毕业设计(论文)-基于ATmegal16单片机的智能家庭控制监控系统.doc
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1、家庭智能控制系统Family intelligent control system 作 者: 指导老师: 专 业:汽车机械制造技术 长春汽车工业高等专科学校二零一一年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得 长春汽车工业高等专科学校 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名: 签字日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本论文作者完全了解 长春汽车工业高等专科学校
2、有关保留、使用论文的规定。特授权 长春汽车工业高等专科学校 可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。(保密的论文在解密后适用本授权说明)论文作者签名: 导师签名: 签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日摘 要 本设计介绍了一种智能家庭控制监控系统,是以Megal16单片机为核心,以现在成熟的GSM移动通讯网络为基础,通过无线接收解码模块PT2272接收来自现场传感器(人体热释红外线传感器、烟雾传感器、离子型煤气传感器)传送的报警信息(盗贼,火灾,煤气漏气)并进行处理,来实现现场警笛报警或通过TC35模块以短信和电话形式
3、通知主人报警,主人既可以选择通过TC35模块以短信的形式进行布防和撤销,又可以通过设备的本身进行操作。本设计阐述了无线监控系统的工作原理,总体设计方案,并对系统内各个模块进行了分析和设计,整个系统具有可靠性高,安装,操作和维护简单的特点,并在一定程度上克服了当前市场上智能控制系统存在的问题,使之更加智能化,人性化。关键词:ATmegal16单片机、GSM移动网络、PT2272、TC35、传感器、短信、警笛报警、智能化Abstract Introduced the design of an intelligent home control monitoring system, based on
4、single-chip microcomputer as the core Megal16 to mature now GSM-based mobile communication network through the wireless receiver decoder module to receive from the scene PT2272 sensor (pyroelectric infrared sensors, the human body, smoke sensors, ion-type gas sensors) to send the alarm information (
5、thieves, fire, gas leak) and processed to achieve the alarm whistle-site or through the TC35 module in the form of text messages and phone alarm to inform the owner, the owner can choose TC35 module SMS in the form of deployment and revocation, and can operate their own equipment. The design of a wi
6、reless monitoring system on the working principle, design programs, and various modules of system analysis and design of the entire system has high reliability, installation, operation and maintenance of simple features, and to some extent overcome the current market of intelligent control system pr
7、oblems, and make them more intelligent, user-friendly.Key words: ATmegal16 single-chip, GSM mobile network, PT2272, TC35, sensors, SMS, siren alarm, intelligentIV目 录目 录引 言2第一章 单片机概述- 3 -1.1 Megal16的主要性能简介:- 3 -1.2 Megal16的功能特性描述- 4 -1.3 Megal16的管脚排列- 5 -第二章 GSM模块- 6 -2.1 GSM网络介绍- 6 -2.1.1 GSM系统简介- 6
8、 -2.1.2 移动台- 6 -2.1.2.1 SIM卡- 7 -2.2 GSM Modem TC35 的硬件接口- 8 -2.3 GSM Modem TC35 的软件协议- 10 -2.3.1 AT指令- 10 -2.3.1.1 AT指令的形成- 10 -2.3.1.2 TC35支持的AT指令- 11 -第三章 射频模块PT2262和PT2272- 12 -3.1 射频发射模块PT2262- 12 -3.2 射频接收模块PT2272- 14 -第四章 传感器- 16 -4.1 人体热释红外线传感器- 16 -4.2 烟雾传感器- 17 -4.3 煤气泄露传感器- 18 -第五章 软件设计-
9、19 -结 论- 20 -参考文献- 21 -附 录- 22 -致谢- 27 -1引 言引 言 随着社会的发展,生活条件的改善,人们对安全问题越来越关注了,尤其是在家居安全方面,但传统的机械式(防盗网、防盗窗)安防系统在实际使用中暴露了很多隐患,在家里安装智能型安全报警装置是家庭安全保障发展的趋势。本文研究一种智能家庭安全监控报警系统,系统的核心是Megal16单片机,由它监控处理各种警情,对感应器采集到的报警信息采用两种报警方式,即声光报警和短消息报警。报警设备在检测到报警信息时,首先联系主人,并根据主人反馈的信息和情况的紧急程度进行判断并作出智能的报警,从而进行有效及时的监控处理。 多种新
10、型智能无线传感器的应用,对盗贼的入侵,火灾的发生和煤气的泄露进行有效的监控,使无形的布防更加人性化,智能化,结合射频无线通信技术和单片机控制技术,使监控报警系统经济、可靠、家庭无需为传感器布线,具有广阔的市场发展前景。 1第一章 单片机概述第一章 单片机概述 1.1 Megal16的主要性能简介:u 高性能、低功耗的 8 位AVR 微处理器u 先进的RISC 结构 131 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期 32个8 位通用工作寄存器 全静态工作 工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS 只需两个时钟周期的硬件乘法器u 非易失性程序和数据存储器 16K 字节的系统内可编程Flash擦
11、写寿命: 10,000 次 具有独立锁定位的可选Boot 代码区通过片上Boot 程序实现系统内编程真 - 正的同时读写操作 512 字节的EEPROM擦写寿命: 100,000 次 1K字节的片内SRAM 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密u 外设特点 两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器 具有独立振荡器的实时计数器RTC 四通道PWM 8路10 位ADC 8个单端通道 TQFP 封装的7 个差分通道- 2个具有可编程增益(1x, 10x, 或200x)的差分通道 两个可编程的串行USART 可工作于主
