智能求救伴侣毕业论文.doc

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1、天津职业技术师范大学本科生毕业设计智能求救伴侣 Smart Help Couples 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 系 别： 2014年05月摘 要本作品是一款集光线闹钟，火灾，地震检测以及身体不适时的语音报警的多功能床头灯。它的主要功能是实现检测输入的数据信息并以GSM模块为平台通过接收AT指令形式传输到客户端。它可以分为数据采集部分、时钟部分、中央处理器和GSM平台四个主要部分组成。其中数据采集部分包括语音识别模块LD3320、震动传感器模块、MQ-2烟雾气敏传感器模块，分别负责采集输入的语音信号、震动和烟雾信号；时钟部分用DS1302芯片用于设定时间，SMC1602液晶显示时间；中

2、央处理器以STC12C5A60S2为核心，实现信息处理加工，外置按键、显示灯、蜂鸣器等电路，蜂鸣器作为唤醒装置，LED灯组作为唤醒灯光；GSM平台以SIM300模块来实现，通过AT指令快速地将接收到的信息通过电话或是短信传送到客户端。程序部分包括主程序、时钟程序、时钟显示程序、GSM串口发送设置程序、发送信息程序等。最终以程序和硬件结合形成本作品：智能求救伴侣。关键词：GSM；传感器；语音识别；AT指令；单片机处理器ABSTRACTThis work is a multi-functional bedside lamp which collects light alarm, fire and

3、earthquake detection as well as voice alarm when you dont feel good. Its main function is to realize the detection of input data and information, to receive the AT command through GSM module and transmit to the client. It is consistent of data acquisition, clock, central processing unit (CPU) and GS

4、M platform. Data acquisition part include speech recognition module LD3320, vibration sensor module, MQ-2 smoke gas sensor module, respectively responsible for the collection of input speech signal, vibration and smoke signal. The clock part is based on DS1302 chip, SMC1602 liquid crystal display ti

5、me. CPU is based on STC12C5A60S2, which implement information processing, the external keys, display lights, buzzer circuit. Buzzer can be used as a wake-up machine, LED headlamp unit as a wake-up lights; GSM platform is realized by SIM300 module. The AT command information will be quickly received

6、and sent to the client by telephone or text messages. Program part includes the main program, the clock, the clock display program, GSM serial port to send setup program, send messages, etc. Finally, Smart Help Couples is implemented by the program and hardware form.Key words: GSM; sensor; voice rec

7、ognition; AT instructions; Single chip processor II目录1 引 言11.1 智能求救伴侣的设计11.1.1 设计背景11.1.2 设计目的11.2 语音识别技术介绍21.3 无线通信知识介绍21.3.1 GSM基本知识21.3.2 AT指令简介32 系统硬件设计42.1 系统总体硬件结构设计42.2 中央处理器电路设计52.2.1中央处理器的方案选择52.2.2 STC12C5A60S2的主要参数指标62.2.3 STC12C5A60S2单片机的内部结构72.2.4 中央处理器及外围电路设计82.3 系统部分电路112.3.1 模块部分的方案选

8、择112.3.2 电源电路122.3.3 LD3320模块132.3.4 GSM模块SIM300152.3.5 MQ-2烟雾气敏传感器模块162.3.6 震动传感器模块173焊接工艺193.1 工艺构思193.2 焊接工艺194系统总软件的设计流程214.1 系统主程序224.2 系统部分程序224.2.1语音识别部分程序224.2.2传感器部分程序234.2.2时钟部分程序234.3 短消息的软件设计244.4 语音系统的关键词配置254.5 测试结果26结 论27参考文献28致 谢29II 天津职业技术师范大学2014届本科生毕业设计1 引 言1.1 智能求救伴侣的设计1.1.1 设计背景

