王健 賀先鋒

摘要：本系統(tǒng)針對(duì)于解決當(dāng)前高端別墅區(qū)住宅住宅安防問(wèn)題，通過(guò)ZigBee與GSM物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以PIC單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了住宅門(mén)窗安防的遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，并能夠同時(shí)語(yǔ)音播報(bào)報(bào)警信息。著重介紹了系統(tǒng)的硬件組成，實(shí)現(xiàn)功能和軟件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵部分。

關(guān)鍵詞：PIc單片機(jī)zigBeeGSM語(yǔ)音播報(bào)

前言

當(dāng)今隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)住宅安防的需求越來(lái)越高。尤其是對(duì)那些有季節(jié)性、時(shí)間性居住的高端別墅區(qū)住宅(如三亞、北戴河等的別墅住宅)的安防已成為家庭和物業(yè)管理特別考慮的問(wèn)題。本系統(tǒng)是基于ZigBee與GSM物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以微處理器為核心，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了住宅門(mén)窗安防的遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)在住宅門(mén)／窗安裝無(wú)線報(bào)警單元，一旦門(mén)／窗被撬開(kāi)或者窗戶受振動(dòng)被打破，報(bào)警短信會(huì)同時(shí)發(fā)送給物業(yè)管理中心以及住宅業(yè)主，同時(shí)在住宅內(nèi)同步播報(bào)報(bào)警信息。借助于這一報(bào)警系統(tǒng)能夠使業(yè)主不受時(shí)間和地域的限制，及時(shí)的了解住宅的安全狀況。

一、系統(tǒng)總體方案

總體設(shè)計(jì)方案是以Microchip公司的PIC16F628A微處理器作為控制器來(lái)控制整個(gè)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。本住宅安防遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是基于zigBee技術(shù)的無(wú)線傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、基于PICl6F628A微處理器的中央處理系統(tǒng)，以及基于GSM技術(shù)的手機(jī)短信報(bào)警系統(tǒng)。利用zigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)中央處理單元與住宅門(mén)窗安防報(bào)警信息及門(mén)窗位置信息的無(wú)線通信，利用數(shù)碼管顯示系統(tǒng)當(dāng)前監(jiān)測(cè)狀態(tài)。一旦發(fā)生報(bào)警，數(shù)碼管顯示相關(guān)報(bào)警信息，并有同步報(bào)警信息語(yǔ)音播報(bào)，同時(shí)控制GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信到物業(yè)管理中心以及住宅業(yè)主的手機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)防偷盜住宅安防的遠(yuǎn)程報(bào)警。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖1所示，其中S1為門(mén)磁傳感器，S2為加速度全向振動(dòng)傳感器。

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1、ZigBee無(wú)線報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

ZigBee無(wú)線報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由ZigBee無(wú)線報(bào)警單元和ZigBee無(wú)線接收單元組成。無(wú)線報(bào)警單元用于接收門(mén)／窗報(bào)警信息并無(wú)線傳送給中央處理系統(tǒng)。無(wú)線報(bào)警單元由一個(gè)ZigBee模塊，一個(gè)門(mén)磁傳感器S1以及一個(gè)加速度全向振動(dòng)傳感器S2組成，安裝在住宅門(mén)／窗的適當(dāng)位置。

當(dāng)門(mén)／窗被打開(kāi)時(shí)，門(mén)磁傳感器s1輸出一個(gè)從0到1的電平跳變；當(dāng)窗戶受到敲擊振動(dòng)時(shí)，加速度全向振動(dòng)傳感器s2也會(huì)輸出一個(gè)從0到1的電平跳變。只要監(jiān)測(cè)到有從0到1的電平跳變，ZigBee報(bào)警單元就向中央處理系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)。發(fā)送的信號(hào)包含兩部分內(nèi)容：一個(gè)是門(mén)／窗的位置信息，即：這是幾號(hào)門(mén)／窗；另一個(gè)是報(bào)警類型信息，即：門(mén)／窗是被打開(kāi)了或是窗戶玻璃被振動(dòng)打碎了。每個(gè)門(mén)／窗上安裝一個(gè)ZigBee無(wú)線報(bào)警單元，根據(jù)住宅門(mén)窗總數(shù)來(lái)確定ZigBee無(wú)線報(bào)警單元的個(gè)數(shù)，本系統(tǒng)最多可以安裝255個(gè)。zigBee無(wú)線報(bào)警單元如圖3所示。

