摘  要： 介紹了基于無線收發(fā)芯片CC1110和GSM網(wǎng)絡(luò)的無線監(jiān)控報警系統(tǒng),，該系統(tǒng)由控制板和終端板組成。終端板連接各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu)作為數(shù)據(jù)采集點和控制端,，控制板負(fù)責(zé)接收和分析各個終端板發(fā)送的數(shù)據(jù),，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)以短信形式將設(shè)備的狀態(tài)或報警信息發(fā)給用戶，而用戶用短信形式將控制命令發(fā)送給控制板,，實現(xiàn)對家庭遠(yuǎn)程的監(jiān)控,。
關(guān)鍵詞： CC1110；數(shù)據(jù)采集,；GSM,；無線通信；監(jiān)控

    隨著人們生活水平的提高和網(wǎng)絡(luò)的普及,，尤其是近幾年全球移動通信系統(tǒng)GSM[1]短信技術(shù)的發(fā)展和居住環(huán)境的改善,，促使人們對家庭安全防范的意識得到空前的強化。在此領(lǐng)域中,，針對傳統(tǒng)家庭報警系統(tǒng)具有布線復(fù)雜,、范圍受局限等諸多缺點，使用無線通信設(shè)備并將其安裝于室內(nèi),，不但不會破壞房間原有布局,，而且具有安裝過程便捷、投入少,、組網(wǎng)快速等優(yōu)點,。本文所設(shè)計的系統(tǒng)是基于CC1110[2]的無線傳輸，利用GSM網(wǎng)絡(luò)對控制信息和報警信息進(jìn)行發(fā)送和接收,，用戶只要使用手機就可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)主要由多個終端板和一個控制板組成,。終端板可以安裝在門,、窗、電氣設(shè)備上,，通過終端板上的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)對監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,。當(dāng)監(jiān)控設(shè)備發(fā)生異常情況時,，就會以短信的形式將特定的狀態(tài)信息和報警信息發(fā)送給用戶，實現(xiàn)對家庭的遠(yuǎn)程控制,。
1 系統(tǒng)設(shè)計
    系統(tǒng)由終端板(數(shù)據(jù)采集端),、控制板(數(shù)據(jù)接收端)、GSM模塊組成,，如圖1所示,。終端板將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理后發(fā)送給控制板，控制板將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后發(fā)到用戶手機上,，用戶可以通過手機實時了解家庭情況,。控制板接收并分析用戶的指令,，把指令解析后發(fā)給指定的終端板,，指定的終端板根據(jù)接收到的控制信息去控制執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
    終端板和控制板都采用CC1110芯片,。終端板在無線通信模塊的基礎(chǔ)上增加了各種傳感器或執(zhí)行機構(gòu)。而控制板則在無線通信模塊的基礎(chǔ)上添加GSM模塊控制電路,。
2.1 CC1110芯片的功能特點
    CC1110芯片是美國TI公司的一款1 GHz以下頻帶的低功耗射頻(RF) 片上系統(tǒng)解決方案,。芯片內(nèi)嵌多達(dá)32 KB的在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、4 KB的SRAM存儲器,、8通道8~14 bit A／D轉(zhuǎn)換器,、1個16 bit定時器和3個8 bit定時器、2個UART／SPI,、21個通用I／O,。基于CC1110的高性能無線收發(fā)器工作于433 MHz頻段,，頻率穩(wěn)定性好,、靈敏度高、無線數(shù)據(jù)傳輸最大速度可達(dá)500  Kb／s,，同時采用低供電電壓(2.3  V～3.6  V),，從而降低了整個系統(tǒng)的使用功耗。
2.2 無線通信模塊硬件設(shè)計
    CC1110芯片只要極少數(shù)外圍元件就能夠搭建穩(wěn)定可靠且功耗低的片上系統(tǒng),，大大簡化了RF電路的設(shè)計過程,。設(shè)計的傳感器節(jié)點工作在433 MHz頻段。圖2是CC1110的外圍電路設(shè)計,，主要由CC1110芯片,、射頻匹配電路和其他外圍元件組成。

2.3 GSM模塊連接電路
    本系統(tǒng)GSM模塊設(shè)計選用西門子公司的TC35i[3],。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,。TC35i在休眠狀態(tài)時的電流消耗為3.5 mA，空閑狀態(tài)時為25 mA,。TC35i有40個引腳,，通過一個ZIF(Zero Insertion Force)連接器引出。這40個引腳可以劃分為五類：電源,、數(shù)據(jù)輸入/輸出,、SIM卡、音頻接口和控制,。TC35i的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口是一個串行異步收發(fā)器,，固定的參數(shù)有：8 bit數(shù)據(jù)位和1 bit停止位，無校驗位,，波特率在300 b/s~115 200 b/s之間可選,。GSM與控制板的連接電路圖如圖3所示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件由終端板程序和控制板程序組成,。終端板程序通過傳感器對家用電器,、門、窗等的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行實時采集,，根據(jù)命令把監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給控制板或控制執(zhí)行機構(gòu)對監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的控制,。控制板程序負(fù)責(zé)對終端板發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取,、分析,，并利用GSM網(wǎng)絡(luò)將結(jié)果實時地發(fā)送給用戶，讓用戶及時了解家居狀況,；同時控制板接收用戶的控制命令,，并將控制命令解析后及時地發(fā)送給指定的終端板，終端板通過執(zhí)行機構(gòu)對監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的控制,。
3.1 終端板的軟件設(shè)計
    終端板的程序流程圖如圖4示,。首先CC1110進(jìn)行I/O、無線模塊等系統(tǒng)的初始化,。為了減少終端板的損耗,，終端板每隔100 ms進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采樣，并在控制板查詢的時候把信息發(fā)送給控制板。

