??? 摘 要： 利用GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的短消息" title="短消息">短消息業(yè)務(wù)，采用西門子公司生產(chǎn)的移動(dòng)通信模塊" title="通信模塊">通信模塊TC35i設(shè)計(jì)了小區(qū)遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)" title="報(bào)警系統(tǒng)">報(bào)警系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的基本組成以及相關(guān)的硬軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、界面友好、管理操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地移植到其他的報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)中。
??? 關(guān)鍵詞： GSM? TC35i? AT指令? 單片機(jī)? 報(bào)警系統(tǒng)
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??? 隨著人們生活水平的提高，各種智能化的小區(qū)拔地而起。與此同時(shí)，小區(qū)的安全防范問題提到了小區(qū)業(yè)主和物業(yè)公司的議事日程上來，于是設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)、可靠、管理操作方便的小區(qū)遠(yuǎn)程報(bào)警" title="遠(yuǎn)程報(bào)警">遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)是目前亟待解決的問題。本文利用GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的短消息業(yè)務(wù)和移動(dòng)通信模塊設(shè)計(jì)了一種小區(qū)遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)。
??? 為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，報(bào)警終端與監(jiān)控中心之間的通信聯(lián)系是必不可少的。由于遠(yuǎn)程報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的特殊性，無線通信是最佳的通信方式" title="通信方式">通信方式。從系統(tǒng)對(duì)頻率資源的利用及系統(tǒng)組網(wǎng)方式的角度考慮，報(bào)警系統(tǒng)所用的通信方式一般有以下幾種:固定頻率通信方式、集群移動(dòng)通信方式和蜂窩移動(dòng)通信方式。其中,前兩種分別采用單一頻率和共用頻率進(jìn)行通信，均有一定的缺陷。蜂窩移動(dòng)通信方式的核心概念就是頻率復(fù)用，即多個(gè)用戶共用一組頻率，同時(shí)，多組用戶在不同的地方仍可以使用該組頻率進(jìn)行通信，從而大大提高了頻率的利用率。因此，組建遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)使用最廣泛的是以TDMA方式為核心的GSM蜂窩網(wǎng)。
??? 本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，充分利用了GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用短信息傳輸數(shù)據(jù)，能實(shí)時(shí)、自動(dòng)、可靠、方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警和監(jiān)控，而且具有小區(qū)業(yè)主信息管理、小區(qū)物業(yè)管理等功能，能滿足智能小區(qū)對(duì)安全防范的基本要求，對(duì)其他遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和無人值守的場合也具有實(shí)用價(jià)值。
1 小區(qū)遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)組成與工作原理
??? 小區(qū)遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)由報(bào)警終端和監(jiān)控中心兩大部分組成。報(bào)警終端以AT89C52單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)各路模擬輸入量的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，采集到的警情信息經(jīng)過單片機(jī)處理后，通過RS-232異步串行通信接口寫入TC35i移動(dòng)通信模塊，移動(dòng)通信模塊再通過AT命令和GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息中心以短消息的形式與報(bào)警監(jiān)控中心進(jìn)行通信。監(jiān)控中心在收到報(bào)警信息并依據(jù)協(xié)議對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行處理后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
??? 系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)，移動(dòng)通信模塊通過RS-232接口與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，構(gòu)成監(jiān)控中心，放在小區(qū)門衛(wèi)值班室內(nèi)，當(dāng)有報(bào)警信息時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示報(bào)警點(diǎn)及其信息。而報(bào)警終端則放在需設(shè)置的報(bào)警點(diǎn)上（小區(qū)業(yè)主戶內(nèi)），主機(jī)（監(jiān)控中心）和從機(jī)（報(bào)警終端）之間通過GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。
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1.2 TC35i移動(dòng)通信模塊及外圍電路設(shè)計(jì)