9、当今的快速生活，让许多亲人不得不分居两地，社会上空巢老人和留守儿童的现象也越来越普遍了，繁忙的工作和生活会使我们忽视老人的身体健康情况，和随时可能遇到的突发情况，而老人和儿童们在危急情况下，可能会来不及求救，由此我想制作一款能够实现远程报警的床头灯。火灾一直备受社会瞩目，美国的家庭中火灾报警装置十分普遍，相比之下，中国家庭中却普遍缺少火灾报警设备，由此出发，我在作品上集成了火灾报警功能，希望能借以已经普及的床头灯来推广火灾警报装置。近来地震接连造成中国的恐慌，因此我在作品中集成了地震警报功能，使它能在地震发生时第一时间发生警报，唤醒熟睡的人们，远程报警，以减少伤害。当今生活节奏加快，生活压力加

10、大，人类的睡眠有其固有机制，但是很多人无法睡到自然醒，不得不借助闹铃起床。而医学研究证明，长期使用闹钟起床对身体有害。光线是自然醒的必要条件，是人体的生物闹钟。根据如上所述，我设想制作一个能够凭借光线来唤醒熟睡中的人的闹铃，借此来降低传统响铃式的闹铃突然惊醒给人造成的危害。1.1.2 设计目的根据上面所陈述的背景，我设想制作一款集光线闹钟，火灾，地震检测以及身体不适时的语音报警的多种功能床头灯。此床头灯是一款火灾报警器，地震报警器，同时还能语音智能报警，并且通过GSM平台实现远程报警，避免了慌乱中无法报警的情况。另外此床头灯凭借光线来唤醒熟睡中的人，借此来降低传统响铃式的闹铃突然惊醒给人造成的

11、危害，比较适用于当今社会快节奏的工作和生活。由于床头灯一般置于卧室，一旦在夜晚发生火灾，地震，集成在床头灯上的警报系统能够迅速叫醒熟睡中的人们，并实现远程报警，有很强的实用性。1.2 语音识别技术介绍语音识别 Automatic Speech Recognition (简称ASR)技术，是基于关键词语列表识别的技术。只需要设定好要识别的关键词语列表，并把这些关键词语以字符的形式传送到LD3320内部，就可以对用户说出的关键词语进行识别。不需要用户作任何地录音训练。 语音识别ASR现实意义：ASR 技术最重要的现实意义就在于提供了一种脱离按键，键盘，鼠标的基于语音的用户界面VUI：Voice U

12、ser Interface。使得用户对于产品的操作更快速，更自然。非特定人语音识别技术ASR技术是基于关键词语列表识别的技术。每次识别的过程，就是把用户说出的语音内容，通过频谱转换为语音特征，和这个关键词语列表中的条目进行一一匹配，最优匹配的一条作为识别结果。LD3320 可以识别列表中的关键词，用户说的语音可以是这个列表中任意的关键词语，而且不需要用户在识别前进行任何训练。识别引擎不关心关键词语列表中的关键词语的内容，可以是命令，人名，歌曲名字，操作指令等等任何的汉字字符串。每条关键词语最大可以支持的字数，从算法角度是限制在30字以内。但是从实际情况来看，用户一口气说超过8个字以上的条目时，

13、几乎肯定会出现说错字/说漏字/说多字/打嗝/停顿等情况，这些情况都会严重影响识别并造成识别错误。因而一般来说，如果要获得理想的识别效果，建议每条关键词语的字数不要过长，避免影响效果。1.3 无线通信知识介绍1.3.1 GSM基本知识GSM( Global System for Mobile communication )移动通信网络，俗称全球通，源于欧洲的数字移动电话网络标准，其开发目的是让全球各地共同使用一个移动电话网络标准，用户使用一部手机就能行遍全球。GSM是基于窄带TDMA制式，允许在一个射频同时进行8组通话1。在现代的移动通信体制中，GSM系统是一种比较成熟和完善的系统，其应用十分广

