摘  要： 運用GSM和GPS技術(shù),，開發(fā)了基于STC12C5A08S2單片機控制器的物品安全報警系統(tǒng)。通過上位機設(shè)置物品放置的原始位置，當物品被移動的距離超過10 m時,，將向設(shè)定的手機號碼發(fā)送短信（短信內(nèi)容可由物主自由設(shè)置）并報警,，同時定時向該手機發(fā)送該物品的位置信息。物主也可隨時發(fā)送特定命令的短信給系統(tǒng),，系統(tǒng)就會返回物品的位置信息,。物主通過發(fā)送帶密碼的短信到系統(tǒng)的SIM卡號，表明是自己移動的物品,，從而減少錯誤報警,，節(jié)約短信費用。
關(guān)鍵詞： GPS,；GSM通信,；安全報警系統(tǒng)

    貴重物品安全問題一直是困擾人們的一個難題。人們外出時總是擔心家里重要物品是否丟失,，盡管遠程視頻監(jiān)控技術(shù)日益成熟，但是針對控制器的要求很高,、視頻傳輸速度慢,、成本高等問題還是讓人望而卻步?；谶h程視頻監(jiān)控技術(shù),，只能知道物品丟失了，但物品究竟去了何方,？又該如何尋找,？本文運用GPS和GSM技術(shù)完成了基于STC12C5A08S2單片機控制器的物品安全報警系統(tǒng)的開發(fā)。該系統(tǒng)可在貴重物品移動超出一定范圍時發(fā)出警告,，并能監(jiān)控貴重物品的行蹤,，為貴重物品的安全監(jiān)控提供了一種便捷可靠的解決方案。
1 系統(tǒng)目標
    初次記錄物品（汽車,、保險箱等）所在地點的地理位置,，包括經(jīng)度、緯度和海拔高度,。物品的坐標由GPS模塊提供,，以此經(jīng)度、緯度和海拔高度作為物品的基坐標,，并將此坐標通過上位機軟件存儲,，當物品的位置發(fā)生移動時，控制器將計算移動的距離,，距離超過某一設(shè)定值(例如10 m)時,，通過GSM模塊向物主發(fā)送短信，并且每隔一定的時間向物主手機發(fā)送物品當前位置的坐標，為追回物品提供引導,，物主也可通過發(fā)送特定的信息,，排除其移動物品所引發(fā)的報警。
2 系統(tǒng)設(shè)計
    該監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件和軟件兩部分,。硬件部分由電源,、GPS模塊、STC12C5A08S2單片機,、TC35模塊構(gòu)成,。圖1給出了系統(tǒng)硬件部分的結(jié)構(gòu)框圖，GPS負責接收物品位置信息,，單片機負責將GPS信息解碼與計算,，進而控制整個系統(tǒng)，TC35負責將各種信息發(fā)送到目標手機,。

    51單片機作為核心來控制GPS和GSM模塊,。GPS接收到的經(jīng)度、緯度等地理信息通過串口傳輸?shù)?1單片機,，物品最初的地理信息經(jīng)GPS接收,、上位機軟件設(shè)置作為參照信息存儲到單片機的Flash中，同時上位機將目標手機號碼,、要發(fā)送的短信內(nèi)容發(fā)送給單片機進行存儲,，單片機將每次接收到的地理信息解碼，與參照地理信息對比算出距離,，兩者相差10 m時,，則單片機通過另外一個串口向GSM模塊發(fā)送AT指令，向目標手機發(fā)送信息,，通知安保人員物品位置被移動,，并且將當前物品的準確位置信息發(fā)送給安保人員；安保人員也可以通過發(fā)送特定的字符命令,，隨時獲得物品所在地的地理信息,。STC12C5A08S2作為本系統(tǒng)的控制器，具有兩個串口分別與GPS,、GSM通信,，芯片AMS1117將5 V直流電壓轉(zhuǎn)換為3.3 V為GPS模塊供電。芯片LM2941S將5 V直流電壓轉(zhuǎn)換為4.2 V為GSM和單片機模塊供電,。

