??? 摘 要： 利用GSM移動通信網(wǎng)絡的短消息" title="短消息">短消息業(yè)務，采用西門子公司生產(chǎn)的移動通信模塊" title="通信模塊">通信模塊TC35i設計了小區(qū)遠程報警系統(tǒng)" title="報警系統(tǒng)">報警系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的基本組成以及相關的硬軟件設計。系統(tǒng)具有實時性、界面友好、管理操作簡單等優(yōu)點，可以方便地移植到其他的報警監(jiān)控系統(tǒng)中。
??? 關鍵詞： GSM? TC35i? AT指令? 單片機? 報警系統(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，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，于是設計實時、可靠、管理操作方便的小區(qū)遠程報警" title="遠程報警">遠程報警系統(tǒng)是目前亟待解決的問題。本文利用GSM移動通信網(wǎng)絡的短消息業(yè)務和移動通信模塊設計了一種小區(qū)遠程報警系統(tǒng)。
??? 為了實現(xiàn)遠程報警，報警終端與監(jiān)控中心之間的通信聯(lián)系是必不可少的。由于遠程報警監(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)對頻率資源的利用及系統(tǒng)組網(wǎng)方式的角度考慮，報警系統(tǒng)所用的通信方式一般有以下幾種:固定頻率通信方式、集群移動通信方式和蜂窩移動通信方式。其中,前兩種分別采用單一頻率和共用頻率進行通信，均有一定的缺陷。蜂窩移動通信方式的核心概念就是頻率復用，即多個用戶共用一組頻率，同時，多組用戶在不同的地方仍可以使用該組頻率進行通信，從而大大提高了頻率的利用率。因此，組建遠程報警系統(tǒng)使用最廣泛的是以TDMA方式為核心的GSM蜂窩網(wǎng)。
??? 本文設計的遠程報警系統(tǒng)，充分利用了GSM移動通信網(wǎng)絡平臺，采用短信息傳輸數(shù)據(jù)，能實時、自動、可靠、方便地實現(xiàn)遠程報警和監(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)對安全防范的基本要求，對其他遠程數(shù)據(jù)傳輸和無人值守的場合也具有實用價值。
1 小區(qū)遠程報警系統(tǒng)設計
1.1 系統(tǒng)組成與工作原理
??? 小區(qū)遠程報警系統(tǒng)由報警終端和監(jiān)控中心兩大部分組成。報警終端以AT89C52單片機為核心，實現(xiàn)對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)過單片機處理后，通過RS-232異步串行通信接口寫入TC35i移動通信模塊，移動通信模塊再通過AT命令和GSM網(wǎng)絡的短消息中心以短消息的形式與報警監(jiān)控中心進行通信。監(jiān)控中心在收到報警信息并依據(jù)協(xié)議對報警信息進行處理后，發(fā)出報警信號。
??? 系統(tǒng)采用主從式結構，移動通信模塊通過RS-232接口與計算機相聯(lián)，構成監(jiān)控中心，放在小區(qū)門衛(wèi)值班室內(nèi)，當有報警信息時發(fā)出報警信號，并在計算機顯示器上顯示報警點及其信息。而報警終端則放在需設置的報警點上（小區(qū)業(yè)主戶內(nèi)），主機（監(jiān)控中心）和從機（報警終端）之間通過GSM移動通信網(wǎng)絡進行通信。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。
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1.2 TC35i移動通信模塊及外圍電路設計
??? 由西門子公司推出的最新無線通信模塊TC35i性價比很高，有國內(nèi)的無線電設備入網(wǎng)證，功能上與 TC35 兼容、設計緊湊、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標準GSM07.07和GSM07.05，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的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，方便用戶的應用開發(fā)及設計。
??? TC35i模塊內(nèi)部結構如圖2所示。它主要由四個部分組成：GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源ASIC (Application Specific Integrated circuit)、Flash。
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??? GSM基帶處理器是整個模塊的核心，它由一個C166CPU和一個DSP處理器內(nèi)核控制著模塊內(nèi)各種信號的傳輸、轉(zhuǎn)換、放大等處理過程。GSM射頻部分包含一個單片收發(fā)器SMARTi，它由一個外差式接收器、上變頻調(diào)制環(huán)路發(fā)送器、一個射頻鎖相環(huán)路和一個全集成中頻合成器等四個功能塊組成，共同完成對射頻信號的接收和發(fā)送處理。GSM模塊電流變化非常大，空閑時電流小于3.5mA，而在通話期間電流最大可達2.3A，這對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用來存儲一些用戶配置信息、電話本和其他信息。
??? TC35i共有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，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為對外輸出電壓(供外電路使用)，14為ACCU-TEMP(接負溫度系數(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為點火線IGT(Ignition)，當TC35i通電時必須給IGT一個大于100ms低電平，模塊才能啟動。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/輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，它符合ITU-TRS232接口標準，有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，波特率在300b/s～115Kb/s之間可選，硬件握手信號用RTSO/CTSO，軟件流量控制用XON/XOFF, CMOS電平，支持標準的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 報警終端電路設計