14、泛。目前已建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通讯网络，其可以提供短信和语音等各种服务。GSM基本原理：GSM被分成三个子系统：网络交换子系统（Network Switching Subsystem NSS）；基站子系统（Base Station Subsystem BSS）；网络管理子系统（Network Management Subsystem NMS），网络管理子系统（NMS）又叫做操作与维护中心（OMC-Operation & Maintenance Center）。网络子系统NSS是整个GSM系统的核心。它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换连接与管理的功能。基

15、站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连负责无线信息的发送接收，无线资源管理及功率控制等，同时它与NSS相连实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等2。网络管理子系统NMS负责NSS和 BSS系统的维护管理工作。GSM的重要特点是：防盗能力佳、手机号码资源丰富、网络容量大、通话清晰、信息灵敏、稳定性强不易受干扰、通话死角少、手机耗电量低。1.3.2 AT指令简介 AT（即Attention）。AT指令一般应用于终端设备与PC应用之间的连接与通信。AT指令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据

16、电路终端设备发送的。其对所传输的数据包大小有定义：即对于AT指令的发送，除AT两个字符外，最多可以接收1056个字符的长度（包括最后的空字符）。每个AT命令行中只能包含一条AT指令；对于由终端设备主动向PC端报告的URC指示或者response响应，也要求一行最多有一个，不允许上报的一行中有多条指示或者响应。AT指令以回车作为结尾，响应或上报以回车换行为结尾。目前，发送短消息常用Text和PDU模式。使用Text模式收发短信息代码简单，实现起来容易，但缺点是不能收发中文短信；而PDU模式不仅支持中文短信，也可发送英文短信。PDU模式收发短信可使用3种编码：7bit、8bit和UCS2编码。7b

17、it编码用于发送普通的ASCII字符，8bit编码通常用于发送数据消息，UCS2编码用于发送Unicode编码字符。在这三种编码方式下，可发送的最大字符数分别是160、140、70。若发送中文，必须采用PDU模式的Unicode编码方式3。2 系统硬件设计2.1 系统总体硬件结构设计系统可以分为数据采集部分、时钟部分、中央处理器和GSM平台四个主要部分组成。其中数据采集部分包括语音识别模块LD3320、震动传感器模块、MQ-2烟雾气敏传感器模块，分别负责采集输入的语音信号、震动和烟雾信号；时钟部分用DS1302芯片用于设定时间，SMC1602液晶显示时间；中央处理器以STC12C5A60S2为

18、核心，实现信息处理加工，外置按键、显示灯、蜂鸣器等电路，蜂鸣器作为唤醒装置，LED灯组作为唤醒灯光；GSM平台以SIM300模块来实现，通过AT指令快速地将接收到的信息通过电话或是短信传送到客户端。该系统由语音识别模块、GSM模块、时钟模块、STC12中央处理器模块和一些外围器件（传感器，液晶显示，蜂鸣器等模块）构成。图2-1为此系统的硬件结构框图。图2-1 系统结构框图2.2 中央处理器电路设计2.2.1中央处理器的方案选择方案一：单片机是一种集成的电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时

19、器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统4。单片机的发展先后经历过了4、8、16、32位机的发展阶段，它的品种丰富、体积小、抗干扰强、易于产品化且能够容易实现多机和分布式控制，所以大大的吸引了初学者和研究的兴趣，特别容易被大家接受。方案二：ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。方案三：ED

20、A，是电子设计自动化，英文全拼为Electronic Design Automation，它是以计算机为工作的平台，然后借用EDA软件工具为开发环境，设计语言使用硬件描述，载体为可编程逻辑器件，完成硬件系统的逻辑编译、化简、分割、综合等的一系列电子产品的自动化设计的一种过程5。EDA中的可编程逻辑器件(FPGA)和复杂可编程逻辑器件（CPLD）能够实现硬件上的并行工作，具有高速度、高密度和低功耗的特点，EDA的这种技术硬件由于具有较高的集成度和强大的逻辑实现能力，使设计变的更加的灵活和更加的容易实现，也是现在人们一直广泛应用的一种软件。通过对以上三个方案的分析，都可以实现对本设计所需的控制模块