??? 由西門子公司推出的最新無線通信模塊TC35i性價(jià)比很高，有國內(nèi)的無線電設(shè)備入網(wǎng)證，功能上與 TC35 兼容、設(shè)計(jì)緊湊、大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35i與GSM2/2+兼容、雙頻(GSM900/GSMl800)、RS-232接口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM07.07和GSM07.05，且易于升級(jí)為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。
??? TC35i模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。它主要由四個(gè)部分組成：GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源ASIC (Application Specific Integrated circuit)、Flash。
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??? GSM基帶處理器是整個(gè)模塊的核心，它由一個(gè)C166CPU和一個(gè)DSP處理器內(nèi)核控制著模塊內(nèi)各種信號(hào)的傳輸、轉(zhuǎn)換、放大等處理過程。GSM射頻部分包含一個(gè)單片收發(fā)器SMARTi，它由一個(gè)外差式接收器、上變頻調(diào)制環(huán)路發(fā)送器、一個(gè)射頻鎖相環(huán)路和一個(gè)全集成中頻合成器等四個(gè)功能塊組成，共同完成對(duì)射頻信號(hào)的接收和發(fā)送處理。GSM模塊電流變化非常大，空閑時(shí)電流小于3.5mA，而在通話期間電流最大可達(dá)2.3A，這對(duì)供電電路提出了較高的要求。GSM模塊電源ASIC使用線性電壓調(diào)節(jié)器，把外部輸入的電源電壓Vbatt+進(jìn)行穩(wěn)壓處理后供GSM基帶處理器和GSM射頻部分使用，此外，它還輸出一個(gè)2.9V/70mA的電壓供模塊外的其他電路使用。GSM射頻部分的功率放大器對(duì)電源電壓要求不高，所以可直接使用外部的輸入電壓Vbatt+。Flash用來存儲(chǔ)一些用戶配置信息、電話本和其他信息。
??? TC35i共有40個(gè)引腳，通過一個(gè)ZIF(Zero Insertion Force)連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為五類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1～14腳為電源部分，其中,1～5為電源電壓輸入端Vbatt+,6～10為電源地GND,11、12為充電引腳，13為對(duì)外輸出電壓(供外電路使用)，14為ACCU-TEMP(接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻)；24～29為SIM卡引腳，分別為CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND；33～40為語音接口，用來接電話手柄；15、30,、31和32腳為控制部分，15為點(diǎn)火線IGT(Ignition)，當(dāng)TC35i通電時(shí)必須給IGT一個(gè)大于100ms低電平，模塊才能啟動(dòng)。30為RTC backup，31為Power down, 32為SYNC；16-23為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為DSRO、RINGO、RxDO、TxDO、CTSO、RTSO、DTRO和DCDO。
??? TC35i的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，它符合ITU-TRS232接口標(biāo)準(zhǔn)，有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗(yàn)位，波特率在300b/s～115Kb/s之間可選，硬件握手信號(hào)用RTSO/CTSO，軟件流量控制用XON/XOFF, CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。通過這一接口可以用AT指令切換操作模式，可以使它處于語音、數(shù)據(jù)、短消息或傳真模式。TC35i模塊的外圍電路簡單連接圖如圖3所示。
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1.3 報(bào)警終端電路設(shè)計(jì)
??? 遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警終端主要由GSM模塊TC35i及其外圍電路、單片機(jī)系統(tǒng)(下位機(jī))、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器等幾部分組成。報(bào)警終端電路如圖4所示。GSM模塊負(fù)責(zé)短消息的編輯、存儲(chǔ)、接收，單片機(jī)系統(tǒng)用來存儲(chǔ)傳感器傳送來的數(shù)據(jù)，并控制GSM模塊發(fā)送短信息。由于TC35i模塊串口管腳的工作電平是CMOS電平，單片機(jī)串口管腳的工作電平是TTL電平，所以不能將它們的管腳直接相連，需要一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232來完成電平的轉(zhuǎn)換。
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??? TC35i采用AT指令，AT89C52可以通過正確的AT指令對(duì)TC35i進(jìn)行初始化和短消息的接收與發(fā)送。對(duì)短消息的控制有三種模式：Block模式、PDU模式和Text模式。Text模式比較簡單，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字和字符的直接收發(fā)，但Text模式不支持中文。目前廣泛采用PDU模式，PDU模式是將GB2312的中文編碼轉(zhuǎn)換為Unicode編碼，容易實(shí)現(xiàn)中文編解碼。本設(shè)計(jì)主要傳送中文信息，為了編程方便，使用PDU模式進(jìn)行短消息的接收和發(fā)送。與短消息業(yè)務(wù)有關(guān)的AT指令如表1所示。
