基于GSM網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陸　寧,姚　雪,馬曉明

(1.招商局興天云谷投資發(fā)展(天津)有限公司 經(jīng)營管理部,廣東 深圳　518000;2.興天通訊技術(shù)有限公司 系統(tǒng)設(shè)計(jì)部,廣東 深圳　518000;3.廣州鐵路(集團(tuán))公司 工務(wù)檢測所,廣東 廣州　510000)

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基于GSM網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陸寧1,姚雪2,馬曉明3

(1.招商局興天云谷投資發(fā)展(天津)有限公司 經(jīng)營管理部,廣東 深圳518000;2.興天通訊技術(shù)有限公司 系統(tǒng)設(shè)計(jì)部,廣東 深圳518000;3.廣州鐵路(集團(tuán))公司 工務(wù)檢測所,廣東 廣州510000)

摘要針對(duì)傳統(tǒng)安防手段已無法滿足居民居家安全保障問題。文中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng),該系統(tǒng)運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)、圖像傳感等技術(shù),并在GSM平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和及時(shí)預(yù)警的安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可對(duì)家庭中可能發(fā)生的各種危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警,還可防止家庭被竊賊破壞。與之前的安防系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)操作簡單、技術(shù)先進(jìn),且預(yù)報(bào)及時(shí)準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞安防系統(tǒng);GSM網(wǎng)絡(luò);短信息;USB接口;圖像傳感器

隨著生活品質(zhì)的提高,一些安全隱患逐漸顯露出來。比如一些家用設(shè)備會(huì)因操作不當(dāng)發(fā)生起火現(xiàn)象,若此時(shí)家中無人,就有可能造成火災(zāi),后果不堪設(shè)想。此外,還有煤氣、天然氣等有毒氣體的泄露;另一方面就是家庭財(cái)產(chǎn)安全問題,不法分子通過盜竊甚至入室搶劫對(duì)家庭財(cái)產(chǎn)造成損害[1]。面對(duì)以上問題,傳統(tǒng)的安防措施已無法保證居民的安全,因此就需要重新設(shè)計(jì)開發(fā)一種智能的安防系統(tǒng)來取代之前的系統(tǒng),通過對(duì)舊系統(tǒng)的升級(jí)改進(jìn),最大程度地保證居民的生活安全。傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)功能單一,防范措施簡單,且穩(wěn)定性差,已無法滿足現(xiàn)代居民安防的需求。故為了使居民的安全得到保障,需要對(duì)之前的系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造甚至重新設(shè)計(jì)。本文提出了一款基于GSM網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng),可較好地彌補(bǔ)之前系統(tǒng)不足,并通過GSM網(wǎng)絡(luò)模塊,使用者可利用身邊的手機(jī)實(shí)時(shí)觀察家中情況,當(dāng)遇到危險(xiǎn)情況時(shí),系統(tǒng)也會(huì)將問題通過手機(jī)告訴使用者,為家庭安全提供有力的保障。本文設(shè)計(jì)的安防系統(tǒng)不僅可運(yùn)用在普通家庭中,還可應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等眾多方面。所以其具有廣闊的應(yīng)用前景和市場價(jià)值[2]。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)分為室內(nèi)和室外兩部分。室內(nèi)部分的作用是對(duì)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及控制傳感器等。室內(nèi)部分的主要控制模塊為單片機(jī),單片機(jī)與GSM進(jìn)行連接,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程無線信號(hào)傳輸。室外部分的作用就是接收室內(nèi)模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)、信號(hào)以及圖像,并控制室外的現(xiàn)場設(shè)備,使用者可通過手機(jī)或筆記本電腦在網(wǎng)絡(luò)連通的狀態(tài)下及時(shí)收到信息,也可以做到主動(dòng)觀察,利用無線終端可直接通過短信息的方式和現(xiàn)場進(jìn)行通信,而計(jì)算機(jī)則通過無線終端模塊和現(xiàn)場部分交互。無線終端模塊由主控單元、GSM模塊、USB接口等部分組成[3]。

