??? 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(mén)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(jiǎn)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(wèn)題提到了小區(qū)業(yè)主和物業(yè)公司的議事日程上來(lái),，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(wèn)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(wú)線(xiàn)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(hù)共用一組頻率,，同時(shí)，多組用戶(hù)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(mǎn)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(wú)人值守的場(chǎng)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(guò)單片機(jī)處理后,，通過(guò)RS-232異步串行通信接口寫(xiě)入TC35i移動(dòng)通信模塊,，移動(dòng)通信模塊再通過(guò)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(guò)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(mén)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(hù)內(nèi)）,，主機(jī)（監(jiān)控中心）和從機(jī)（報(bào)警終端）之間通過(guò)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(mén)子公司推出的最新無(wú)線(xiàn)通信模塊TC35i性?xún)r(jià)比很高,，有國(guó)內(nèi)的無(wú)線(xiàn)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(hù)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(hù)提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口,，為數(shù)據(jù),、語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速,、可靠,、安全的傳輸，方便用戶(hù)的應(yīng)用開(kāi)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(guò)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(huà)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(xiàn)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(lái)存儲(chǔ)一些用戶(hù)配置信息,、電話(huà)本和其他信息。
??? TC35i共有40個(gè)引腳,，通過(guò)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(lèi)，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(yǔ)音接口,，用來(lái)接電話(huà)手柄,；15、30,,、31和32腳為控制部分,，15為點(diǎn)火線(xiàn)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(wú)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(guò)這一接口可以用AT指令切換操作模式,，可以使它處于語(yǔ)音、數(shù)據(jù),、短消息或傳真模式,。TC35i模塊的外圍電路簡(jiǎn)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(lái)存儲(chǔ)傳感器傳送來(lái)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(lái)完成電平的轉(zhuǎn)換,。
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??? TC35i采用AT指令，AT89C52可以通過(guò)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(jiǎn)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(guò)人體感應(yīng)（熱釋紅外線(xiàn)）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(guò)A/D轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在市場(chǎng)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(jiǎn)單,，因此選用DS2450芯片,。DS2450是美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司(DALLAS)推出的符合單總線(xiàn)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(lái)存儲(chǔ)輸入電壓的范圍,、分辨率和報(bào)警門(mén)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(jiǎn)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(xiàn),。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(lái)的短消息數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)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(lái)標(biāo)定各報(bào)警點(diǎn)的原始信息(電話(huà)號(hào)碼,、位置,、戶(hù)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(kù)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(xún)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(xún),、打印、備份,、刪除等,。
??? 在串行通信上，Visual Basic提供了一個(gè)易于開(kāi)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(hù)以高級(jí)的BASIC語(yǔ)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(yǔ)言編寫(xiě)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(jiǎn)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(jiàn),，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(mén)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(xún)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(lèi)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(jiǎn)單,、實(shí)用等特點(diǎn)，基本能夠滿(mǎn)足各類(lèi)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(lái)說(shuō),，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。
參考文獻(xiàn)
[1] ?郎風(fēng)華.基于GSM 的遠(yuǎn)程電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].無(wú)線(xiàn)電工程,，2004,，(4).
[2] ?樊振方，彭愛(ài)華. 基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2006,32(3).
[3] ?徐淑華,程退安.單片微型機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,，1994.
[4] ?李鴻．用單片機(jī)控制手機(jī)收發(fā)短信息[J]．電子技術(shù)應(yīng)用,，2003，29(1).
[5] ?TC35i cellular engine hardware interface description. Siemens Version00.03.www.Siemens.com.2003.
[6] ?李家福,，余立建.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子元器件,，2005，(12).
[7]?Siemens cellular engine AT command set. Siemens Version03.10. www.Siemens.com,2003.