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[導讀]摘要:介紹了一種基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的無線遠程控制和報警系統(tǒng),詳細闡述了系統(tǒng)的組成結(jié)構和軟硬件設計。該系統(tǒng)采用GSM/GPRS模塊發(fā)送接收短消息和彩信,從而實現(xiàn)對家居安全狀況的遠程監(jiān)控。選用多種傳感器采集家居信

摘要:介紹了一種基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的無線遠程控制報警系統(tǒng),詳細闡述了系統(tǒng)的組成結(jié)構和軟硬件設計。該系統(tǒng)采用GSM/GPRS模塊發(fā)送接收短消息和彩信,從而實現(xiàn)對家居安全狀況的遠程監(jiān)控。選用多種傳感器采集家居信息,通過無線收發(fā)模塊傳遞到主控制器,運用信息融合技術,獲得可靠的報警信息。業(yè)主接到報警信息后,回復短信可以控制和處理現(xiàn)場情況,達到保證家居安全和防盜的目的。
關鍵詞:GSM;防盜;傳感器;短消息;彩信

    隨著通信、電子技術的迅速發(fā)展,智能家居日益進入人們的視野,所謂智能家居一般是指將家庭中各種與信息相關的通信設備、家用電器和家庭安保裝置,通過家庭總線技術連接到一個家庭智能控制系統(tǒng)上,以實現(xiàn)監(jiān)視、控制和家庭事務性管理?;贕SM/GPRS網(wǎng)絡的遠程控制和報警系統(tǒng)充分利用GSM/GPRS網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域廣、保密性高、無距離障礙等優(yōu)點,形成了集實時數(shù)據(jù)采集和遠程控制為一體的智能家居系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構和工作過程
   
遠程控制和報警系統(tǒng)主要包括:GSM/GPRS模塊、供電系統(tǒng)、無線收發(fā)模塊、微控制器、拍照和存儲模塊、語音模塊和用戶手機。系統(tǒng)功能如圖1所示。


    系統(tǒng)選用了多種傳感器采集家居信息,通過無線收發(fā)模塊傳遞到主控制器,運用信息融合技術,以期獲得較為可靠的報警信息。當目標用戶離開家,通過遙控器控制主控模塊,觸發(fā)布防按鍵后,語音模塊發(fā)出“系統(tǒng)布防”的提示音,表明家中進入實時監(jiān)控狀態(tài)。通過熱釋電紅外傳感器、煙霧傳感器、煤氣傳感器以及門磁開關對所需檢測的區(qū)域進行安全監(jiān)測。當有不法分子入侵所監(jiān)測的區(qū)域時,相應的傳感器會立即通過無線發(fā)射模塊向單片機傳遞數(shù)據(jù),單片機進行數(shù)據(jù)處理后,觸發(fā)警笛,向不法分子示警;通過語音模塊,進行電話錄音;通過攝像頭連續(xù)抓取圖片,及時保存案發(fā)現(xiàn)場,為后續(xù)的破案工作提供證據(jù);將現(xiàn)場的情況以彩信和短消息的方式發(fā)送給用戶,方便用戶做一些臨時應急處理。如果家中的出現(xiàn)煤氣泄漏或發(fā)生火災時,煤氣傳感器和煙霧傳感器會立即通過無線發(fā)射模塊向單片機傳遞數(shù)據(jù),單片機進行數(shù)據(jù)處理后,通過SIM300模塊將現(xiàn)場情況以短消息的方式發(fā)送給用戶,方便用戶做臨時處理,防患于未然。此外,如果目標用戶想了解家中的情況,可以向系統(tǒng)發(fā)送短信,系統(tǒng)將家中的情況以短信和彩信的方式反饋給手機終端。最后,當用戶回到家門口時,通過遙控器控制主控模塊,觸發(fā)遙控器上的撤防按鍵后,語音模塊發(fā)出“系統(tǒng)撤防”的提示音,表明家中已解除了實時監(jiān)控狀態(tài)。整個系統(tǒng)通過人機遠近程交流,使業(yè)主輕松了解家中情況,放心自由的生活。