    終端板采集事務(wù)時序如圖5所示,。終端板每隔100 ms進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，為了減少功耗,，數(shù)據(jù)采集完成后,，傳感器關(guān)閉。當(dāng)需要采集數(shù)據(jù)時,，傳感器再次打開,。如圖5所示，第一個100 ms傳感器工作5 ms后關(guān)閉,，第二個100 ms時,，傳感器再次打開，工作5 ms后關(guān)閉,。

    終端板發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式如表1所示,。

    導(dǎo)言表示數(shù)據(jù)包開始，終端板的標(biāo)識符包含終端板的識別碼,，用于控制板區(qū)分哪個終端板發(fā)送的數(shù)據(jù),。終端板接收正確的數(shù)據(jù)包后，解析數(shù)據(jù)包,，如果是查詢命令,，終端板將設(shè)備的狀態(tài)信息發(fā)送給控制板；如果是控制命令,，終端板控制執(zhí)行機構(gòu),，對設(shè)備進(jìn)行控制，并將控制結(jié)果反饋給終端板,?？刂瓢灏呀K端板返回的結(jié)果發(fā)送給用戶。
3.2 控制板的軟件設(shè)計
    控制板的主程序流程圖如圖6所示,，串口中斷程序流程如圖7所示,。首先CC1110進(jìn)行I/O、無線模塊,、串口,、GSM模塊的初始化。終端板每隔200 ms查詢一次終端板的數(shù)據(jù),，當(dāng)監(jiān)控設(shè)備異?；蛴脩舨樵儽O(jiān)控設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)時，控制板將終端板的狀態(tài)信息或報警信息通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶,。當(dāng)用戶需要控制監(jiān)控設(shè)備時,，將控制信息以短信形式通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給控制板，控制板分析處理命令信息后將控制指令發(fā)送給指定的終端,，指定的終端通過控制執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對設(shè)備的控制,。

    控制板發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式如表2所示,。

    導(dǎo)言表示數(shù)據(jù)包的開始。時間信息用于終端板和控制板的時間同步,。命令包含控制板對終端板發(fā)送的指令,，其中還包括終端板的識別碼。結(jié)束標(biāo)志表示一個數(shù)據(jù)包的結(jié)束,。每個終端板的識別碼不相同,，當(dāng)終端板接收到數(shù)據(jù)包后，首先進(jìn)行時間同步,，然后解析數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù),，判斷命令中的識別碼是否與自身的識別碼相同，如果相同則進(jìn)行命令響應(yīng),；不相同則在時間同步后放棄此數(shù)據(jù)包,。
3.3 GSM模塊啟動和數(shù)據(jù)處理
    GSM模塊的啟動：在GSM模塊上電后，必須給IGT 一個大于100 ms低電平,，模塊才啟動,。本系統(tǒng)在不降低系統(tǒng)可靠性的前提下，使用軟件方法啟動,，通過CC1110內(nèi)部定時器給出大于100 ms的低電平,，以降低硬件成本。GSM正常啟動后通過AT[4]命令進(jìn)行操作,。常用的AT命令如表3所示,。　

　
為了節(jié)省GSM的控制和短信發(fā)送的時間,，ATE0命令表示在系統(tǒng)初始化后關(guān)閉回顯,。AT+CMGF用來選擇發(fā)送短信的格式，當(dāng)AT+CMGF=0時,，用來發(fā)送中文短信,，AT+CMGF=1時，用來發(fā)送英文短信,。本文主要介紹發(fā)送中文短信如：
AT+CMGS=23
>0011000D91683189898989F90008A708665A4E0A597DFF01→
    其中,，AT+CMGS用來發(fā)送短信，AT+CMGS=23表示要發(fā)送23位十六進(jìn)制數(shù),，發(fā)送的短信是用ASCII表示的十六進(jìn)制,，不包括初始的2個0。等待GSM模塊返回“>”后,，將短信輸出給GSM模塊,，GSM將短信發(fā)出。短信發(fā)送格式如表4所示。

    經(jīng)過試驗驗證,，本系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)家庭設(shè)施的控制和報警,。終端板可以與各種傳感器和動作機構(gòu)連接，具有很好的通用性,。當(dāng)要添加新設(shè)備時,，只要加一個終端板就可以，整個系統(tǒng)有非常好的可擴展性,。而且本系統(tǒng)不局限于家庭應(yīng)用，針對移動設(shè)備,，在控制板上外接一個GPS模塊,，可將衛(wèi)星定位信息實時地發(fā)給用戶，可以實現(xiàn)移動設(shè)備的控制和報警,。此外,，由于有覆蓋廣、性能穩(wěn)定的GSM網(wǎng)絡(luò)的支持,，可以確?？刂菩畔⒌目焖傩院蜏?zhǔn)確性。
參考文獻(xiàn)
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[3] Siemens Corporation. TC35i hardware interface description[EB/OL].http： //www. siemens. com,， 2003-11-12.
[4] Siemens Corporation. TC35i AT command set[EB/OL]. http： //www. siemens. com， 2005-09-09.
[5] GSM 03. 38. Alphabets ans language-specific information[S]. European Telecommunications Standards Instiute(www.etsi.org).1999.