好。因此大量的应用于防盗系统的装置中，本设计就是采用热释电红外传感器[1]。
1.2防盗报警系统的发展
防盗报警系统最初的原型是在上个世纪初的北美出现的。在北美，传统的报警救助装备一般放置在街道辖区，同时发布语音指令，要求警察帮助附近的人们; 同时，无线电紧急报警信号盒用于直接连接到附近的派出所，民警用于接收当地的报警信息。之后，伴随着通信技术的发展，和提供给客户电信服务的电报公司参与，能够把报警信息发送到更远处；然而，类似于这种电报，相对来说很难大幅度普及，所以很自然的，电话报警出现直接取代了它。通信主要手段变成了电话为主。由于大量普及的自动拨号电话出现，使报警通过电话线得到了空前的发展。外国防盗监控安全技术已经到了高水平状态，以北美为代表的发展中，可以
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看到防盗技术智能监控在世界上发展中的地位显而易见。近来，安防行业在北美，这种商业模式的报警服务网络形成了高科技、高水准一体化[2]。
1979年，石家庄市公安部召开了专业的刑事工作会议，会议提出大力承接的安全技术工作。防盗作为公安部门的重要组成就出现了。目前，我国和国际的安全技术已经链接到了轨道上。随着现代计算机技术，自动控制技术和现代通讯技术的支持，安防行业在中国已经进入了新的阶段。
1.3防盗报警系统发展趋势
随着农村城镇化，工作人员流动性非常大，社会的安全变得极其复杂，安全问题特别重要。传统的防盗门这种家庭防盗报警系统在百姓生活应用中的问题很突出，可能影响市容市貌，给紧急救援时的造成潜在的隐患，这就有可能为罪犯作案提供条件，传统的工具老化，会有高空坠物的危险等。所以新的即安全又智能的多功能报警器就出现了， 并逐渐引起广泛的重视。防盗报警系统以后的发展趋势会朝着更稳定，更多样，更小巧美观灵活，更智能化，联网更加便利方面发展。综合上面的发展趋势，在实际的应用中，都是建立在系统化、数字化、智能化、无线化这几大技术的基础上[3]。
1.4论文结构安排
本设计的第一章先大体上研究了防盗系统的背景，国内外的发展趋势。第二章介绍了防盗报警系统的功能，明确本报警系统设计的目的及意义，了解本系统设计的内容及各项基本要求。第三章详述了本系统的总体方案设计，软件部分和硬件部分的综合实现。第四章针对本设计，作出总结。
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第二章 防盗报警系统设计方案
2.1防盗报警系统的设计目的及意义
随着科技进步和社会经济的不断飞速提高，百姓的生活质量很大程度上提高了，从而增强了对个人财产的防护意识，故对新的防盗报警安全要求更为高。本GSM防盗报警系统设计的初衷是为了满足大众的需求，然而当前市场上的各种报警器缺陷很大。红外传感器应用在本设计中，它有保密性高和隐藏性好的特点，因而起着很重要的作用，红外传感器能进行自动控制[4]。
2.2防盗报警系统设计的内容和要求
(1)此次系统由硬件及软件方面构成。GSM，单片机以及红外传感器等相关部分构成;
(2)本防盗报警系统由热释电红外传感器、GSM连接模块、单片机控制电路组成，以完成数据的收集、处理、传送、及时报警等功能。内部由单片机处理器、数据采集模块、输出模块、通信模块等部分组成;
(3)本设计能实现：当主人出门时，即进入布防状态， 探测器自动启动,当陌生人进门时，热释电红外传感器将探测到人的动作,红外探头将人体辐射红外光谱变成电信号，经放大电路送至 STC89C52 单片机，经单片机中央处理从而驱动TC35模块，进而将报警的信息发送到接收设备[5]；
(4)红外线有很强大的隐蔽性。这种装置设计有两个要点：一是人员进入准确的判断；二是能预防的范围尽可能的大。当然，这种系统工作快、稳、准也是重要指标。
2.3相关硬件介绍
2.3.1主控芯片STC89C52
STC89C52是可编程可檫除只读存储器，微处理器采用高性能COMOS8。该元件采用Atmel技术制造，STC89C52是新一代的高速、低能耗、耐抗干扰的单片机，有很广的应用范围，单片机引脚如图2-1所示[6]：
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图2-1 STC89C52RC单片机引脚
主要特性如下：
1.6时钟/机器周期和12时钟/机器周期
2.工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机） 3.用户应用程序空间为8K字节 4.片上集成512字节RAM 5.通用I/O口（32个） 6.具有EEPROM功能 7.具有看门狗功能
8.3个16位定时/计数器T0、T1、T2 9.外部中断4路 2.3.2 TC35I模块