系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)分為室內(nèi)和室外兩部分,其中室內(nèi)部分的主要運(yùn)行模塊就是單片機(jī),其USB接口連接GSM模塊,該模塊是本系統(tǒng)在通信過程中最重要的模塊,而數(shù)據(jù)及信息通過此模塊進(jìn)行傳輸,最終以短信或圖像的形式傳遞到使用者手中。而室內(nèi)部分還有著較多的傳感器,如壓力傳感器、溫度傳感器等。傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,通過系統(tǒng)的處理將有用信息自動(dòng)傳遞到用戶手中,電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供電力供應(yīng)。系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),單片機(jī)系統(tǒng)程序最重要的部分就是主控系統(tǒng),其任務(wù)就是負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)常規(guī)功能的實(shí)現(xiàn)。這些功能主要包括系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)、時(shí)間定時(shí)設(shè)置、系統(tǒng)存儲(chǔ)控制、系統(tǒng)各個(gè)模塊設(shè)置等。GSM模塊控制程序,電源管理程序,USB固件程序,傳感器接口和信息處理程序,應(yīng)用程序及其設(shè)備接口[4]。

圖1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2GSM通信模塊設(shè)計(jì)

GSM通信模塊是系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后傳輸?shù)浇K端的主要模塊,也是USB接口主要連接部分。本系統(tǒng)依靠GSM模塊進(jìn)行信息及數(shù)據(jù)傳遞,該模塊包含以下部分:(1)移動(dòng)平臺(tái),這是由用戶設(shè)備及用戶識(shí)別卡組成的;(2)信息收發(fā)系統(tǒng),其為系統(tǒng)進(jìn)行信息采集處理及發(fā)送;(3)呼叫控制系統(tǒng),可同時(shí)對(duì)一個(gè)或多個(gè)用戶進(jìn)行信息的告知與處理。所有子系統(tǒng)是已存在的,其相互作用,由主控制臺(tái)控制進(jìn)行信息的處理和傳輸。該系統(tǒng)選用西門子公司的BT75模塊作為GSM的主模塊,其外圍電路設(shè)計(jì)為BT75模塊通電后,信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)至低電平50 ms,系統(tǒng)則會(huì)進(jìn)行啟動(dòng)[5]。該系統(tǒng)啟動(dòng)過程,如圖2所示,系統(tǒng)啟動(dòng)過程需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)流程進(jìn)行,首先低電平需達(dá)到2.5 V時(shí),系統(tǒng)才能開始運(yùn)行,在低電平到達(dá)2.5 V后信號(hào)要從低電平處開始運(yùn)行,此時(shí)信號(hào)的上升沿不能低于2 ms,低電平信號(hào)在此時(shí)至少保證停留80 ms以上,且輸入電壓不能低于3.0 V,若上述條件有一項(xiàng)不滿足,則系統(tǒng)無法正常啟動(dòng)。該系統(tǒng)對(duì)BT75模塊的啟動(dòng)是通過系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)三極管來實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)系統(tǒng)中輸入高電平時(shí),三極管U處將被激發(fā),并處于導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí),BT75的管腳就自動(dòng)下降為低電平,需保證輸入信號(hào)在80 ms以上,才能完成BT75模塊的啟動(dòng)。

圖2　GSM模塊啟動(dòng)過程

3傳感器模塊設(shè)計(jì)