12、机/ 从机模式的SPI 串行接口 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 片内模拟比较器u 特殊的处理器特点 上电复位以及可编程的掉电检测 片内经过标定的RC 振荡器 片内/ 片外中断源 6种睡眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、u Standby 模式以及扩展的Standby 模式 I/O 和封装 32 个可编程的I/O 口 40引脚PDIP 封装, 44 引脚TQFP 封装, 与44 引脚MLF 封装 工作电压: ATmega16:4.5 - 5.5V 速度等级 0 - 16 MHz ATmega16 1.2 Megal16的功能特性描述 16K字节的系统内可编程
13、Flash(具有同时读写的能力,即RWW),512 字节EEPROM,1K 字节SRAM,32 个通用I/O 口线,32 个通用工作寄存器,用于边界扫描的JTAG 接口,支持片内调试与编程,三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断,可编程串行USART,有起始条件检测器的通用串行接口,8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC ,具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,一个SPI 串行端口,以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。 工作于空闲模式时CPU 停止工作,而USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续
14、工作;掉电模式时晶体振荡器停止振荡,所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作;在省电模式下,异步定时器继续运行,允许用户保持一个时间基准,而其余功能模块处于休眠状态; ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作,以降低ADC 转换时的开关噪声; Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行,其余功能模块处于休眠状态,使得器件只消耗极少的电流,同时具有快速启动能力;扩展Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。 1.3 Megal16的管脚排列 图表11 megal16 管脚图 - 4 -第二章 GSM模块第二章 GSM模块2.1 GS
15、M网络介绍 2.1.1 GSM系统简介GSM为“全球移动通信系统”(英文名为Globa1 system for Mobile communications),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的,它是在蜂窝系统的基础上发展而成。最初系统存在许多缺点,在1990年完成了GSM900的规范,随后完成了DSC1800系统的制作,二者统称为GSM网络。蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统(NSS)、无线基站子系统(BSS)和移动台(MS)三大部分组成如下图: 图表2- 1 蜂窝移动通信系统组成GSM系统框图如下,A接口往右是NSS系统,它包括有移动业务交换中(MSC)、拜访位
16、置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、鉴权中心(AUC)和移动设备识别寄存器(EIR),A接口往左Um接口是BSS系统,它包括有基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)。Um接口往左是移动台部分(MS),其中包括移动终端(MS)和客户识别卡(SIM)。 2.1.2 移动台移动台就是移动客户设备部分,它由两部分组成,移动终端(MS)和客户识别卡(SIM)。移动终端就是“机”,它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。SIM卡就是“身份卡”,它类似于我们现在所用的IC卡,因此也称作智能卡,存有认证客户身份所需的所有信息,并能执行一些与安全保密有关的重要信息
17、,以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据,只有插入SIM后移动终端才能接入进网,但SIM卡本身不是代金卡。 2.1.2.1 SIM卡 SIM卡结构:SIM卡是带有微处理器的智能芯片卡,它的构成是以下几个模块: - CPU - 程序存储器(ROM) - 工作存储器(RAM) - 数据存储器(EPROM或E2PROM) - 串行通信单元 这五个模块集成在一块集成电路中。在实际使用中有两种功能相同而形式不同的SIM卡: (a) 卡片式(俗称大卡)SIM卡,这种形式的SIM卡符合有关IC卡的ISO7816标准,类似IC卡。 (b) 嵌入式(俗称小卡)SIM卡,其大小只有25m
18、m15mm,是半永久性地装入到移动台设备中的卡。 两种卡外装都有防水、耐磨、抗静电、接触可靠和精度高的特点,小卡实物图如下: 图 表2-2 SIM小卡SIM卡功能:SIM卡的主要完成两种功能:存储数据(控制存取各种数据)和在安全条件下(个人身份号码PIN、鉴权钥Ki正确)完成客户身份鉴权和客户信息加密算法的全过程。 此功能主要是由SIM卡内的一部具有操作系统的微处理机完成。芯片有八个触点,与移动台设备相互接通是在卡插入设备中接通电源后完成(连接时只需六个触点)。此时,操作系统和指令设置可以为SIM提供智能特性。 SIM卡连接触点:数据I/O口(SIMData或SIMI/O) 复位(SIMRST
19、) 接地端(SIMGND) 电源(SIMVcc) 时钟(SIMCLK) 编程电压(Vpp) 2.2 GSM Modem TC35 的硬件接口 TC35主要由GSM基带处理器、GSM 无线模块、电源模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口6部分组成,共有40个引脚, 通过一个ZIF (Zero Insertion Force)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类, 即电源、数据输入输出、SIM 卡、音频接口和控制。第114脚为电源部分, 其中15为电源电压输入端Vbatt+,610为电源地GND, 11、12充电引脚,13对外输出电压(供外电路使用),14ACCUTEMP接负温度系数的热
20、敏电阻;2429为SIM 卡引脚;3340为语音接口用来接电话手柄;15、30、31和32脚为控制部分;1623位数据输入输出。 支持EGSM900和GSM1800双频 支持数字、语音、短消息和传真 采用电路交换最高速率为14.4kbps 实物图如下:图 表2- 3 TC35模块 简易硬件接口电路: 图表2- 4 TC35接口电路 接口电路注意点: (1)模块上电10ms后(电池电压须大于3V),为使之正常工作,必须在15脚(IGT)加时长至少为100ms的低电平信号,且该信号下降沿时间小于1ms。启动后,15脚的信号应保持高电平。(2)SIM引脚中的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有
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