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??? 系統(tǒng)可以采集三種警情信號(hào)：非法入室、煤氣泄漏和火災(zāi)。警情信號(hào)分別通過人體感應(yīng)（熱釋紅外線）傳感器、煤氣傳感器、煙霧傳感器采集到相應(yīng)信號(hào)，但是這些信號(hào)不能直接送單片機(jī)系統(tǒng)，必須先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換。現(xiàn)在市場上有各式各樣的A/D轉(zhuǎn)換芯片，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的系統(tǒng)并不需要得到報(bào)警信號(hào)的準(zhǔn)確值，只要能得到單片機(jī)可以識(shí)別的信號(hào)即可；另外，考慮芯片與單片機(jī)接口要簡單，因此選用DS2450芯片。DS2450是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司(DALLAS)推出的符合單總線協(xié)議的四路A/D轉(zhuǎn)換器。每個(gè)輸入通道由各自的寄存器組來存儲(chǔ)輸入電壓的范圍、分辨率和報(bào)警門限值，當(dāng)輸入電壓偏離指定范圍值時(shí)，設(shè)置使能標(biāo)志。DS2450與單片機(jī)的連接很簡單，可直接相連，也可與PC機(jī)的RS-232串口經(jīng)適配器轉(zhuǎn)換后相連，且可掛上多個(gè)DS2450，使用極為方便，且只占用單片機(jī)的一個(gè)輸入/輸出端口線。報(bào)警終端程序流程圖如圖5所示。
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1.4 監(jiān)控中心電路設(shè)計(jì)
??? 監(jiān)控中心由TC35i模塊及外圍電路和PC機(jī)組成，當(dāng)TC35i模塊接收到報(bào)警終端發(fā)送來的短消息數(shù)據(jù)時(shí)，通過計(jì)算機(jī)上的管理軟件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后發(fā)出報(bào)警信息，值班人員可依據(jù)報(bào)警信息采取相應(yīng)措施消除警情。
2 小區(qū)遠(yuǎn)程報(bào)警管理系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
??? 報(bào)警管理系統(tǒng)監(jiān)控軟件可以管理整個(gè)系統(tǒng)的所有報(bào)警終端設(shè)備，用來標(biāo)定各報(bào)警點(diǎn)的原始信息(電話號(hào)碼、位置、戶主姓名等)、接收到報(bào)警信息時(shí)提示報(bào)警并將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中、修改遠(yuǎn)端設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)等。管理軟件還可以進(jìn)行業(yè)主管理，查詢各報(bào)警終端的當(dāng)前數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，并提供歷史數(shù)據(jù)查詢、打印、備份、刪除等。
??? 在串行通信上，Visual Basic提供了一個(gè)易于開發(fā)的平臺(tái)，其中設(shè)計(jì)了一個(gè)功能強(qiáng)大的MSComm控件，該控件對(duì)串行通信對(duì)象即對(duì)RS-232串口進(jìn)行了初級(jí)封裝，用戶以高級(jí)的BASIC語言即可利用RS-232接口與外界通信。由于該控件具有很多串口通信的屬性、方法和觸發(fā)事件，故在監(jiān)控中心用Visual Basic語言編寫管理軟件。
3 系統(tǒng)的安全保障措施
??? 作為一個(gè)安全報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)整體的可靠性是最重要的指標(biāo)，也是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。以短消息進(jìn)行報(bào)警信息的傳輸，系統(tǒng)雖然有方便簡單等優(yōu)點(diǎn)，但短消息自身的特性決定了建于其上的系統(tǒng)在可靠性方面會(huì)存在一系列隱患：(1)短消息的穩(wěn)定性和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、短信信道等因素有關(guān)，不確定因素較多。(2)短信延遲很常見，網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)不能保證短信及時(shí)到達(dá)。不管是短信丟失還是延遲，對(duì)安全報(bào)警系統(tǒng)都是致命的。(3)垃圾短信的存在很有可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。
??? 為保證系統(tǒng)整體的實(shí)時(shí)可靠運(yùn)行，采取了如下安全保障措施：(1)對(duì)警情信號(hào)進(jìn)行多次采集驗(yàn)證，設(shè)置硬件復(fù)位等功能，報(bào)警終端內(nèi)置硬件看門狗，確保終端正常工作，及時(shí)將警情信息發(fā)送出去且不發(fā)生誤報(bào)警。(2)報(bào)警終端和監(jiān)控中心之間實(shí)行應(yīng)答機(jī)制，超時(shí)重發(fā)，確保正確發(fā)出警報(bào)信息。(3)在初始化、接收新短信、重發(fā)查詢短信之前清空SIM卡，確保系統(tǒng)不受影響。
??? 本系統(tǒng)是利用GSM移動(dòng)通信模塊及GSM短消息業(yè)務(wù)進(jìn)行小區(qū)警情信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控，其通信距離基本不受限制，具有投資少、成本低、可靠性高等特點(diǎn)。另外，系統(tǒng)采用Visual Basic設(shè)計(jì)監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件，具有界面友好、保密性強(qiáng)、易用性強(qiáng)等特點(diǎn)，操作人員經(jīng)短期培訓(xùn)即可掌握,因而應(yīng)用前景十分廣闊。同時(shí)與現(xiàn)有其他類型的小區(qū)遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有可靠、簡單、實(shí)用等特點(diǎn)，基本能夠滿足各類小區(qū)對(duì)安全防范的要求，尤其對(duì)已建成且需增設(shè)報(bào)警系統(tǒng)的小區(qū)來說，基于GSM移動(dòng)通信模塊的小區(qū)遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)更是首選。
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