傳感器是系統(tǒng)產(chǎn)生信息的主要途徑,其通過對(duì)現(xiàn)場信息的采集,將信息傳送至分析器,才能得知現(xiàn)場發(fā)生的情況,從而做出反應(yīng),并將信息發(fā)送給使用者。以本系統(tǒng)中最主要的圖像傳感器為例,本系統(tǒng)選用的是惠普公司的MU3754傳感器,該款傳感器是目前公認(rèn)性能較為出眾的一款。該圖像傳感器對(duì)彩色圖像和黑白圖像均能進(jìn)行識(shí)別,且其為低壓傳感。雖體積較小,但該款傳感器支持照相、拍攝、圖像處理等所有基本功能[6]。MU3754可為使用者提供高清晰度、高像素、低采樣率的6 bit圖像數(shù)據(jù)輸出。以上功能均可通過攝像頭控制總線接口來實(shí)現(xiàn)。MU3754的圖像采樣最高可達(dá)35幀/s,且可通過使用者設(shè)定的程序?qū)D像的大小、格式、清晰度、亮度等做出自動(dòng)調(diào)節(jié)。要使傳感器到達(dá)設(shè)計(jì)要求,首先要對(duì)其外部電路進(jìn)行設(shè)計(jì),圖像傳感器的工作條件較為苛刻,只能在待機(jī)的前提下進(jìn)行工作。所以,必須有其他設(shè)備作為主設(shè)備來控制圖像傳感器,同時(shí)系統(tǒng)總線上所有傳遞的信號(hào)必須由主設(shè)備,即單片機(jī)發(fā)起。相對(duì)于主設(shè)備各條信號(hào)線定義為總線使能輸出,當(dāng)總線處于IDLE模式時(shí),主設(shè)備將該信號(hào)線拉高到邏輯“1”,當(dāng)該信號(hào)線被拉低到邏輯“0”時(shí),表示主設(shè)備發(fā)起傳輸或系統(tǒng)處于掛起模式。對(duì)于并行的時(shí)鐘輸出,當(dāng)系統(tǒng)處于之前固定的模式時(shí),單片機(jī)自動(dòng)將信號(hào)處理到邏輯“1”的位置,并當(dāng)系統(tǒng)處在邏輯“0”時(shí),系統(tǒng)才處于可工作條件。當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行暫停時(shí),需要將邏輯信號(hào)放置“0”處。圖像傳感器有著兩種模式,一種模式下,主機(jī)和主機(jī)之間只能進(jìn)行單一的連接,這也是最主要的模式。在該模式下,信號(hào)線進(jìn)行了保密處理,在默認(rèn)狀態(tài)下被置于邏輯“1”而保持有效[7]。在該模式下,為使數(shù)據(jù)傳輸不受影響,對(duì)主要設(shè)備即單片機(jī)的設(shè)計(jì)需做出要求,其中一個(gè)就是主設(shè)備支持在SIO信號(hào)線上實(shí)現(xiàn)三態(tài)門輸出,當(dāng)主設(shè)備無法進(jìn)行三態(tài)輸出,則必須能在SIO信號(hào)線上實(shí)現(xiàn)高電平或低電平的傳輸啟動(dòng)信號(hào)以通知從設(shè)備開始總線傳輸。該系統(tǒng)適用于無法進(jìn)行三態(tài)輸出的情況。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

安防系統(tǒng)軟件主要功能就是對(duì)主控單元進(jìn)行初始化操作,對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行開啟和終止操作,對(duì)傳感器模塊的圖像功能進(jìn)行控制處理,并對(duì)信息進(jìn)行處理發(fā)送,維護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行等。圖3為單片機(jī)系統(tǒng)軟件流程圖。存儲(chǔ)器中的軟件管理分為兩部分,外部和內(nèi)部的存儲(chǔ)器管理[8]。內(nèi)部存儲(chǔ)器主要是對(duì)系統(tǒng)的信息進(jìn)行處理,首先對(duì)之前的信息進(jìn)行分析,隨后寫入新的信息過程,向儲(chǔ)存器緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)的具體步驟為:(1)將設(shè)定的操作碼輸入到存儲(chǔ)器中,其中若向buffer1寫入數(shù)據(jù)則操作碼為56 h,若向buffer2寫入數(shù)據(jù),則操作碼為58 h;(2)是寫入18 bit的簡單程序;(3)是寫地址,向存儲(chǔ)器寫入20 bit的地址,這個(gè)地址指定的是一開始向存儲(chǔ)器buffer寫入數(shù)據(jù)的起始地址。接著便可向存儲(chǔ)器中寫入數(shù)據(jù),整個(gè)操作的終止是由引腳上的下降沿變化來控制的,若系統(tǒng)不能識(shí)別此變化,數(shù)據(jù)將不停地做出寫入操作,若此時(shí)存儲(chǔ)區(qū)溢出,則數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)刪除,然后繼續(xù)寫入新數(shù)據(jù)。