西门子公司生产的TC35I，是一款高度集成的GSM双频（900/1800MHZ）模块。由于GSM Modem 有高性能的GSM 引擎（GSM Cellular Engine），和单片机相兼容，改变了以往复杂的通信标准，使用方便，而且数据通信范围广,GSM 网络范围基本全国覆盖，传输稳定、可靠。因此选用TC35I GSM Modem 来进行通信。如下图2-2所示为基本TC35I的电路:
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图2-2 TC35I电路
TC35I部分参数
传送主要内容：数据和语音 电源电压： 3.3V — 5.5V
主要频段：GSM900MHz 、 DCS1800 MHz 发射功率： GSM900MHz Class 4 2W
DCS1800MHz Class 1 1W
SIM 卡连接方式： 外接
正常运作温度范围：-20°C — +55°C 正常存放温度范围：-30°C — +85°C 通话模式工作电流的典型值: 300mA 最大允许空闲模式的电流: 3.5mA 最大省电模式的电流: 100μA 短消息模式：MT, MO, CB ，PDU 外观大小：54.5 x 36 x 6.7mm SIM卡操作电压： 3V/1.8V 电话薄功能：存储于SIM卡中 时钟频率： 32.768KHz 2.3.3 红外传感器
一般红外线传感器由光学系统，检测器，调节信号的电路，和其它显示元件构成，是红外检测器的核心。红外检测器它的种类繁多，如果按照物理效应的话，大体上可以划分为以下两大类[7]：
一是该装置的使用所引起的检测器热效应，入射辐射通量的变化从而使得温度产生变化；另一种是利用了各种光子探测器的效果，即入射光子在检测器上形
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成辐射，这必然会使得光电探测器材料中的电子相互作用，因而能有效地释放自由电子和自由空穴，让导电部件参与其中。
热探测器就是采用光辐射和物质互相作用的热效应制成的，热探测器吸收光辐射的能量，能将所使用的探测器温度升高，从而进一步的将温度变化转化成有用的电信号。
热探测器的响应波段广，整个红外区域都能探测的到，方便实用，廉价安全，应用广泛。热探测器传感器内部电路如图2-3所示：
图2-3 热探测器传感器内部电路
由于不同的热电转换原理，热探测器能划分为热释电型、热敏电阻型、热电阻型及其他探测器。而热释电探测器在实际应用频率最高，响应频率宽广，所以这种探测器应用很广泛，本设计就采用这种热释电探测器[8]。
热释电红外传感器能 检测由物体本身所发射的红外线，视角70°左右球形检测区。而单一的热释电探测器灵敏度较低，通常检测距离只有2m左右，但如果在其外表加上菲涅尔透镜以后，就可以很大程度上提高灵敏度，扩大监视的范围，从而使检测的距离由2m扩展到10m。热释电红外传感器构成图如下图2-4所示：
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图2-4 热释电传感器构成图
热释电红外传感应用系统在防盗、自动门、自动消防水龙头、电梯、照明控制等领域应用非常广泛。
基本上，防盗报警系统大多采用的是双元型红外传感器，双元型红外传感器是热释电红外传感器的一种，两个极性相反的热释电元件反向串联，从而构成了双元型红外传感器。
当物体移动时就会产生变动的红外线，就能使热释电元件清楚的感应到移动的物体，而移动的物体红外辐射就会给热释电元件传入光脉冲，从而改变了它的温度，连续输出一段脉冲信号[9]。
当然，如果物体在传感器前保持不移动的固定状态，极性相反元件产生的信号则会相互抵消，输出为0，这样一来，就能有效的防止由于周围环境造成的影响，例如太阳光等不利的红外线所引起的误差，提高热释电传感器的抗干扰能力。热释电传感器的原理图如下图2-5所示：
图2-5 热释电传感器原理图
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第三章 防盗报警系统设计实现
3.1 防盗报警系统的总体设计思路
本设计由硬件和软件两个部分构成。它的基本模块主要分为信息的收集、内部处理、报警等子模块。其中电路结构由热释电红外传感器、 报警器、 单片机控制电路、TC35I收发软件组成。能实现信息的收集、处理、数据传送并及时的报警，单片机是本设计模块的中心单元。GSM防盗报警系统包括硬件设计、软件设计。硬件部分由红外传感器、GSM TC35I系统及单片机基本电路构成。软件部分包括短信收发模块的系统，以及总的流程图