2 系統(tǒng)的硬件設計
2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構設計
   
系統(tǒng)的硬件結(jié)構如圖2所示。由傳感器單元電路、單片機STC12C5A60S2、GSM/GPRS通信電路、語音模塊、攝像頭、拍照和存儲模塊、無線收發(fā)模塊組成。
2.2 傳感器
   
本系統(tǒng)采用的數(shù)字式傳感器,能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)換成數(shù)字量,不需要A/D轉(zhuǎn)換,并且測量精度和分辨率較高,穩(wěn)定性好,抗干擾能力強。溫度傳感器選用數(shù)字測溫傳感器DS18B20。熱釋電紅外傳感器、煙霧傳感器、煤氣傳感器以及門磁開關,這幾類傳感器和無線發(fā)射模塊進行連接,將接收到的信號發(fā)送給主控模塊的無線接收模塊,使單片機能夠?qū)崟r處理不同的數(shù)字信號。
2.3 GSM/GPRS模塊
    GSM/GPRS模塊是系統(tǒng)的通信模塊,本設計選用的是SIMCOM公司的生產(chǎn)的SIM300模塊,SIM300是一款三頻段GSM/GPRS模塊,可在全球范圍內(nèi)的EGSM 900 MHz、DCS 1 800 MHz、PCS 1 900 MHz三種頻率下工作,能夠提供GPRS多信道類型多達10個,并且支持CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四種GPRS編碼方案,內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧,并且擴展了TCP/IPAT、指令,使用戶利用該模塊開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸設備變得特別簡單、方便。單片機與SIM300模塊之間的串口通信芯片采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232,該芯片包含兩路接收器和驅(qū)動器的IC芯片,適用于各種EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。
2.4 語音模塊
   
本系統(tǒng)選用的語音模塊是華邦公司新推出的單片優(yōu)質(zhì)語音錄放芯片ISD1700系列的ISD1760模塊,工作電壓范圍為2.4~5.5 V,可直接驅(qū)動麥克風和揚聲器。只需要少量的電阻電容,再加上麥克風和揚聲器就可構成語音電路的最小系統(tǒng),功能電路結(jié)構簡單。另外,可通過SPI協(xié)議對其進行操作,其工作電壓也設定為3.3 V,與SD卡相同,因此,主機的SPI口可實現(xiàn)功能復用,簡化了電路,提高了效率。
2.5 拍照存儲模塊
   
本系統(tǒng)采用PTC08串口攝像頭,存儲芯片為SD卡。PTC08是廣州市譜泰通信科技有限公司設計生產(chǎn)的一款集圖像采集、拍攝控制、數(shù)據(jù)壓縮、串口傳輸于一體的工業(yè)級圖像采集處理模塊。其內(nèi)置的高性能數(shù)字信號處理芯片實現(xiàn)了對原始圖像的高比例壓縮。產(chǎn)品圖像輸出采用標準JPEG格式,可方便地兼容各種圖像處理軟件。SD卡高度集成閃存,具備串行和隨機存取能力??梢酝ㄟ^專用優(yōu)化速度的串行接口訪問,數(shù)據(jù)傳輸可靠。接口允許幾個卡垛疊,由SD卡系統(tǒng)規(guī)范定義。本系統(tǒng)讀寫SD卡采用SPI總線模式傳輸比特數(shù)據(jù),該方案大大簡化了主機的設計。

3 系統(tǒng)的軟件設計
   
系統(tǒng)主機程序主要包括無線數(shù)據(jù)傳輸程序、傳感器數(shù)據(jù)采集程序、GSM/GPRS模塊通信程序、圖像的拍照和存儲程序、語音報警程序、顯示程序、看門狗程序、系統(tǒng)初始化程序、外事件處理程序等。主機的程序流程圖如圖3所示。