21、的要求，但是单片机的通用性强，市场成本低，技术开发也比较低，所以很适合初学者和一般的电子爱好者来学习和应用，而且它的结构合理，各个部件的指令都比较规范，在使用程序编写时可以用到我们最熟悉的最灵活使用的C语言，在使用方面也比较受基础学习者的喜欢，所以本设计采用单片机。 本系统以STC12C5A60S2单片机作为整个系统的主控芯片。STC12C5A60S2是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S，即25万次

22、/ 秒)，针对电机控制，强干扰场合。2.2.2 STC12C5A60S2的主要参数指标1.增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。2.工作电压：5.5V - 3.5V（5V单片机）。3.工作频率范围：035MHz，相当于普通8051的0420MHz。4.用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节。5.片上集成1280字节RAM。6.通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）。可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏。每个I/O口驱动能

23、力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA。7.ISP （在系统可编程）/ IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)。9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）11.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.33V，误差为5%，3.3V单片机为1.31V，误差为3%。12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为5%到10%以

24、内)。用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V的单片机为：11MHz17MHz 3.3V的单片机为：8MHz12MHz精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。13.共4个16位定时器：两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。14.3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟

25、。15.外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2， INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0, CCP0/P1.3 (也可通过寄存器设置到P4.2)， CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3)。16.PWM(2路）/ PCA （可编程计数器阵列，2路）-也可用来当2路D/A使用-也可用来再实现2个定时器-也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)。17.A/D转换， 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/

26、S(每秒钟25万次)。18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件，可再用定时器或PCA软件 可再用定时器或PCA软件实现多串口。19.STC12C5A60S2 系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2 )，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3 )。20.工作温度范围：-40 +85 (工业级)/0 75 (商业级)。21.封装：LQFP-48， LQFP-44， PDIP-40， PLCC-44， QFN-40。I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165

27、/595（均可级联）来扩展I/O口，还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU，三线通信，还多了串口。2.2.3 STC12C5A60S2单片机的内部结构STC12C5A60S2单片机的内部结构框图如图2-2所示。STC12C5A60S2 单片机中包含中央处理器(CPU )、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM )、定时/计数器、UART 串口、串口2、I/O 接口、高速A/D 转换、SPI接口、PCA 、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块6。STC12C5A60S2 系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。2.2.4 中央

28、处理器及外围电路设计本部分电路主要是以单片机STC12C5A60S2为中心，构成单片机最小系统，实现单片机的正常工作。外围电路有时钟电路，时钟显示电路，蜂鸣器电路，LED灯组电路，温度传感器电路以及各串口电路。1. 单片机最小系统芯片（STC12C5A60S2）是整个最小系统的核心，它和晶振时钟电路和复位电路构成最小系统，见图2-3。图2-2 STC12C5A60S2内部结构框图72.时钟电路时钟电路（见图2-4）是给整个系统时钟电路提供时钟信号的，DS1302 是美国DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实施时钟/日历和31字节静态RAM。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行

29、计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。DS1302与单片机之间能够简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需要三个口线：（1）RES（复位）；（2）I/O（数据线）；（3）SCLK（串行时钟）。DS1302是由DS1202改进而来，增加了以下特性：双电源管脚用于主电源和备份电源供应，Vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。图2-3 单片机最小系统电路图DS1302的控制字节 ：DS1302 的控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有

30、效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。图2-4 时钟电路图3. 时钟显示电路时钟显示主要是用SMC1602A液晶屏来显示的。SMC1602A标准字符点阵型液晶显示模块，采用点阵型液晶显示器，可显示16个字符X2行西文字符，字符尺寸为2.95X4.35(WXH)mm，内置HD44780接口型液晶显示控制器，可与MCU单片机直接连接，广泛应用于各类仪器仪表及电子设备。它的外形尺寸如图2-5所示，它与单片机最小系统的连线方式如下图2-6所示。图2-5 SMC1602A外形尺寸图图2-6 显示电路4.蜂鸣器电路蜂鸣器电路（见图2-7）主要用于报警提醒。当