3 GPS通信的實現(xiàn)
    GPS模塊在系統(tǒng)中用來接收物品的地理信息,，將這些信息傳送給單片機控制器，方便單片機做計算處理[1],。采用臺灣鼎新科技的royaltek LE3571作為GPS模塊,，該模塊以SIRF3為主芯片,。
    模塊的引腳4和引腳5是標準的TTL接口，可以直接連接到單片機的UART,，將GPS信息輸出到單片機,。單片機對這些信息進行運算處理，再通過GSM系統(tǒng)將相關(guān)信息發(fā)送到指定的手機,。模塊輸出信息數(shù)據(jù)每行開頭都是以字符‘$’作為起始標記,，接著是信息類型，最后是數(shù)據(jù),，之間以逗號分隔開,。一行完整的數(shù)據(jù)為：$GPRMC，080655.00,，A,，4546.40891，N,，12639.65641,，E，1.045,，328.42,，
170809…A*60。這一串字符中4546.40891是經(jīng)度,，12639.65641是緯度,。物品被移動的距離計算原理是：設(shè)第一點A的經(jīng)緯度為(LonA,，LatA),，第二點B的經(jīng)緯度為(LonB，LatB),，按照0°經(jīng)線的基準,，東經(jīng)度取正值(Longitude)，西經(jīng)取經(jīng)度負值(-Longitude),，北緯取90-緯度值(90-Latitude),南緯取90+緯度值(90+Latitude),，經(jīng)過上述處理后兩點的經(jīng)緯度被記為(MLonA，MLatA)和(MLonB,，MLatB),。根據(jù)三角公式，可計算得到A,、B兩點的距離：
    C=sin(MLatA)×sin(MLatB)×cos(MLonA-MLonB)+
        cos(MLatA)×cos(MLatB)
    距離=R×arccos(C)×Pi/180(1)
    GPS將地理信息通過UART傳送給單片機,，單片機根據(jù)式（1）計算得到A、B兩點的距離,，并將計算結(jié)果通過單片機的UART口傳送給GSM模塊,，最后將物品移動距離的信息發(fā)送給目標手機,。
4 GSM在系統(tǒng)中的應(yīng)用
    GSM模塊TC35在系統(tǒng)中接收單片機發(fā)送的相關(guān)命令，將需要發(fā)送的短信內(nèi)容發(fā)送到指定的手機[3],。TC35可工作在雙頻（900/1800）,，電源范圍為直流3.3～4.8 V，電流消耗在休眠狀態(tài)時為3.5 mA,，空閑狀態(tài)時為25 mA,，發(fā)射狀態(tài)時為300 mA(平均)，峰值2.5 A,；可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號, 功耗在EGSM900(4類)和GSM1800(1類)分別為2 W和1 W,，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM卡電壓為3 V/1.8 V,，帶有TTL電平輸入輸出,，可選波特率為300 b/s～115 kb/s，自動波特率為1.2 kb/s～115 kb/s,。它支持Text和PDU格式的短消息SMS(Short Message Service),，可通過AT命令或關(guān)斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復?？芍苯舆B接到單片機串口,，通過串口向TC35發(fā)送命令就可以實現(xiàn)打電話和發(fā)短信的功能。TC35通常的外圍電路設(shè)計如圖2所示,，管腳1～5是電源引腳,，接4.2 V電壓；6～10腳接地,；15腳是啟動引腳,，此引腳保持50 ms低電平觸發(fā)，就可啟動TC35,；18腳和19腳是UART,，用來與STC12C5A08S2單片機通信，實現(xiàn)短信的發(fā)送,；24～29腳用來連接SIM卡,；32腳是GSM信號指示燈，當GSM搜索網(wǎng)絡(luò)成功,，32腳輸出高電平,，點亮LED。單片機通過AT指令與TC35通信,。

5 軟件設(shè)計
    軟件流程框圖如圖3所示,。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計包含上位機軟件設(shè)計和STC12C5A08S2單片機的軟件設(shè)計，上位機軟件要處理的任務(wù)是將初次的定位信息,、目標手機號碼,、要發(fā)送的短信內(nèi)容發(fā)送給單片機,，讓單片機將這些信息存儲起來，軟件上面能顯示初次的地理信息,。當上位機軟件設(shè)置好后,，系統(tǒng)即可與PC斷開，單獨執(zhí)行任務(wù),，上位機軟件只是在最初的階段起作用,。單片機軟件要實現(xiàn)與PC、GPS,、TC35的通信,，與PC之間的通信只有一次，就是最開始設(shè)置目標手機號碼,、短信內(nèi)容,、傳輸基座標。與GPS通信比較簡單,，因為GPS會每隔1 s自動地向單片機發(fā)送地理信息,，單片機只需要做好接收工作、計算工作,。與TC35之間的通信關(guān)鍵是如何使用AT命令來控制TC35,。根據(jù)GSM的定義,短信息的發(fā)送和接收模式共有3種：Block模式、基于AT命令的Text模式和基于AT命令的PDU模式,。使用Block模式需要模塊生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動支持, 而用于中英文短信息傳送應(yīng)使用PDU模式, 只傳送英文短信息使用Text模式,。Text模式的短信息發(fā)送和接收比較簡單, 如不需要傳送中文則最好采用Text模式發(fā)送和接收短信息。采用Text模式發(fā)送接收短信息的步驟分為初始化GSM模塊,、發(fā)送文本短信息和接收短信息,。而對于發(fā)送和接收中文或中英文混合的短信息必須采用PDU模式,根據(jù)GSM的定義，只要軟件上按照PDU格式解讀或編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式即可接收或發(fā)送短消息,。PDU格式的收發(fā)最多為70個漢字字符,，中文字符按照UNICODE進行編碼,。

    GSM和GPS的快速發(fā)展和日趨成熟,，為本監(jiān)控報警系統(tǒng)的開發(fā)提供了有力的技術(shù)支持。該系統(tǒng)體積為90 mm×60 mm×20 mm,，價格便宜,，使用方便。測試結(jié)果表明,，監(jiān)控距離為100 m時,，在GSM信號正常的情況下，響應(yīng)時間不足1 min,，誤報率<1%,，能夠?qū)崿F(xiàn)物品安全的實時監(jiān)控,，人們將不再擔心外出時重要物品遺失，具有很好的市場前景,。
參考文獻
[1] 郭良金.GPS衛(wèi)星定位及若干問題的分析[J].中國西部科技,，2010，9(22)：10,，92.
[2] 孫德輝,，衛(wèi)革，楊揚.基于ARM的GPRS遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,，2010,，29(7)：26-28.
[3] 何光禹，李太全.基于TC35 i GSM模塊的SMS設(shè)計和應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),，2010,，33(16)：157-159，163.