3.1 GSM短信息的收發(fā)設計
    GSM模塊提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07規(guī)范。GSM07.07中定義的AT Command接口,提供了一種移動平臺與數(shù)據(jù)終端設備之間的通行接口;GSM07.05對短消息作了詳細的規(guī)定,在消息模塊收到網(wǎng)絡發(fā)來的短消息時,能夠通過串口發(fā)送指示消息,數(shù)據(jù)終端設備可以向GSM模塊發(fā)送各種命令,該命令的實現(xiàn)是通過AT指令實現(xiàn)的。
    由于本系統(tǒng)接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)都是基于中文的報警狀況和命令字,為了更加方便用戶使用,SMS的收發(fā)模式采用PDU格式。PDU模式收發(fā)短信可以使用3種編碼:7 b、8 b和UCS2編碼。7 b編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符,8 b編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息,UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。一般的PDU編碼由十三項組成,包括:短信息中心地址長度;短信息中心號碼類型;短信息中心號碼;文件頭字節(jié);信息類型;被叫號碼長度;被叫號碼類型;被叫號碼;協(xié)議標識;數(shù)據(jù)編碼方案;有效期;用戶數(shù)據(jù)長度;用戶數(shù)據(jù)。
3.2 彩信的發(fā)送和圖像的存儲
   
SIM300模塊集成了TCP/IP協(xié)議,并且擴展了TCP/IP AT指令,使用擴展的AT指令,可以很方便地進行彩信的發(fā)送。當有險情時,攝像頭連續(xù)抓拍的圖片存儲在SD卡中,實時保留現(xiàn)場的情景。存儲和發(fā)送的圖片的格式均為JPEG格式。SD卡采用FAT16的文件存儲系統(tǒng),文件的創(chuàng)建時間和修改時間為實時拍照的時間,訪問日期為拍照的年月日,文件名為拍照的時間加編號,可以使用PC機進行查看。
3.3 語音模塊的功能
   
ISD1760芯片根據(jù)振蕩電阻的不同,可錄放45 s,60 s等不同的時間長度,可以用其來錄下提示音并進行播放。本設計又預留30 s作為報警時的現(xiàn)場錄音,可做到監(jiān)聽案發(fā)現(xiàn)場。
    主控單片機STC12C5A60S2主要通過四線(SCLK,MOSI,MISO,SS)SPI協(xié)議對ISD1700進行串行通信。ISD1700作為從機,幾乎所有的操作都可以通過這個SPI協(xié)議來完成。
    SPI(Serial Peripheral Interrace)是一種串行同步通信協(xié)議,由一個主設備和一個或多個從設備組成,主設備啟動一個與從設備的同步通信,從而完成數(shù)據(jù)的交換。通信時,數(shù)據(jù)由SDO輸出,SDI輸入,數(shù)據(jù)在時鐘的上升或下降沿由SDO輸出,在緊接著的下降或上升沿由SDI讀入,這樣經(jīng)過8/16次時鐘的改變,完成8/16位數(shù)據(jù)的傳輸。
3.4 LCD顯示時間和溫度的顯示功能
   
選用LCD1602顯示時間和溫度,液晶屏上第一行顯示年月日及星期,下面一行顯示時分秒。交替使用兩個按鍵來調(diào)節(jié)時間,當調(diào)節(jié)第一個按鍵時,每按一次,光標移動一位,當光標移動到所要調(diào)整的時間位時,調(diào)節(jié)第二個按鍵,這樣交替使用按鍵來精確調(diào)整時間。

4 結(jié)語
   
采用上述方法開發(fā)的基于GSM/GPRS的遠程控制報警系統(tǒng),具有系統(tǒng)硬件組成結(jié)構簡單,可擴展性強,性價比高,人機交互簡單等優(yōu)點。系統(tǒng)充分利用GSM/GPRS移動網(wǎng)絡資源,盡可能少地減少用戶室內(nèi)終端的投入,采用最直觀的中文短信和彩信的形式,直接把現(xiàn)場情景反映到用戶手機。此種模式可使業(yè)主根據(jù)不同的情況,采取相應的應急措施,較好地滿足了用戶對家居防盜的要求。系統(tǒng)采用太陽能、220 V交流供電、直流電源等多路交直流供電模式,使得系統(tǒng)的工作穩(wěn)定可靠,而且所使用的能源更加清潔,符合低碳生活的發(fā)展趨勢。系統(tǒng)采用無線收發(fā)模塊,方便用戶在家中進行安裝,省去了布線的麻煩。該系統(tǒng)安裝簡單,使用方便,易于推廣。

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