摘  要： 運(yùn)用GSM和GPS技術(shù),，開發(fā)了基于STC12C5A08S2單片機(jī)控制器的物品安全報(bào)警系統(tǒng)。通過上位機(jī)設(shè)置物品放置的原始位置,，當(dāng)物品被移動(dòng)的距離超過10 m時(shí),，將向設(shè)定的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送短信（短信內(nèi)容可由物主自由設(shè)置）并報(bào)警，同時(shí)定時(shí)向該手機(jī)發(fā)送該物品的位置信息,。物主也可隨時(shí)發(fā)送特定命令的短信給系統(tǒng),，系統(tǒng)就會(huì)返回物品的位置信息。物主通過發(fā)送帶密碼的短信到系統(tǒng)的SIM卡號(hào),，表明是自己移動(dòng)的物品,，從而減少錯(cuò)誤報(bào)警，節(jié)約短信費(fèi)用,。
關(guān)鍵詞： GPS,；GSM通信；安全報(bào)警系統(tǒng)

    貴重物品安全問題一直是困擾人們的一個(gè)難題,。人們外出時(shí)總是擔(dān)心家里重要物品是否丟失,，盡管遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)日益成熟，但是針對(duì)控制器的要求很高,、視頻傳輸速度慢,、成本高等問題還是讓人望而卻步?；谶h(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù),，只能知道物品丟失了，但物品究竟去了何方？又該如何尋找,？本文運(yùn)用GPS和GSM技術(shù)完成了基于STC12C5A08S2單片機(jī)控制器的物品安全報(bào)警系統(tǒng)的開發(fā),。該系統(tǒng)可在貴重物品移動(dòng)超出一定范圍時(shí)發(fā)出警告，并能監(jiān)控貴重物品的行蹤,，為貴重物品的安全監(jiān)控提供了一種便捷可靠的解決方案,。
1 系統(tǒng)目標(biāo)
    初次記錄物品（汽車、保險(xiǎn)箱等）所在地點(diǎn)的地理位置,，包括經(jīng)度,、緯度和海拔高度。物品的坐標(biāo)由GPS模塊提供,，以此經(jīng)度,、緯度和海拔高度作為物品的基坐標(biāo)，并將此坐標(biāo)通過上位機(jī)軟件存儲(chǔ),，當(dāng)物品的位置發(fā)生移動(dòng)時(shí),，控制器將計(jì)算移動(dòng)的距離，距離超過某一設(shè)定值(例如10 m)時(shí),，通過GSM模塊向物主發(fā)送短信,，并且每隔一定的時(shí)間向物主手機(jī)發(fā)送物品當(dāng)前位置的坐標(biāo)，為追回物品提供引導(dǎo),，物主也可通過發(fā)送特定的信息,，排除其移動(dòng)物品所引發(fā)的報(bào)警。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    該監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩部分,。硬件部分由電源,、GPS模塊、STC12C5A08S2單片機(jī),、TC35模塊構(gòu)成,。圖1給出了系統(tǒng)硬件部分的結(jié)構(gòu)框圖，GPS負(fù)責(zé)接收物品位置信息,，單片機(jī)負(fù)責(zé)將GPS信息解碼與計(jì)算,，進(jìn)而控制整個(gè)系統(tǒng)，TC35負(fù)責(zé)將各種信息發(fā)送到目標(biāo)手機(jī),。

