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本文介紹的基于GSM網(wǎng)絡的安全系統(tǒng)能夠很好地解決家庭或小區(qū)的安全問題。該系統(tǒng)通過GSM網(wǎng)絡把報警信息以短信和電話的方式傳送到手機或計算機，使主人或管理員在最短的時間內(nèi)了解報警情況并做出相應對策。 系統(tǒng)基于凌陽SPCE061A單片機開發(fā)，用GSM技術(shù)略去了傳統(tǒng)報警系統(tǒng)的布局布線，提高了安全性和隱蔽性。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 本安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由安全檢測報警單元，GSM無線網(wǎng)絡和主人/管理員單元三部分組成。通過安全檢測報警單元的傳感器檢測安全指標，利用GSM無線網(wǎng)絡進行實時的數(shù)據(jù)傳輸，以用戶手機或計算機為平臺，可將報警信息智能化發(fā)送給主人/管理員單元。 
圖1 基于凌陽單片機和MC39i模塊安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 硬件設(shè)計 1 安全檢測報警單元 安全檢測報警單元主要包括主控制器CPU、MC39i無線通信模塊、傳感器單元（紅外熱釋電人體傳感器，溫度傳感器等）、撥號鍵盤單元和液晶顯示單元，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)以SPCE061A單片機為核心，配合各種集成的傳感器，用以檢測各種安全信息，信息經(jīng)過單片機進行處理之后，顯示在1602液晶顯示器上，同時將信息通過MC39i模塊發(fā)送到預置好號碼的手機或計算機上。 
圖2 安全檢測報警單元結(jié)構(gòu)原理圖 ● SPCE061A單片機 SPCE061A 是凌陽科技的一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。其內(nèi)部集成了10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，2個10位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，32KB FLASH，2KB SRAM和超強的音頻處理模塊。從而使本系統(tǒng)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換避免了外界信號的干擾，傳送音頻報警信息方便、快捷，易于實現(xiàn)。 ● 鍵盤撥號單元和液晶顯示模塊 鍵盤撥號單元采用4×4矩陣式鍵盤，連接到SPCE061A單片機B口的低8位上。其中，4位作為行掃描線，4位作為列掃描線。16個鍵分別作為數(shù)字鍵、確認鍵和工作方式選擇鍵。液晶顯示模塊采用字符型液晶模塊1602，采用5×7點陣圖形來顯示字符，可以顯示兩行，每行16個字。 ● 傳感器單元 傳感器單元是系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，決定著系統(tǒng)的報警靈敏度和誤報率，可以根據(jù)具體的場合選擇不同的傳感器。熱釋電紅外人體傳感器、溫度傳感器和易燃氣體傳感器已經(jīng)在本系統(tǒng)中實現(xiàn)。根據(jù)具體的需要還可以增加火焰、煙霧等傳感器。熱釋電紅外人體傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)換為微弱電壓信號，再對微弱電壓信號進行放大，電壓比較和信號處理，產(chǎn)生能適合單片機檢測的電壓。 本系統(tǒng)采用市場上的紅外人體傳感器模塊，從而直接對放大的電壓進行處理。溫度傳感器使用DALLAS公司的單總線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其測溫范圍為 -55～＋125℃，分辨率可達0.0625℃，溫度值以16位數(shù)字量串行輸出�？扇細怏w傳感器選擇MQ-2A型半導體氣敏元件。MQ-2A元件對不同濃度的氣體有不同的電阻值，而且電阻值的變化很靈敏。我們把電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，再利用片內(nèi)10位ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，從而實現(xiàn)檢測。 2 主人/管理員單元 主人/管理員單元可以有兩種選擇方案（見圖3）。一種是用戶的手機，另一種是MC39i模塊和計算機的組合。第一種方案適用于個人家庭的安全報警，設(shè)置報警的號碼為主人的手機號碼。第二種方案適用于智能小區(qū)，在每個小區(qū)家庭中安裝一個安全檢測報警單元，在小區(qū)管理員處安裝MC39i模塊和計算機的組合，能讓管理員同時監(jiān)控小區(qū)內(nèi)所有家庭。本系統(tǒng)的重點是個人家庭安全。 
圖3 主人/管理員單元的兩種方案 3 GSM無線網(wǎng)絡單元 ● MC39i模塊 MC39i是Siemens公司推出的新一代無線通信GPRS模塊。它自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC、單片機連接。模塊的工作電壓為3.3～4.4V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，所在頻段功耗分別為2W（900MHz）和1W（1800MHz）。模塊有AT命令集接口，支持TEXT和PDU模式的短消息，本系統(tǒng)就使用簡單的TEXT模式收發(fā)短信息。 MC39i模塊的外圍電路框圖如圖4所示，主要包括用戶識別卡SIM卡、電平轉(zhuǎn)換電路、揚聲器、麥克風和天線等幾部分。模塊和SIM卡之間的數(shù)據(jù)通信主要通過SIMCLK和SIMDATA兩根信號線。與單片機之間的通信采用串行通信口，最高通信波特率為115 200b/s，而且波特率可調(diào)，不過兩者間的通信要通過電平轉(zhuǎn)換電路。揚聲器和麥克風連接到聽筒、話筒手柄上，用于傳送和接受語音信號，同時可以作為簡易固定電話來使用。 
