??? 摘 要： 利用GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)的短消息" title="短消息">短消息業(yè)務(wù),，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(shè)計了小區(qū)遠(yuǎn)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(guān)的硬軟件設(shè)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(guān)鍵詞： GSM? TC35i? AT指令? 單片機(jī)? 報警系統(tǒng)
?
??? 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(shè)計實時、可靠,、管理操作方便的小區(qū)遠(yuǎn)程報警" title="遠(yuǎn)程報警">遠(yuǎn)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(luò)的短消息業(yè)務(wù)和移動通信模塊設(shè)計了一種小區(qū)遠(yuǎn)程報警系統(tǒng),。
??? 為了實現(xiàn)遠(yuǎn)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(yuǎn)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(jìn)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(fù)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(jìn)行通信,，從而大大提高了頻率的利用率。因此,，組建遠(yuǎn)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(shè)計的遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)，充分利用了GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)程報警系統(tǒng)設(shè)計
1.1 系統(tǒng)組成與工作原理
??? 小區(qū)遠(yuǎn)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(jī)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(jī)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(luò)的短消息中心以短消息的形式與報警監(jiān)控中心進(jìn)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(jìn)行處理后,，發(fā)出報警信號,。
??? 系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)，移動通信模塊通過RS-232接口與計算機(jī)相聯(lián),，構(gòu)成監(jiān)控中心,，放在小區(qū)門衛(wèi)值班室內(nèi)，當(dāng)有報警信息時發(fā)出報警信號,，并在計算機(jī)顯示器上顯示報警點及其信息,。而報警終端則放在需設(shè)置的報警點上（小區(qū)業(yè)主戶內(nèi)），主機(jī)（監(jiān)控中心）和從機(jī)（報警終端）之間通過GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示,。
?
1.2 TC35i移動通信模塊及外圍電路設(shè)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(shè)備入網(wǎng)證,，功能上與 TC35 兼容,、設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(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模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)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,。
?
??? 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(dá)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(jìn)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(fù)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn),，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(biāo)準(zhǔn)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,。
?
1.3 報警終端電路設(shè)計
??? 遠(yuǎn)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(jī)系統(tǒng)(下位機(jī))、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(fù)責(zé)短消息的編輯,、存儲,、接收，單片機(jī)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(jī)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,。
?
??? TC35i采用AT指令，AT89C52可以通過正確的AT指令對TC35i進(jìn)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(shè)計主要傳送中文信息,，為了編程方便,，使用PDU模式進(jìn)行短消息的接收和發(fā)送。與短消息業(yè)務(wù)有關(guān)的AT指令如表1所示,。
?
??? 系統(tǒng)可以采集三種警情信號：非法入室,、煤氣泄漏和火災(zāi)。警情信號分別通過人體感應(yīng)（熱釋紅外線）傳感器,、煤氣傳感器,、煙霧傳感器采集到相應(yīng)信號,，但是這些信號不能直接送單片機(jī)系統(tǒng),，必須先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換。現(xiàn)在市場上有各式各樣的A/D轉(zhuǎn)換芯片,，因為設(shè)計的系統(tǒng)并不需要得到報警信號的準(zhǔn)確值,，只要能得到單片機(jī)可以識別的信號即可；另外,，考慮芯片與單片機(jī)接口要簡單,，因此選用DS2450芯片。DS2450是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)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(dāng)輸入電壓偏離指定范圍值時,，設(shè)置使能標(biāo)志,。DS2450與單片機(jī)的連接很簡單，可直接相連,，也可與PC機(jī)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(jī)的一個輸入/輸出端口線,。報警終端程序流程圖如圖5所示,。
?
1.4 監(jiān)控中心電路設(shè)計
??? 監(jiān)控中心由TC35i模塊及外圍電路和PC機(jī)組成，當(dāng)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(jī)上的管理軟件對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)措施消除警情。
2 小區(qū)遠(yuǎn)程報警管理系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)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(shè)備,，用來標(biāo)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(guān)數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中,、修改遠(yuǎn)端設(shè)備的運行參數(shù)等。管理軟件還可以進(jìn)行業(yè)主管理,，查詢各報警終端的當(dāng)前數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)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(shè)計了一個功能強(qiáng)大的MSComm控件，該控件對串行通信對象即對RS-232串口進(jìn)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(biāo),，也是該系統(tǒng)設(shè)計的難點和重點,。以短消息進(jìn)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(luò)信號,、短信信道等因素有關(guān)，不確定因素較多,。(2)短信延遲很常見,，網(wǎng)絡(luò)繁忙時不能保證短信及時到達(dá)。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(dǎo)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(jìn)行多次采集驗證,，設(shè)置硬件復(fù)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(yīng)答機(jī)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(wù)進(jìn)行小區(qū)警情信息的遠(yuǎn)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(shè)計監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件,，具有界面友好,、保密性強(qiáng)、易用性強(qiáng)等特點,，操作人員經(jīng)短期培訓(xùn)即可掌握,因而應(yīng)用前景十分廣闊,。同時與現(xiàn)有其他類型的小區(qū)遠(yuǎn)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(shè)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(yuǎn)程報警系統(tǒng)更是首選,。
參考文獻(xiàn)
[1] ?郎風(fēng)華.基于GSM 的遠(yuǎn)程電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].無線電工程,，2004，(4).
[2] ?樊振方,，彭愛華. 基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的汽車防盜報警系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2006,32(3).
[3] ?徐淑華,程退安.單片微型機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,，1994.
[4] ?李鴻．用單片機(jī)控制手機(jī)收發(fā)短信息[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2003，29(1).
[5] ?TC35i cellular engine hardware interface description. Siemens Version00.03.www.Siemens.com.2003.
[6] ?李家福,，余立建.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控模塊設(shè)計[J].國外電子元器件,，2005，(12).
[7]?Siemens cellular engine AT command set. Siemens Version03.10. www.Siemens.com,2003.