论文总字数：19338字

目 录

1绪论 3

1.1设计背景 3

2方案介绍与系统结构 3

2.1方案介绍 3

2.2主要功能实现 3

2.3系统结构简介 4

3硬件阐述与模块搭建 4

3.1单片机模块 4

3.1.1单片机说明 4

3.1.2单片机种类与特性 5

3.1.3特殊功能寄存器 7

3.2 GSM模块 10

3.2.1GSM说明 10

3.2.1TC35简介和GSM引脚结构 10

3.3红外对射传感模块 13

4 GSM模块调试 13

4.1 GSM模块功能调试 13

5程序设计与各功能实现 16

5.1程序编译Keil uVision4 16

5.2系统主程序结构 16

5.3主函数设计 18

5.4串口程序 18

5.5 GSM短消息发送 19

5.6红外感应模块程序 22

6硬件实物演示操作 23

7总结 26

参考文献 27

致谢 28

防止儿童私自外出无线报警系统

张羽

Abstract：Many children always get lost because of the lack of safety consciousness and self-discipline. Although monitoring equipment has been popular, it can not offer real-time alarm, so it is very important to send alerts via telephone text messages to the relevant person to check in time when children get out of the safety area. Considering the high cost and the inevitable errors of artificial monitoring,this design which combing STC89C52 series microcontroller, infrared correlation sensor module and GSM module into low price wireless alarm system to prevent children from going out alone, then we create a mock-up and carry out experiments to test the effect.In this system, single-chip microcomputer is used to receive and process the data.Infrared correlation sensor module is used to induct and distinguish the height.GSM module is used to send the alarm messages. The test verifies that it realizes all the specifications required by the design purpose.

Keywords：MCU; Infrared correlation sensors ;GSM

1绪论

1.1设计背景

近年来，在一些监管不严的幼儿园，托儿所甚至家庭中，儿童意外走失的安全问题日益突出受到重视，其中大部分原因是由于监管不到位而引发，在幼儿园里面，经常会有儿童趁老师不注意偷偷溜出了教室，这给老师带来了极大的不便与困扰。为使大人们不再担惊受怕，本文做一个防止儿童私自出教室报警系统。该系统安装在教室的门上，只要识别到儿童离开教室，系统就立刻发送报警短信到相关监管人手机上，让家长和老师都放心。

传统的校园安全保障措施是使用监控设备或人员监视，但由于小孩的多动性还有不确定性，不可能一直由人工监控，且这样成本较高。本文的系统需要在门框附近装两对红外对射感应器，一旦有人经过红外对射感应区域就会根据成人与儿童之间身高的显著不同会来判定出去的是儿童还是成人，如果系统判定走出去的不是成人就会立即发送警报短信到对应的监管人员的手机上。能保证实时监控，无需人工介入，且成本较低，用途也广泛。

本系统主要检测功能是由单片机不断检测红外对射传感器接收端的电平变化，因为儿童与成人的身高有很大差别，当小孩和成人分别走出去时，电平变化不一样。检测到儿童走出时就通过单片机控制GSM短信模块发出报警信息通知监管人员及时检查，以确保私自外出的儿童的安全。

2方案介绍与系统结构

2.1方案介绍

本课题着手探究儿童私自外出的安全问题，利用单片机为设计核心，辅以红外对射传感模块跟GSM模块，使得系统具有能够实时监测区分大人和儿童，系统判断出是儿童外出后，即刻通过单片机控制GSM模块，向相关监管人发送报警短信。

本设计主要是基于单片机来对红外接收端信号进行处理并控制，因为没有复杂的结构，占用空间不大，耗能低，自身模块化程度高，可适用于各类电子设计，而且各大厂商都能实现低价批量化生产，所以本设计选择使用单片机为核心部件进行研究。设计中使用GSM模块来进行报警短信功能的实现，因为其集成度非常高，所以不会出现通常电子器件因高频产生的干扰问题，从而可以保证短信发送的可靠性和稳定性。同时，GSM模块不需要额外的操作系统，能够完善的处理基带问题，接口也能完美对接单片机接口。由于通信基础设施的普及，GSM模块信号能够被全覆盖，不需要考虑系统安置地点的问题。本课题设计通过两对红外对射传感器感应判断是否为儿童触发，在确认出需要报警的情况下向监管人发送报警短信，信息需提前编辑好，信息内容包含固定的报警内容地点，如“A栋楼3号教室检测到儿童外出，请速查看！”此外，本设计亦可作为家庭防盗系统使用。