圖3　系統(tǒng)軟件的流程圖

5系統(tǒng)編碼與測試

該安防控制系統(tǒng)最終的應(yīng)用程序是在Java平臺(tái)上進(jìn)行編譯且完成的。該程序可對(duì)系統(tǒng)的類別和語言進(jìn)行人為設(shè)定。所用語言內(nèi)置了類型識(shí)別功能,只需做出簡單調(diào)試,即可選擇所需的模式,且源代碼使用的是開放的模式,為系統(tǒng)調(diào)用提升了較高的效率[9]。另外,系統(tǒng)語言與其他系統(tǒng)不同,本系統(tǒng)語言不用書寫便可進(jìn)行自由調(diào)用,所以能實(shí)現(xiàn)語言的自由選擇,語言文件的格式為mean of file。其中“mean of file”為說明,指明后面的文字用在菜單file上?！癴ile”是出現(xiàn)在顯示器上的文字。圖4為英文環(huán)境下系統(tǒng)默認(rèn)的模式。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測試,并結(jié)合測試結(jié)果可以看出,本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,傳輸信息清晰,且預(yù)警及時(shí)可靠,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

圖4　英文環(huán)境下系統(tǒng)默認(rèn)模式

6結(jié)束語

本文通過對(duì)傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)進(jìn)行分析,找出其中的不足,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)以GSM網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)傳輸路徑,以單片機(jī)和傳感器系統(tǒng)為現(xiàn)場終端,以各種GSM終端設(shè)備或個(gè)人電腦為控制終端,形成了一個(gè)雙向、可擴(kuò)展的安防系統(tǒng)。經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)測試結(jié)果的分析得出,該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn),信息傳遞及時(shí)準(zhǔn)確,且系統(tǒng)穩(wěn)定性較高,到達(dá)了設(shè)計(jì)要求,亦為安防系統(tǒng)提供了一個(gè)全新的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]戴暢,官伯然.GSM無線測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)[J].杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,23(4):25-28.

[2]楊彩虹,王芙蓉,賀德華.GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和承載能力[M].電訊技術(shù),2002(1):101-105.

[3]陳雷,丁曉明,李強(qiáng).GSM短消息系統(tǒng)在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].中國數(shù)據(jù)通信,2003,5(3):58-61.

[4]齊保良.基于GSM的門禁與監(jiān)控系統(tǒng)[M].電子技術(shù),2003(5):31-34.

[5]夏駿,王甜.基于STM32和GSM的遠(yuǎn)程遙控定時(shí)開關(guān)裝置[J].電子科技,2013,26(1):112-114,130.

[6]姜霖,趙國豪,喬渠.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子科技,2008(11):12-14,17.

[7]張小平.GSM污染源自動(dòng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2003(2):158-160.

[8]Bruce Eckel.Java編程思想[M].4版.陳昊鵬,譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[9]王水平,史俊杰,田慶安.開關(guān)穩(wěn)壓電源—原理、設(shè)計(jì)及實(shí)用電路[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2005.

Design and Implementation of Security System Based on GSM Network

LU Ning1,YAO Xue2,MA Xiaoming3

(1.Department of Management,Merchants Xingtian Cloud Valley Investment and Development (Tianjin) Co.,Shenzhen 518000,China;2.System Design Division,Xingtian Communication Technology Co.,Shenzhen 518000,China;3.Detection Unit,Guangzhou Railway (Group) Company,Guangzhou 510000,China)

AbstractA security and defense system based on GSM network is designed and implemented.The system adopts the computer,wireless network and image sensor technologies to realize the remote control and warning timely security system in GSM.The system can be used for early warning of all kinds of risks that may occur in the family along with theft prevention.The system enjoys easy operation,advanced technology and timely and accurate alarm.

Keywordssecurity system;GSM network;short message;the USB interface;image sensor

中圖分類號(hào)TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1007-7820(2016)04-120-04

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.04.031

作者簡介:陸寧(1983—),男,本科,工程師。研究方向:通信工程。

收稿日期:2015- 09- 01