圖4 MC39i模塊外圍電路框圖 ● 串口電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 SPCE061A和MC39i模塊之間的連接需要使用由Max232芯片組成的電平轉(zhuǎn)換電路，電路如圖5所示。由于單片機的信號是CMOS電平，而計算機和MC39i模塊的串行口是EIA-RS232C電平，其電平1為-3～-25V，電平0為+3～+25V，因此要進行CMOS電平和EIA-RS232電平間的相互轉(zhuǎn)換。串口通信的RS232接口采用9針串口DB9，數(shù)據(jù)的傳輸只要數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送兩根線就能實現(xiàn)。 
圖5 Max232電平轉(zhuǎn)換電路 軟件設(shè)計 本系統(tǒng)的軟件部分主要包括短信息服務(SMS)有關(guān)的AT指令，凌陽單片機的語音播放，傳感器采集電壓的A/D轉(zhuǎn)換和設(shè)置報警號碼的撥號鍵盤四部分。 1 AT指令 MC39i模塊是采用AT指令集進行控制的，采用AT指令可以實現(xiàn)模塊參數(shù)的設(shè)置，數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。在GSM07.05和GSM07.07標準中對一些標準的AT指令作了詳細的規(guī)定。主要有兩種方式來發(fā)送和接收SMS信息Text Mode和PDU Mode。Text Mode只支持英文字符，操作比較簡單，適合于僅傳輸字符的場合。PDU Mode支持漢字傳輸，不過操作相對復雜。 2 凌陽單片機語音播放 本系統(tǒng)選擇A2000自動語音播放模式，其自動語音播放流程如圖6所示。使用的語音相關(guān)API函數(shù)來自sacmv25.lib函數(shù)庫，用到以下4個API函數(shù)。 
圖6 A2000自動語音播放流程圖 �、� 格式：void SACM_A2000 _Initial(int Init_Index)
功能：SACM_A2000語音播放之前的初始化。
參數(shù)：Init_Index=0表示手動方式；Init_Index=1則表示自動方式。 ② 格式：void SACM_A2000 _ServiceLoop(void)
功能：從資源中獲取SACM_A2000語音資料，并將其填入譯碼隊列中。
參數(shù)：無。 ③ 格式：void SACM_A2000_ Play(int Speech_Index, int Channel, int Ramp_Set)
功能：播放資源中SACM_A2000語音或樂曲。
參數(shù)：Speech_Index:表示語音索引號。Channel:1為通過DAC1通道播放；2為通過DAC2通道播放；3為通過DAC1和DAC2雙通道播放。Ramp_Set：0為禁止音量增/減調(diào)節(jié)；1為僅允許音量增調(diào)；2為僅允許音量減調(diào)節(jié)；3為允許音量增/減調(diào)節(jié)。 �、� 格式：unsigned int SACM _A2000_Status(void)
功能：獲取SACM_A2000語音播放的狀態(tài)。
返回值：當R1的bit0=0，表示語音播放結(jié)束；bit0=1，表示語音在播放中。 3 AD轉(zhuǎn)換 SPCE061A單片機內(nèi)部集成了8通道10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中7個通道用于將模擬量信號(電壓信號)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號, 可以直接通過引線(IOA[0-6])輸入。另外一個通道只用于語音輸入，即通過內(nèi)置自動增益控制放大器的麥克風通道(MIC_IN)輸入。本系統(tǒng)的紅外人體傳感器和氣體傳感器的檢測信號都是通過模擬電壓來實現(xiàn)的，從而需要進行A/D轉(zhuǎn)換。圖7為A/D轉(zhuǎn)換的流程圖。 
圖7 AD轉(zhuǎn)換流程圖 4 報警撥號鍵盤 對于一個安全報警系統(tǒng)，根據(jù)不同的要求來改變報警的號碼是必要的。這就需要一個撥號的鍵盤，同時增加鍵盤作為系統(tǒng)的輸入設(shè)備，使系統(tǒng)的操作更加靈活、方便。鍵盤掃描程序流程如圖8所示，按鍵譯碼和響應流程如圖9所示。 
圖8 鍵盤掃描程序流程圖 
圖9 按鍵譯碼和響應流程圖 系統(tǒng)的工作方式 1 家庭安全報警 主人在家時，實現(xiàn)對溫度，可燃燒氣體濃度等參數(shù)的檢測，并以鈴聲提示主人。 主人不在家時，實現(xiàn)對溫度，可燃燒氣體濃度，是否有人進入等參數(shù)的檢測，并把報警短信息及時發(fā)到主人手機上，或自動打電話給主人告知報警信息。 2 小區(qū)安全報警 安全檢測模塊分布在小區(qū)每個家庭中，實現(xiàn)對溫度，可燃燒氣體濃度，是否有人進入等參數(shù)的檢測，并把信息發(fā)送到小區(qū)管理員的計算機上。 結(jié)語 該系統(tǒng)利用GSM無線網(wǎng)絡傳輸報警信號，具有通信不受距離限制，可靠性高等特點。特別適用于頻繁傳送小數(shù)據(jù)量的場合，是解決家庭和小區(qū)安全問題的較理想方案，而且系統(tǒng)成本不高，易于推廣。同時，由于系統(tǒng)傳感器的可裁減性，便于實現(xiàn)某些特定場合的安全報警。
本文來源：今日電子 作者：桂林電子科技大學 孫永生 劉沖 許欣 王建平 |
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