2.2主要功能实现

本系统中红外对射传感模块与GSM模块相互独立，以单片机为系统核心，来完成区分感应并控制GSM发送报警信息的功能；红外对射传感模块所使用的串口与GSM模块所使用的一样，所以两者可以共用单片机的串口。单片机系统及GSM模块由5V电压供电。

接通电源后，为了提高系统的稳定性和准确性，GSM每次都要先进行模块初始化，并验测SIM卡的注册状态，初始化和注册都成功后，系统整体进入待测状态，由红外接收到的高低电平经由单片机判断是否有人通过并区分通过的是大人还是小孩后再决定是否向GSM发送指令由GSM模块发送报警短信。

2.3系统结构简介

本课题由单片机模块、GSM模块和红外对射传感器模块这三大主要模块组成，这3个主要的模块之间相互调用，协同工作。红外对射传感模块对通过的物体进行区分判断，并向单片机发送电平信息，接着单片机对接收到的电平信息进行处理确认后会接通蜂鸣器报警并立刻对GSM模块发出发送报警短信命令^[3]。由下图2.3.1系统模块结构图可以大致对所有模块之间的关系有一个初步的了解。

图2.3.1 系统模块结构图

3硬件阐述与模块搭建

3.1单片机模块

3.1.1单片机说明

单片机从字面上理解就是单芯片的小型计算机，历史上第一块单片机诞生于上世纪70年代，到现在这四十多年间，单片机技术已经成为独树一帜的一门学科分支，它有自己的技术特征、发展道路和规划领域^[1]。单片机的产生是为了迎合工业控制需求，基本上所有自控系统都需要用到单片机。单片机不仅具有普通PC机的CPU的数据处理能力，还具备超强的系统控制能力，以便检测系统的输入量和输出量，并且具有抗干扰性强指令系统更简单的特点。单片机的重要程序指令等数据被所存在在ROM中，从而不会受到外界干扰而损坏，信号通道都集成于单片芯片，所以可靠度相当高。单片机内部都具有正常PC所需的部件。芯片的外面有大量三总线根并行串行输入输出管脚，这些都是供扩展用的^[2]。所以要构成普通规模的PC应用系统很简单。因此对于大部分电气控制类电器而言，只依靠单片机作为核心控制元件已经足够了。

3.1.2单片机种类与特性

由于各大厂家的优势不同，导致市面上的单片机种类特别多，单片机类型的更新换代经历了几个具有代表性的发展阶段。新一代的8位单片机的控制接口功能被大幅度强化，与第一代8位单片机相比增加了通用串行通信控制和管理接口，强化中断控制功能，增加定时器/计时器个数，扩展储存器容量，更新储存器种类，因此本系统使用了核心器件单片机的型号为STC89C52，属于新一代8位单片机，具有能耗非常低，性能却相当高的特点。由于将不同的接口电路都嵌入芯片，无需外部扩展，从而能减小印制板面积降低成本。虽然STC89C52单片机的内核为以前较为普遍的MCS-51，但STC89C52上增加了更多新的功能。程序存储空间和RAM分别为8K字节和512字节，4K字节大小EEPROM存储空间足够其不需要借助其他设备就能使用串口下载^[6]。89C52作为中档类型的单片机，价格不高，仿真开发设备多，基本是教学要求的首选。

STC89C52具体参数简述：

1.相比于传统的8051单片机，性能被彻底增强。时钟机器周期分为六个和十二个两种^[5]，能在传统8051单片机上使用的代码同时可以在STC89C52上使用。

2.该单片机的工作电压为5伏。

3.该单片机的工作频率范围为零到四十兆赫兹，通常工作频率为四十八兆赫兹。

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