本文介紹的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的安全系統(tǒng)能夠很好地解決家庭或小區(qū)的安全問(wèn)題。該系統(tǒng)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)把報(bào)警信息以短信和電話的方式傳送到手機(jī)或計(jì)算機(jī)，使主人或管理員在最短的時(shí)間內(nèi)了解報(bào)警情況并做出相應(yīng)對(duì)策。系統(tǒng)基于凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)開(kāi)發(fā)，用GSM技術(shù)略去了傳統(tǒng)報(bào)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(cè)報(bào)警單元，GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和主人/管理員單元三部分組成。通過(guò)安全檢測(cè)報(bào)警單元的傳感器檢測(cè)安全指標(biāo)，利用GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，以用戶手機(jī)或計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，可將報(bào)警信息智能化發(fā)送給主人/管理員單元。
圖1 基于凌陽(yáng)單片機(jī)和MC39i模塊安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
硬件設(shè)計(jì)
1 安全檢測(cè)報(bào)警單元
安全檢測(cè)報(bào)警單元主要包括主控制器CPU、MC39i無(wú)線通信模塊、傳感器單元（紅外熱釋電人體傳感器，溫
圖2 安全檢測(cè)報(bào)警單元結(jié)構(gòu)原理圖
● SPCE061A單片機(jī)
SPCE061A 是凌陽(yáng)科技的一個(gè)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(gè)10位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，32KB FLASH，2KB SRAM和超強(qiáng)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(hào)的干擾，傳送音頻報(bào)警信息方便、快捷，易于實(shí)現(xiàn)。
● 鍵盤撥號(hào)單元和液晶顯示模塊
鍵盤撥號(hào)單元采用4×4矩陣式鍵盤，連接到SPCE061A單片機(jī)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(gè)鍵分別作為數(shù)字鍵、確認(rèn)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(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符，可以顯示兩行，每行16個(gè)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(bào)警靈敏度和誤報(bào)率，可以根據(jù)具體的場(chǎng)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?xì)怏w傳感器已經(jīng)在本系統(tǒng)中實(shí)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(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)換為微弱電壓信號(hào)，再對(duì)微弱電壓信號(hào)進(jìn)行放大，電壓比較和信號(hào)處理，產(chǎn)生能適合單片機(jī)檢測(cè)的電壓。本系統(tǒng)采用市場(chǎng)上的紅外人體傳感器模塊，從而直接對(duì)放大的電壓進(jìn)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(cè)溫范圍為 -55～＋125℃，分辨率可達(dá)0.0625℃，溫度值以16位數(shù)字量串行輸出。可燃?xì)怏w傳感器選擇MQ-2A型半導(dǎo)體氣敏元件。MQ-2A元件對(duì)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(shí)現(xiàn)檢測(cè)。
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(jiàn)圖3）。一種是用戶的手機(jī)，另一種是MC39i模塊和計(jì)算機(jī)的組合。第一種方案適用于個(gè)人家庭的安全報(bào)警，設(shè)置報(bào)警的號(hào)碼為主人的手機(jī)號(hào)碼。第二種方案適用于智能小區(qū)，在每個(gè)小區(qū)家庭中安裝一個(gè)安全檢測(cè)報(bào)警單元，在小區(qū)管理員處安裝MC39i模塊和計(jì)算機(jī)的組合，能讓管理員同時(shí)監(jiān)控小區(qū)內(nèi)所有家庭。本系統(tǒng)的重點(diǎn)是個(gè)人家庭安全。
圖3 主人/管理員單元的兩種方案
3 GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元
● MC39i模塊
MC39i是Siemens公司推出的新一代無(wú)線通信GPRS模塊。它自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC、單片機(jī)連接。模塊的工作電壓為3.3～4.4V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)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(jiǎn)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(shí)別卡SIM卡、電平轉(zhuǎn)換電路、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)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(guò)SIMCLK和SIMDATA兩根信號(hào)線。與單片機(jī)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(guò)兩者間的通信要通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路。揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)連接到聽(tīng)筒、話筒手柄上，用于傳送和接受語(yǔ)音信號(hào)，同時(shí)可以作為簡(jiǎn)易固定電話來(lái)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(jì)