??? 遠程報警系統(tǒng)的報警終端主要由GSM模塊TC35i及其外圍電路、單片機系統(tǒng)(下位機)、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器等幾部分組成。報警終端電路如圖4所示。GSM模塊負責短消息的編輯、存儲、接收，單片機系統(tǒng)用來存儲傳感器傳送來的數(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TC35i進行初始化和短消息的接收與發(fā)送。對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，容易實現(xiàn)中文編解碼。本設計主要傳送中文信息，為了編程方便，使用PDU模式進行短消息的接收和發(fā)送。與短消息業(yè)務有關的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：非法入室、煤氣泄漏和火災。警情信號分別通過人體感應（熱釋紅外線）傳感器、煤氣傳感器、煙霧傳感器采集到相應信號，但是這些信號不能直接送單片機系統(tǒng)，必須先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在市場上有各式各樣的A/D轉(zhuǎn)換芯片，因為設計的系統(tǒng)并不需要得到報警信號的準確值，只要能得到單片機可以識別的信號即可；另外，考慮芯片與單片機接口要簡單，因此選用DS2450芯片。DS2450是美國達拉斯半導體公司(DALLAS)推出的符合單總線協(xié)議的四路A/D轉(zhuǎn)換器。每個輸入通道由各自的寄存器組來存儲輸入電壓的范圍、分辨率和報警門限值，當輸入電壓偏離指定范圍值時，設置使能標志。DS2450與單片機的連接很簡單，可直接相連，也可與PC機的RS-232串口經(jīng)適配器轉(zhuǎn)換后相連，且可掛上多個DS2450，使用極為方便，且只占用單片機的一個輸入/輸出端口線。報警終端程序流程圖如圖5所示。
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1.4 監(jiān)控中心電路設計
??? 監(jiān)控中心由TC35i模塊及外圍電路和PC機組成，當TC35i模塊接收到報警終端發(fā)送來的短消息數(shù)據(jù)時，通過計算機上的管理軟件對接收到的數(shù)據(jù)進行處理后發(fā)出報警信息，值班人員可依據(jù)報警信息采取相應措施消除警情。
2 小區(qū)遠程報警管理系統(tǒng)監(jiān)控軟件設計
??? 報警管理系統(tǒng)監(jiān)控軟件可以管理整個系統(tǒng)的所有報警終端設備，用來標定各報警點的原始信息(電話號碼、位置、戶主姓名等)、接收到報警信息時提示報警并將相關數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中、修改遠端設備的運行參數(shù)等。管理軟件還可以進行業(yè)主管理，查詢各報警終端的當前數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡運行狀態(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提供了一個易于開發(fā)的平臺，其中設計了一個功能強大的MSComm控件，該控件對串行通信對象即對RS-232串口進行了初級封裝，用戶以高級的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
??? 作為一個安全報警系統(tǒng)，系統(tǒng)整體的可靠性是最重要的指標，也是該系統(tǒng)設計的難點和重點。以短消息進行報警信息的傳輸，系統(tǒng)雖然有方便簡單等優(yōu)點，但短消息自身的特性決定了建于其上的系統(tǒng)在可靠性方面會存在一系列隱患：(1)短消息的穩(wěn)定性和移動網(wǎng)絡信號、短信信道等因素有關，不確定因素較多。(2)短信延遲很常見，網(wǎng)絡繁忙時不能保證短信及時到達。不管是短信丟失還是延遲，對安全報警系統(tǒng)都是致命的。(3)垃圾短信的存在很有可能導致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。
??? 為保證系統(tǒng)整體的實時可靠運行，采取了如下安全保障措施：(1)對警情信號進行多次采集驗證，設置硬件復位等功能，報警終端內(nèi)置硬件看門狗，確保終端正常工作，及時將警情信息發(fā)送出去且不發(fā)生誤報警。(2)報警終端和監(jiān)控中心之間實行應答機制，超時重發(fā)，確保正確發(fā)出警報信息。(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移動通信模塊及GSM短消息業(yè)務進行小區(qū)警情信息的遠程監(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。另外，系統(tǒng)采用Visual Basic設計監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件，具有界面友好、保密性強、易用性強等特點，操作人員經(jīng)短期培訓即可掌握,因而應用前景十分廣闊。同時與現(xiàn)有其他類型的小區(qū)遠程報警系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有可靠、簡單、實用等特點，基本能夠滿足各類小區(qū)對安全防范的要求，尤其對已建成且需增設報警系統(tǒng)的小區(qū)來說，基于GSM移動通信模塊的小區(qū)遠程報警系統(tǒng)更是首選。
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