    51單片機(jī)作為核心來控制GPS和GSM模塊,。GPS接收到的經(jīng)度、緯度等地理信息通過串口傳輸?shù)?1單片機(jī),，物品最初的地理信息經(jīng)GPS接收,、上位機(jī)軟件設(shè)置作為參照信息存儲(chǔ)到單片機(jī)的Flash中，同時(shí)上位機(jī)將目標(biāo)手機(jī)號(hào)碼,、要發(fā)送的短信內(nèi)容發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ),，單片機(jī)將每次接收到的地理信息解碼,，與參照地理信息對(duì)比算出距離，兩者相差10 m時(shí),，則單片機(jī)通過另外一個(gè)串口向GSM模塊發(fā)送AT指令,，向目標(biāo)手機(jī)發(fā)送信息，通知安保人員物品位置被移動(dòng),，并且將當(dāng)前物品的準(zhǔn)確位置信息發(fā)送給安保人員,；安保人員也可以通過發(fā)送特定的字符命令，隨時(shí)獲得物品所在地的地理信息,。STC12C5A08S2作為本系統(tǒng)的控制器,，具有兩個(gè)串口分別與GPS、GSM通信,，芯片AMS1117將5 V直流電壓轉(zhuǎn)換為3.3 V為GPS模塊供電,。芯片LM2941S將5 V直流電壓轉(zhuǎn)換為4.2 V為GSM和單片機(jī)模塊供電,。

3 GPS通信的實(shí)現(xiàn)
    GPS模塊在系統(tǒng)中用來接收物品的地理信息,，將這些信息傳送給單片機(jī)控制器，方便單片機(jī)做計(jì)算處理[1],。采用臺(tái)灣鼎新科技的royaltek LE3571作為GPS模塊,，該模塊以SIRF3為主芯片。
    模塊的引腳4和引腳5是標(biāo)準(zhǔn)的TTL接口,，可以直接連接到單片機(jī)的UART,，將GPS信息輸出到單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行運(yùn)算處理,，再通過GSM系統(tǒng)將相關(guān)信息發(fā)送到指定的手機(jī),。模塊輸出信息數(shù)據(jù)每行開頭都是以字符‘$’作為起始標(biāo)記，接著是信息類型,，最后是數(shù)據(jù),，之間以逗號(hào)分隔開。一行完整的數(shù)據(jù)為：$GPRMC,，080655.00,，A，4546.40891,，N,，12639.65641，E,，1.045,，328.42，
170809…A*60,。這一串字符中4546.40891是經(jīng)度,，12639.65641是緯度。物品被移動(dòng)的距離計(jì)算原理是：設(shè)第一點(diǎn)A的經(jīng)緯度為(LonA，LatA),，第二點(diǎn)B的經(jīng)緯度為(LonB,，LatB)，按照0°經(jīng)線的基準(zhǔn),，東經(jīng)度取正值(Longitude),，西經(jīng)取經(jīng)度負(fù)值(-Longitude)，北緯取90-緯度值(90-Latitude),南緯取90+緯度值(90+Latitude),，經(jīng)過上述處理后兩點(diǎn)的經(jīng)緯度被記為(MLonA,，MLatA)和(MLonB，MLatB),。根據(jù)三角公式,，可計(jì)算得到A、B兩點(diǎn)的距離：
    C=sin(MLatA)×sin(MLatB)×cos(MLonA-MLonB)+
        cos(MLatA)×cos(MLatB)
    距離=R×arccos(C)×Pi/180(1)
    GPS將地理信息通過UART傳送給單片機(jī),，單片機(jī)根據(jù)式（1）計(jì)算得到A,、B兩點(diǎn)的距離，并將計(jì)算結(jié)果通過單片機(jī)的UART口傳送給GSM模塊,，最后將物品移動(dòng)距離的信息發(fā)送給目標(biāo)手機(jī),。
4 GSM在系統(tǒng)中的應(yīng)用
    GSM模塊TC35在系統(tǒng)中接收單片機(jī)發(fā)送的相關(guān)命令，將需要發(fā)送的短信內(nèi)容發(fā)送到指定的手機(jī)[3],。TC35可工作在雙頻（900/1800）,，電源范圍為直流3.3～4.8 V，電流消耗在休眠狀態(tài)時(shí)為3.5 mA,，空閑狀態(tài)時(shí)為25 mA,，發(fā)射狀態(tài)時(shí)為300 mA(平均)，峰值2.5 A,；可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號(hào), 功耗在EGSM900(4類)和GSM1800(1類)分別為2 W和1 W,，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM卡電壓為3 V/1.8 V,，帶有TTL電平輸入輸出,，可選波特率為300 b/s～115 kb/s，自動(dòng)波特率為1.2 kb/s～115 kb/s,。它支持Text和PDU格式的短消息SMS(Short Message Service),，可通過AT命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)?？芍苯舆B接到單片機(jī)串口,，通過串口向TC35發(fā)送命令就可以實(shí)現(xiàn)打電話和發(fā)短信的功能。TC35通常的外圍電路設(shè)計(jì)如圖2所示,，管腳1～5是電源引腳,，接4.2 V電壓,；6～10腳接地；15腳是啟動(dòng)引腳,，此引腳保持50 ms低電平觸發(fā),，就可啟動(dòng)TC35；18腳和19腳是UART,，用來與STC12C5A08S2單片機(jī)通信,，實(shí)現(xiàn)短信的發(fā)送；24～29腳用來連接SIM卡,；32腳是GSM信號(hào)指示燈,，當(dāng)GSM搜索網(wǎng)絡(luò)成功，32腳輸出高電平,，點(diǎn)亮LED,。單片機(jī)通過AT指令與TC35通信。