31、快到达闹铃时间时，LED灯先亮2分钟，随后蜂鸣器响，起到闹铃的作用；另一方面，当烟雾气敏传感器检测到煤气或者震动模块检测到震动，蜂鸣器电路就会报警。5.各串口电路串口电路主要是为了引出接口，方便各模块电路与中央处理器电路相连接。2.3 系统部分电路2.3.1 模块部分的方案选择 1.电源模块的方案选择 （1）滤波电路的形式选择。一是电容滤波，电容器C接在整流电路后；一是电感滤波，电感L接在整流电路后。前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中，而且当电流很大时仅用电感器与负载串联。因为本设计的电源是小功率的，所以用电容滤波电路。 （2）稳压电路。一是串联反馈式稳压电

32、路，二是稳压芯片，前者电路比较麻烦，且结果不稳定，容易受其他外界因素的影响；后者采用稳压芯片稳压后的电压值是一定的，简单，成本低，所以采用稳压芯片7812和7805来进行稳压。图2-7 蜂鸣器电路图2. 语音识别模块的方案选择方案一：WT7010语音芯片。它内建8bit DSP核心，它能提供高分辨率ADC模拟采样和高质量的差分音频输入及麦克风输入，配备数学处理器以精确处理高压缩语音编解码或语音识别。但是，语音输入方面配备差分放大器用以麦克风输入以及AGC（自动增益控制）以便提供更好的SNR（信噪比）语音信号输入。方案二：LD3320芯片是一款“语音识别”专用芯片。该芯片集成了语音识别处理器和一

33、些外部电路，包括AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等。它在设计上注重节能与高效，不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM等，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别、声控、人机对话功能，而且可以播放MP38。所以鉴于以上阐述的方案论证，从使用简单，节约成本，更好的效果等角度来看，我选择方案二LD3320芯片。3. GSM模块的方案选择方案一：西门子公司的TC35是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域都能看到TC35无线模块在发挥作用，而TC35只能打电话和发短信，不可以进行GPRS网络访问，而且TC35的接口尺寸是很小，得

34、配专用的连接软线和排座。方案二：SIM300由SIMCOM公司推出的一款三频段GSM/GPRS模块，可实现语音通话、拨打接听电话、短信收发、彩信收发、GPRS网络数据收发等功能，满足本系统设计的各项功能同时为扩展功能做准备。鉴于以上两种方案，从设计成本低和功能完全等方面综合考虑，我选择了方案二SIM300，并且SIM300对于初学者更容易被接受，简单易学。2.3.2 电源电路本系统的电源电路（见图2-8）是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。变压器采用的是220V到10V的变压，整流采用的是单相桥式整流电路，将220V的交流电换成直流电，完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，图中

35、T1为电源变压器，它的作用是将交流电网电压变成整流电路要求的交流电压，四只整流二极管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称9。采用电容滤波电路，稳压采用稳压芯片是7812和7805，这样便输出了更加稳定的直流电源。图2-8 电源电路图2.3.3 LD3320模块LD3320芯片（图2-2）是一款“语音识别”专用芯片，由ICRoute公司设计生产。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等。本芯片在设计上注重节能与高效，不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM等，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别、声控、人机对话功能，而且可以播放M

36、P3。并且，识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的。1. LD3320的语音识别原理图2-9为LD3320电路原理图，与MCU通信采用SPI总线方式，时钟不能超过15 MH。芯片内部的语音识别原理框图如图2-10中的虚线框所示。图2-9 LD3320模块电路图图2-10 LD3320语音识别原理图首先把通过MIC输入的声音进行频谱分析；其次提取语音特征，通过以上两步后将得到语音(即关键词)的特征信息；第三将关键词语列表(即训练模板)中的数据与特征信息进行对比匹配；最后找出得分最高的关键词语作为识别结果输出。 2. LD3320模块 整个模块的硬件电路主要包括核心主控制和语音识别两个部分。主控制