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3.2 报警系统硬件设计
GSM报警系统的总体框图如下图3-1所示：
GSM报警系统 热释电红外传感器 单片机控制报警电路 图3-1 GSM报警系统总体框图
GSM mode 模块设计 3.2.1报警系统的收发电路设计
由于实际需求会考虑相关的串口， STC89C52单片机作为控制器有很强的功能，用MAX232连接着PC和单片机的串口。TC35I短信息收发设计框图如下图3-2所示：
GSM网络模块 TC35I模块 单片机 COMO PC
图3-2 TC35I短信息收发设计框图
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3.2.2报警系统的控制系统
控制系统原理图如图3-3所示。单片机采用的是11.0592MHZ晶振，串口1以方式2接收PC端短信；串口2以方式2与TC35I连接。
图3-3控制系统原理图
3.2.3单片机最小系统
单片机最小系统包含了电源、振荡电路和复位电路（1）电源
一般单片机设计系统中的供电电源用的是USB口，也有的用5V的电源来供电。本系统就是采用5V的电源来实现的。 （2）振荡电路
单片机一般接着两个20pf左右的电容和一个11.0592Mhz左右的晶振组成了振荡电路。 （3）复位电路
单片机有两种复位方式，一种是上电复位，还有一种是手动复位。本系统采用的就是上电复位的方式。它由10uf的电容和一个10k的电阻构成了单片机的上电复位的基本电路。
单片机的最小系统构成如下图3-4所示：
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图3-4单片机最小系统构成图
3.2.4 TC35I硬件电路设计
本系统硬件电路主要由STC89C52型单片机和GSM通信模块TC35I组成。单片机STC89C52串口和TC35i模块相连接,从而完成对TC35i的初始化和短消息收发功能.短消息收发系统硬件接口电路如图3-5所示：
图3-5 短消息收发系统硬件接口电路
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通过串口和单片机连接是TC35I模块的工作方式，它能够确保单片机对GSM TC35I模块进行控制。GSM模块一般采用RXD、TXD和单片机进行连接，TC35I 能利用简单的软件程序进行控制，灵活快捷。TC35I 模块与 SIM 卡接口电路如图3-6所示[12]：
图3-6 TC35I模块与SIM卡接口电路
3.3防盗报警软件设计
3.3.1防盗报警系统总流程图
系统上电后单片机对GSM模块进行初始化设置，然后进行布防、撤防操作，布防即进入到防御状态，设定报警状态；撤防即消除防御状态，取消了报警状态。先把布防、撤防的开关判断是否开启，上电开启以后马上进行布防状态，当家庭人员返回家时，立刻撤防，当家庭人员出门时，开启状态，即进入布防状态。随后读传感器开关，当有陌生人进入时，马上发送到用户所设定的手机上显示。 系统的总流程图如图3-7所示[13]：
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开始 初始化模块 N 读布、撤防开关 撤防 Y 布防 读传感器开关量 发送短信AT+CMGS=1234567 图3-7 系统总流程图
3.3.2 STC89C52与TC35I通信的设计
当报警系统启动时，马上发送ATE指令关掉回显功能，接着发送指令“AT+CSCA =…”设置目的的短信号码，其次同样发送指令“AT+CMGF=1”设置text模式判断能否顺利检测[15]，如果反应回复的是OK，就表示成功设置了，否则，继续进行如上所示的步骤发送操作命令。当回复OK之后，就需要发送新的操作命令“AT+CMGS=…”从而设置用户的手机号码。当操作时返回OK，就说明单片机和TC35I模块连接通了，若没有返回OK，还需要继续操作。STC89C52与TC35I通信流程图如图3-8所示[15]：
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开始 发送ATE指令 发送 “AT+CSCA=”指令 发送 “AT+CMGF=”指令 N 是否返回OK Y 发送 AT+CMGS N 是否返回OK Y 短信息发送成功
图3-8 STC89C52与TC35I通信流程图
3.3.3 TC35I GSM的报警程序
本报警系统的通信模块中用的是德国西门子（SIEMENS）公司的 TC35iGSM， 它是一款高度集成性好的GSM模块，应用范围广，同时支持Text和PDU格式的