5 軟件設(shè)計(jì)
    軟件流程框圖如圖3所示,。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包含上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和STC12C5A08S2單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì),，上位機(jī)軟件要處理的任務(wù)是將初次的定位信息、目標(biāo)手機(jī)號(hào)碼,、要發(fā)送的短信內(nèi)容發(fā)送給單片機(jī),，讓單片機(jī)將這些信息存儲(chǔ)起來,，軟件上面能顯示初次的地理信息,。當(dāng)上位機(jī)軟件設(shè)置好后，系統(tǒng)即可與PC斷開,，單獨(dú)執(zhí)行任務(wù),，上位機(jī)軟件只是在最初的階段起作用。單片機(jī)軟件要實(shí)現(xiàn)與PC,、GPS,、TC35的通信，與PC之間的通信只有一次,，就是最開始設(shè)置目標(biāo)手機(jī)號(hào)碼,、短信內(nèi)容、傳輸基座標(biāo),。與GPS通信比較簡單,，因?yàn)镚PS會(huì)每隔1 s自動(dòng)地向單片機(jī)發(fā)送地理信息，單片機(jī)只需要做好接收工作,、計(jì)算工作,。與TC35之間的通信關(guān)鍵是如何使用AT命令來控制TC35。根據(jù)GSM的定義,短信息的發(fā)送和接收模式共有3種：Block模式,、基于AT命令的Text模式和基于AT命令的PDU模式,。使用Block模式需要模塊生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持, 而用于中英文短信息傳送應(yīng)使用PDU模式, 只傳送英文短信息使用Text模式,。Text模式的短信息發(fā)送和接收比較簡單, 如不需要傳送中文則最好采用Text模式發(fā)送和接收短信息。采用Text模式發(fā)送接收短信息的步驟分為初始化GSM模塊,、發(fā)送文本短信息和接收短信息,。而對(duì)于發(fā)送和接收中文或中英文混合的短信息必須采用PDU模式,根據(jù)GSM的定義，只要軟件上按照PDU格式解讀或編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式即可接收或發(fā)送短消息,。PDU格式的收發(fā)最多為70個(gè)漢字字符,，中文字符按照UNICODE進(jìn)行編碼。

    GSM和GPS的快速發(fā)展和日趨成熟,，為本監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的開發(fā)提供了有力的技術(shù)支持,。該系統(tǒng)體積為90 mm×60 mm×20 mm，價(jià)格便宜,，使用方便,。測試結(jié)果表明，監(jiān)控距離為100 m時(shí),，在GSM信號(hào)正常的情況下,，響應(yīng)時(shí)間不足1 min，誤報(bào)率<1%,，能夠?qū)崿F(xiàn)物品安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控,，人們將不再擔(dān)心外出時(shí)重要物品遺失，具有很好的市場前景,。
參考文獻(xiàn)
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