目前,，城市安防系統(tǒng)越來(lái)越受到人們的重視，客戶對(duì)安防系統(tǒng)的功能和性能方面的要求也越來(lái)越高,。
本文提出了一種基于GSM和Zigbee技術(shù)的無(wú)線安防系統(tǒng),，該系統(tǒng)的特點(diǎn)在于利用GSM和Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了安防系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化,，省去了繁瑣的布線過(guò)程,，實(shí)現(xiàn)了安防信息的多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離傳輸,，提高了安防系統(tǒng)的安全性、可靠性與隱蔽性,。
1 系統(tǒng)方案
該系統(tǒng)方案主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)是將Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與GSM網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,。使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不僅省去布線的麻煩，增加了安防傳感器布局的靈活性,，而且可以防止通信電纜被破壞,，提高了安全性。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
系統(tǒng)把帶有Zigbee協(xié)議的模塊嵌入到被動(dòng)紅外,、玻璃破碎、門磁,、煙感及煤氣泄露等安防設(shè)備中,，作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。例如,，當(dāng)發(fā)生盜竊時(shí),，被動(dòng)紅外傳感器檢測(cè)到盜賊進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，它觸發(fā)節(jié)點(diǎn)芯片的中斷,，從而激活節(jié)點(diǎn)芯片,，芯片會(huì)自動(dòng)通過(guò)Zigbee無(wú)線收發(fā)模塊把打好的報(bào)警數(shù)據(jù)包發(fā)送出去,。
Zigbee協(xié)調(diào)器是Zigbee網(wǎng)絡(luò)與外部GSM網(wǎng)絡(luò)的接口，作為系統(tǒng)的核心負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理以及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),，它通過(guò)收發(fā)模塊接收安防監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),，由嵌入式控制器對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，然后將其經(jīng)過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到保安中心,，實(shí)現(xiàn)快速安全報(bào)警,。
整個(gè)系統(tǒng)主要可以分為Zigbee協(xié)調(diào)器和Zigbee無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)兩部分。
1.1 Zigbee協(xié)調(diào)器
Zigbee協(xié)調(diào)器作為整個(gè)系統(tǒng)的中心擔(dān)負(fù)了許多任務(wù),，因此對(duì)負(fù)責(zé)管理這個(gè)中心的控制器要求較高,。
而傳統(tǒng)的單片機(jī)在某些方面已無(wú)法滿足要求，ARM由于其高性能,、低功耗,、低成本的特點(diǎn)正是替代傳統(tǒng)單片機(jī)的首選。本設(shè)計(jì)選用ARM9處理器STR912FW44X6芯片為核心,，外圍擴(kuò)展一系列功能模塊,，整個(gè)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
其中STR912FW44X6是主控芯片,，它是由意法半導(dǎo)體公司推出的基于ARM966E_S內(nèi)核的高性能嵌入式芯片,，運(yùn)算速度達(dá)96MIPS，支持單周期DSP指令,。片內(nèi)集成了544kB的Flash及96kB的SRAM,，支持以太網(wǎng)、USB,、UART,、12C和CAN通信，有80個(gè)GPIO,、8通道1O位AI）C,、3相電機(jī)控制器、看門狗定時(shí)器和9個(gè)可編程DMA通道,。系統(tǒng)用1片UART收發(fā)芯片TI公司的TL16C550將GSM模塊連接到ARMCPU的GPIO,，實(shí)現(xiàn)GSM短消息報(bào)警發(fā)送。
GSM通信模塊選用西門子公司的TC35i模塊,，該模塊性能穩(wěn)定,，價(jià)格低廉，具備GSM無(wú)線通信的全部功能,，支持TEXT和PDU模式的短消息編碼方式,。在RF收發(fā)器上，本設(shè)計(jì)選用TI公司的Zigbee射頻收發(fā)芯片CC2420,，CC242o采用OQPSK調(diào)制方式,，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250kbps,，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。另外,，協(xié)調(diào)器還根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)了RS232接口,、鍵盤顯示和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警電路。
1.2 Zigbee無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)
Zigbee無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)由安防傳感器和Zigbee終端設(shè)備組成,，如圖3所示,。Zigbee終端設(shè)備選用TI公司的Zigbee射頻收發(fā)芯片CC2430，CC2430具有很高的性價(jià)比,，在單個(gè)芯片上整合了Zigbee射頻（RF）,、內(nèi)存和微控制器。