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短消息，在通信中，由于集成性好，稳定性高，而广受欢迎。在日常的使用中，由于可以使用简单的操作指令AT命令就能够控制它与单片机串口进行通信[16]，实用性大大的提升了。通常，可以用AT命令来实现信号的重启，和特殊情况的紧急回复工作。进而在操作通信的兼容性方面，一般可用AT指令作为GSM网络的接口协议标准[17]。
大体上，我们可以从相关控制功能方面，将AT方面的指令分为以下几种：其中不仅包含了通信系统的相关调试运行口令、阅读短信口令、写入短信口令以及短信执行口令。实际上，由于要考虑到很多短信收发的操作，故指令可以用以下的语句进行相应的控制操作[18]：
用“AT+CXXX？”该口令来控制短息的读取工作。 用“AT+CXXX=？”口令来测试通信系统的接通状况。 用“AT+CXXX=？<>”来进行写短信息方面的操作。 最后，短信执行时也需要“AT+CXXX”来负责提前设置参数。 常见的AT指令表3-1所示[19]：
表3-1常见的AT指令表 AT 指令集 AT+CMGC AT+CMGD AT+CMGF 说 明 作用：送出一条短信息 作用：删除短信息 作用：选择不同的短消息格式：PDU格式用0，Text格式用1 AT+CMGL 作用：列举不同的短信类型：未读短信用0，已读短信用1，待发短信用2，已发送的短信用3，全部短信用4 AT+CMGR AT+CMGS AT+CMGW AT+CNMI AT+CPMS AT+CSCA AT+CSCB 作用：短信的读取 作用：短信的发送 作用：写入草稿箱信息 作用：显示收到的短信 作用：短信内存位置选择 作用：编辑短消息中心地址 作用：选择网络广播短信 14
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AT+CSMP 作用：设定短信文本格式的参数 当然，如果用户需要丰富的中文短信来告知信息，则需要更加复杂的PDU格式来进行相应的编码。Text模式代码简单、操作起来非常简便，但是由于不能发送中文短信，所以有很大的局限性。而相对于Text模式，PDU功能更加强大，不仅支持英文短信的发送，同时也能很好的支持中文短信的发送。PDU格式是用16进制的，它用的A-F这些英文和阿拉伯数字组成的。
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第四章 总结
防盗报警系统设计通过TC35I GSM模块，采用短消息收发控制无线通信系统。TC35I模块和STC89C52单片机形成一个通信系统,可以成功的实现短消息的发射和接收工作。本系统设计在分析总结前人丰富的理论和实践研究的基础上，大量的进行防盗报警系统红外传感器信号的收集工作， 实现了室内不同状况监控工作功能。本系统设计重点工作放在短信息模块的报警系统方面，其中包含TC35I模块与单片机之间的串口通信连接部分，根据单片机的最小系统，按照相应的AT指令，设计了单片机和GSM模块的通信电路。本系统能最大程度的优化通信方式,通信的效率很大程度上提高了。
本系统设计还有很多的不足之处需要改善，本设计系统只是设计了单方面的单片机GSM收发信息通信，当然还需要进一步完善该系统的功能，这时就需要增加相应的功能，例如：增加处理回拨的信息、复位功能、查询处理，从而使系统的实用性更加的广泛，用具有强大的实际应用的意义。
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致谢
由于老师平日里工作繁多，但从各方面都对我们毕业进程进行督促和指导。我非常感谢指导老师。老师不仅从论文选题开始，一步一步教导我们如何进行选题工作，论文完成中期，进一步教导我们怎么改论文格式，论文设计一般的方面，以及主要完成的目标。
刚开始接触到论文，感觉自己无从下手，幸亏老师耐心指导我们如何完成论文，如何进行下去。导师教导我们，首先在图书馆里查找相应的资料，大体上了解本设计从哪些方面去考虑，理清方案设计的具体步骤。然后，每个星期两位老师都会在中午空闲时间督促我们论文，哪些方面存在问题，哪些方面需要修改，真的对我们的帮助很大。
在本论文的设计中，老师提供了非常有用的指导意见，对我的论文进行了仔细的批阅，这些使我获益良多。老师严谨的态度，对我们很负责，每个人都尽力做到最好，不辜负老师的期望。感谢老师不遗余力的教导，从老师身上获益良多。当然，这次毕业设计我还得感谢同学的帮助，没有各位的督促，就没有我今天的进步，谢谢大家！
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参考文献
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