37、部分为STC公司的 STC11L16XE单片机，语音识别部分为LD3320语音识别芯片。LD3320芯片采用并行方式直接与STC11L16XE单片机相接。模块的具体实现方框图如图2-11所示：图2-11模块总体结构框图在用户的语音进入语音识别部分后，LD3320将把处理过的数据并行传输到主控制器，主控制器处理后，发送命令数据到可扩展外围串行设备实现控制操作。语音识别模块的实物图如图2-12所示。图2-12 LD3320模块实物图2.3.4 GSM模块SIM300SIM300是一款三频段GSM/GPRS模块，可在全球范围内的EGSM 900MHz、DCS1800MHz、PCS 1900MHz三种

38、频率下工作，能够提供GPRS多信道类型多达10个，并且支持CS-1、CS-2、CS-3和CS-4 4种GPRS编码方案。模块有AT指令集接口，支持点到点短消息移动发送和接受、文本、PDU模式，短消息存于SIM卡中，支持CSD和GPRS模式的短消息发送，可以按需来选择传输模式。SIM300模块结构小巧、功能强大、稳定性高，功耗小，应用广泛主要应用在通讯领域，如移动电话、远程数据监控及传输、无线抄表、GPS车载终端、无线公话、无线监控等。 本模块还需SIM卡与SIM300模块配合使用，GPRS无线Modem中必须插有开通带有被叫数据服务业务的SIM卡，才能完成数据传输的任务。SIM卡也叫用户识别卡

39、，供GSM系统对用户身份进行鉴别。同时，用户通过它完成与系统的连接和信息的交换。GSM模块实物图如图2-13所示，背面卡座图如图2-14所示。图2-13 SIM300模块实物图图2-14 SIM300模块的卡座2.3.5 MQ-2烟雾气敏传感器模块MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大10。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性

40、气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。模块实物图如图2-15所示。图2-15 MQ-2烟雾气敏传感器模块实物图2.3.6 震动传感器模块模块电路图如图2-16所示，采用生产的各种灵敏度震动开关，默认用-18020P震动传感器。使用宽电压LM393比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。工作电压：3.3V-5V。输出形式 ：数字开关量输出（0和1）11。设有固定螺栓孔，方便安装小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm。它用于各种震动触发作用，报盗报警，智能小车，电子积木等。请注意这个模块在感应到小的震动时触发时间会很短，不够驱动继电器，有些人的资料显示可以直接和继电器模块相连

41、，实际运用效果不佳。震动模块的接线图如下图2-17所示。图2-16震动模块电路图图2-17 震动模块实物图3焊接工艺3.1 工艺构思最初选定课题时，构思着要把作品做的好看一点：作品表面看起来就算只是一个床头灯，选择用罩子罩住电路，外面看不到内部的构造，并且也可实现它的多功能。可是后期制作时发现，这样的构思不太好实施，因为罩住了电路，就看不到液晶显示的时间了，还有震动传感器，烟雾传感器，还有语音识别模块就会受到影响，作品的效果就会被影响，所以我还是采用了常规的裸露电路板的设计。不过最初的构想，如果作品会推广到市场，采用优质的传感器，实施下来还是不错的。3.2 焊接工艺为了作品看起来有立体，有层次

42、感，我选择了两层布板。作品的整体工艺如图3-1所示。图3-1作品整体工艺作品的正面俯视图如下图3-2所示，即第一层，主要有单片机最小系统，时钟电路，语音识别模块，震动传感器模块，烟雾传感器模块，液晶显示，蜂鸣器以及显示灯等。单片机最小系统周边的接口设计，方便与各模块直接排线接线，方便、美观。图3-2作品正面俯视图 为了方便焊接，减少出错率，使电路看起来更加美观，单片机最小系统以及外围电路直接用DXP生成的，然后自己腐蚀生成的单层板，如图3-3所示。而电源电路相对简单，直接用万能板焊的电路，时间显示电路也是一样的。图3-3作品背面走线图4系统总软件的设计流程本系统程序设计的主要任务：一是STC1