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(jī)的信號(hào)是CMOS電平，而計(jì)算機(jī)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(jìn)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
圖5 Max232電平轉(zhuǎn)換電路
軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的軟件部分主要包括短信息服務(wù)(SMS)有關(guān)的AT指令，凌陽(yáng)單片機(jī)的語(yǔ)音播放，傳感器采集電壓的A/D轉(zhuǎn)換和設(shè)置報(bào)警號(hào)碼的撥號(hào)鍵盤四部分。
1 AT指令
MC39i模塊是采用AT指令集進(jìn)行控制的，采用AT指令可以實(shí)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(biāo)準(zhǔn)中對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)的AT指令作了詳細(xì)的規(guī)定。主要有兩種方式來(lái)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(jiǎn)單，適合于僅傳輸字符的場(chǎng)合。PDU Mode支持漢字傳輸，不過(guò)操作相對(duì)復(fù)雜。
2 凌陽(yáng)單片機(jī)語(yǔ)音播放
本系統(tǒng)選擇A2000自動(dòng)語(yǔ)音播放模式，其自動(dòng)語(yǔ)音播放流程如圖6所示。使用的語(yǔ)音相關(guān)API函數(shù)來(lái)自函數(shù)庫(kù)，用到以下4個(gè)API函數(shù)。
圖6 A2000自動(dòng)語(yǔ)音播放流程圖
① 格式：void SACM_A2000 _Initial(int Init_Index)
功能：SACM_A2000語(yǔ)音播放之前的初始化。
參數(shù)：Init_Index=0表示手動(dòng)方式；Init_Index=1則表示自動(dòng)方式。
② 格式：void SACM_A2000 _ServiceLoop(void)
功能：從資源中獲取SACM_A2000語(yǔ)音資料，并將其填入譯碼隊(duì)列中。
參數(shù)：無(wú)。
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(yǔ)音或樂(lè)曲。
參數(shù)：Speech_Index:表示語(yǔ)音索引號(hào)。Channel:1為通過(guò)DAC1通道播放；2為通過(guò)DAC2通道播放；3為通過(guò)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)。
④ 格式：unsigned int SACM _A2000_Status(void)
功能：獲取SACM_A2000語(yǔ)音播放的狀態(tài)。
返回值：當(dāng)R1的bit0=0，表示語(yǔ)音播放結(jié)束；bit0=1，表示語(yǔ)音在播放中。
3 AD轉(zhuǎn)換
SPCE061A單片機(jī)內(nèi)部集成了8通道10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中7個(gè)通道用于將模擬量信號(hào)(電壓信號(hào))轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào), 可以直接通過(guò)引線(IOA[0-6])輸入。另外一個(gè)通道只用于語(yǔ)音輸入，即通過(guò)內(nèi)置自動(dòng)增益控制放大器的麥克風(fēng)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(cè)信號(hào)都是通過(guò)模擬電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而需要進(jìn)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(bào)警撥號(hào)鍵盤
對(duì)于一個(gè)安全報(bào)警系統(tǒng)，根據(jù)不同的要求來(lái)改變報(bào)警的號(hào)碼是必要的。這就需要一個(gè)撥號(hào)的鍵盤，同時(shí)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(yīng)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(yīng)流程圖
系統(tǒng)的工作方式
1 家庭安全報(bào)警
主人在家時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度，可燃燒氣體濃度等參數(shù)的檢測(cè)，并以鈴聲提示主人。
主人不在家時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度，可燃燒氣體濃度，是否有人進(jìn)入等參數(shù)的檢測(cè)，并把報(bào)警短信息及時(shí)發(fā)到主人手機(jī)上，或自動(dòng)打電話給主人告知報(bào)警信息。
2 小區(qū)安全報(bào)警
安全檢測(cè)模塊分布在小區(qū)每個(gè)家庭中，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度，可燃燒氣體濃度，是否有人進(jìn)入等參數(shù)的檢測(cè)，并把信息發(fā)送到小區(qū)管理員的計(jì)算機(jī)上。
結(jié)語(yǔ)
該系統(tǒng)利用GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸報(bào)警信號(hào)，具有通信不受距離限制，可靠性高等特點(diǎn)。特別適用于頻繁傳送小數(shù)據(jù)量的場(chǎng)合，是解決家庭和小區(qū)安全問(wèn)題的較理想方案，而且系統(tǒng)成本不高，易于推廣。同時(shí)，由于系統(tǒng)傳感器的可
（轉(zhuǎn)載）