它使用1個(gè)8位MCU（8051）,，具有128kB可編程閃存和8kB的RAM,，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）、定時(shí)器,、AES128協(xié)同處理器,、看門狗定時(shí)器、32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器,、上電復(fù)位電路,、掉電檢測(cè)電路和21個(gè)可編程I／O引腳。
2 Zigbee技術(shù)介紹
Zigbee是Zigbee聯(lián)盟的產(chǎn)物,，這個(gè)由國(guó)際上100多家知名軟硬件公司組成的聯(lián)盟致力于制定一個(gè)短距離,、低功耗、低速率,、低成本的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork，WSN）是指由大量成本相對(duì)低廉的,，具有感知能力、計(jì)算能力,、實(shí)時(shí)通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的嵌入式無(wú)線網(wǎng)絡(luò),，是當(dāng)前眾多領(lǐng)域的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。
3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)
GSM通信模塊TC35i通過(guò)AT命令來(lái)進(jìn)行控制,，數(shù)據(jù)傳輸采用短消息方式,。AT指令和短消息的編碼、解碼方式是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,，下面重點(diǎn)對(duì)兩者作詳細(xì)的介紹,。
3.1 AT指令介紹
AT（Attention）指令集是調(diào)制解調(diào)器通信接口的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上大多數(shù)手機(jī)均支持GSM7.05規(guī)定的AT指令集,。該指令集是ETSI（歐洲通信技術(shù)委員會(huì)）發(fā)布的,，其中包含了對(duì)SMS的控制說(shuō)明,。一般的GSM模塊都支持AT指令，因此計(jì)算機(jī)或單片機(jī)可以通過(guò)串口直接向GSM模塊發(fā)送AT指令,，來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)短信息SMS的發(fā)送,、接收和管理。
3.2 短消息的編碼方式
對(duì)短消息的控制共有3種模式：BlockMode,；PDUMode；TextMode.目前,，PDUMode已取代BlockMode,，TextMode不支持中文并且大多數(shù)手機(jī)不支持這種模式。而國(guó)內(nèi)現(xiàn)在手機(jī)和GSM模塊都支持PDU模式,，為滿足系統(tǒng)的通用性,，本系統(tǒng)短消息采用PDUMode.那么什么是PDU模式昵？簡(jiǎn)單地說(shuō)是發(fā)送或接收手機(jī)SMS的一種方法,。PDU串表面上是一串ASCII碼,，由o～9、A～F這些數(shù)字和字母組成,。它們是8位字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù),，或者是BCD碼十進(jìn)制數(shù)。PDU串不僅包含消息本身,，還包含很多其他信息,，如SMS服務(wù)中心號(hào)碼、目標(biāo)號(hào)碼,、回復(fù)號(hào)碼,、編碼方式和服務(wù)時(shí)間等。發(fā)送和接收的PDU串結(jié)構(gòu)是不完全相同的,。下面介紹短消息的PDU編碼格式（表1,，表2）。
SCA：短信中心的地址,，例如西安為+8613800290500,；
FO：文件字節(jié)頭，發(fā)短信時(shí)設(shè)為11,；
MR：信息類型,，通常取00；
DA：目的地址,；
0A：發(fā)送方地址,；
PID：協(xié)議指示標(biāo)志，通常取O0；
DCS：數(shù)據(jù)編碼方案,，O0為7bit編碼,，F(xiàn)6為8bit編碼，O8為雙字節(jié)編碼,；
VP：有效期限,；
UDL：用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，即實(shí)際短信內(nèi)容長(zhǎng)度,；
UD：用戶數(shù)據(jù),，即短信內(nèi)容；
SCTS：短消息中心時(shí)間戳,。
3.3 發(fā)送和接收短消息
要發(fā)送和接收短消息,，利用GSM模塊和手機(jī)之間進(jìn)行信息交換，首先就要對(duì)信息進(jìn)行PDU格式的編碼和解碼,。本系統(tǒng)采用Unicode的編碼形式,。Unicode是一種統(tǒng)一的字符編碼標(biāo)準(zhǔn)，采用雙字節(jié)對(duì)字符進(jìn)行編碼［,。這種Unicode的特點(diǎn)是所有的字符是以兩個(gè)字節(jié)表示,，不僅中文使用兩個(gè)字節(jié)，而且英文也使用兩個(gè)字節(jié)表示,。
PDU模式下短消息收發(fā)的步驟為：用“AT+CMGF=0”設(shè)置為PDU模式,；用“AT+CMGS=長(zhǎng)度”，后面跟PDU包發(fā)送短消息,；用“AT+CMGR=序號(hào)”來(lái)讀取接收到的短消息,。
例如，需要發(fā)送信息“家中被盜,！”到手機(jī)13991885678,，單片機(jī)首先通過(guò)串口向GSM模塊發(fā)送AT+CMGS=25，等待返回ASCII字符“>”,，再輸出PDU數(shù)據(jù)串并以Ctrl+Z鍵結(jié)束,。發(fā)送程序如下：
其短信息數(shù)據(jù)的PDU編碼解析如表3所示：
4 結(jié)語(yǔ)
本設(shè)計(jì)方案借助于GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息業(yè)務(wù)和Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為安防系統(tǒng)的建設(shè)提供了一種靈活,、方便的無(wú)線解決方案,。該系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和實(shí)用價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)全方位的安全監(jiān)控與防護(hù),，而其最重要的一點(diǎn)在于,，該系統(tǒng)能夠通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可靠地與用戶通信,，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性,、可靠性與隱蔽性。