43、2C5A60S2与语音识别模块的串口通信；二是STC12C5A60S2与GSM模块的串口通信；三是语音识别模块LD3320的调试；四是GSM模块的启动、状态检测及调试；五是把设定的时间显示到LCD，并且能实现闹铃作用；六是设定接收信息手机号码并能把输入的语音、烟雾、震动信息发送到该手机上。本设计主要工作的流程为：加电启动，初始化各串口、端口、定时器等，检测单片机主程序、1302时钟程序、时钟显示程序、GSM串口发送设置程序、发送信息程序等，使GSM模块，语音识别模块，液晶和传感器等模块正常工作，在主程序中设定接收信息的手机号码。主流程图如图4-1所示。图4-1 主程序流程图 4.1 系统主程序

44、 系统进入程序主循环后，首先启动各串口和相应的模块，检测时间及输入的信息数据，判断信息类型，如果接收的数据是语音信息，且语音中含有程序中预先设定好的关键词，在GSM正常工作的情况下，程序编辑AT指令，把相应的语音发送到指定的手机号码上；如果是烟雾气敏传感器和震动传感器检测到有信息输入，则系统这届报警，并且在GSM正常工作的情况下，程序编辑AT指令，把相应的语音发送到指定的手机号码上；如果定时时间到了，系统会先启动LED灯，过一点时间后蜂鸣器会响，叫醒熟睡的人们。主程序流程如图4-1所示12。4.2 系统部分程序4.2.1语音识别部分程序进入语音识别部分程序时，先对串口的初始化，初始化后进行语音

45、接收，然后判断识别语音，判断有无关键词，如果有则蜂鸣器响和进行远程报警；若无关键词，则结束程序。如图4-2所示。图4-2 语音识别程序流程图4.2.2传感器部分程序在进入这部分程序循坏时，同样也是先端口初始化，进行震动或者是煤气检测，如果有相应的反应，则蜂鸣器响和进行远程报警；没有反应，则结束程序。图4-3 传感器部分程序流程图4.2.2时钟部分程序在进入这部分程序循坏时，同样也是要初始化，包括定时器初始化，液晶屏初始化和时间初始化。这部分程序稍微麻烦一些，时间和显示两部分一起进行，还涉及到时间延迟响闹铃的程序。如图4-4所示，当初始化完成之后，时间电路进行写、读时间，时间显示部分对时间进行显

46、示，设定闹铃，判断是否到设定的时间，如果是，则LED灯先亮，给与一定的照明后，延迟一点时间后，蜂鸣器开始响，闹铃定时到；如果否，则直接结束程序。图4-3 时钟部分程序流程图4.3 短消息的软件设计本设计的关键和难点是手机短消息接口，包括手机短消息的用户数据区编码、通信模式设定和联机测试、短消息的发送、发送数据的关键命令字的模式匹配等短消息模块设计SMS利用信令信道传输，不必建立拨号连接，只需将信息加上目的地址发送到短消息服务中心，经中心完成存储后再发至目的地，即使GSM终端关机信息也不丢失 。对SMS的控制有3种途径：Block Mode，Text Mode和PDU Mode，其中TextMo

47、de模式应用最为简单，通用性较强，因此该项目选择使用Text格式来发送短消息。AT指令以“AT”开头，除发送短消息最后是以+结束外，其余都以回车符结束。指令执行成功与否有相应形式为，是换行符。在应用过程中采用RS232串口通信将数据服务器与手机模块相连从而实现短消息的输入与传送。常见短消息AT指令有：AT+CSMS，选择短消息服务类型；AT+CPMS，优先信息存储，定义用来读写信息的存储区域；AT+CMGF，优先信息格式，执行格式有1EXT方式和PDU方式； AT+CSCA，保存设置，保存+CSAS和+CSMP的参数；AT+CSMP，设置文本模式的参数；AT+CSDH，显示文本方式的参数；AT+CSCB，