2、中央處理系統(tǒng)

中央處理系統(tǒng)主要由PICl6F628A微處理器，ZigBee模塊，數(shù)碼管以及語(yǔ)音芯片等組成。PIC16F628A進(jìn)行系統(tǒng)無(wú)線報(bào)警信息的監(jiān)測(cè)、GSM手機(jī)短信模塊的控制以及數(shù)碼管和語(yǔ)音芯片的控制。ZigBee模塊用于接收Z(yǔ)igBee無(wú)線報(bào)警單元發(fā)送過(guò)來(lái)的報(bào)警信號(hào)。四個(gè)數(shù)碼管中的其中兩個(gè)數(shù)碼管顯示是幾號(hào)門(mén)／窗有報(bào)警信號(hào)；另外兩個(gè)數(shù)碼管顯示報(bào)警信息的類型，01表示窗戶玻璃被打碎了，02表示門(mén)／窗戶被打開(kāi)了。語(yǔ)音芯片ISD2540同步播報(bào)報(bào)警語(yǔ)音信息。語(yǔ)音模塊電路單元如圖4所示。

3、GSM手機(jī)短信報(bào)警系統(tǒng)

GSM手機(jī)短信報(bào)警系統(tǒng)主要由GSM模塊及232電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。該系統(tǒng)由PIC16F628A微處理器進(jìn)行控制。一旦有報(bào)警信息發(fā)生，GSM模塊就會(huì)立刻發(fā)送手機(jī)報(bào)警短信到物業(yè)管理中心以及住宅業(yè)主的手機(jī)上。系統(tǒng)可方便更改報(bào)警短信發(fā)送的多個(gè)目標(biāo)手機(jī)的手機(jī)號(hào)。通過(guò)按鍵輸入手機(jī)號(hào)，利用數(shù)碼管顯示輸入手機(jī)號(hào)碼，并通過(guò)指示燈來(lái)指示當(dāng)前系統(tǒng)是屬于監(jiān)測(cè)狀態(tài)或者是輸入手機(jī)號(hào)碼狀態(tài)。中央處理系統(tǒng)及GSM報(bào)警系統(tǒng)如圖5所示。

三、軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的中央處理系統(tǒng)在平時(shí)不斷的檢測(cè)各zigBee無(wú)線報(bào)警單元所傳送的報(bào)警信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)時(shí)，中央處理系統(tǒng)接收到報(bào)警信號(hào)，會(huì)自動(dòng)向業(yè)主和物業(yè)發(fā)送報(bào)警短信，同時(shí)在中處理器的數(shù)碼管上顯示出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的門(mén)窗號(hào)，并語(yǔ)音播報(bào)報(bào)警短信的內(nèi)容。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)使用的是單片機(jī)的匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)完成的，包括GSM模塊通信軟件，單片機(jī)程序設(shè)計(jì)等。

1、GSM模塊通信軟件實(shí)現(xiàn)

下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)所使用的無(wú)線通訊模塊都是帶串口的GsM模塊。標(biāo)準(zhǔn)的GSM模塊都支持GSM07.05所定義的AT命令集的指令。因此通過(guò)串口向GSM模塊發(fā)送AT指令可以設(shè)置短信中心號(hào)碼、短信格式、短信接收對(duì)象和方式等。短信格式一般分為T(mén)EXT與PDu，本系統(tǒng)采用PDU模式進(jìn)行發(fā)送和接收中文短信息。以向移動(dòng)用戶“15901186423”發(fā)送中文信息“1號(hào)窗戶被打開(kāi)了”為例，其發(fā)送短信息的相關(guān)AT指令如下：

AT+CSCA=“13800100500”設(shè)置短信中心號(hào)碼，返回OK表示設(shè)置成功。

AT+CMGF=00表示設(shè)置消息的內(nèi)容為PDu模式。返回OK表示設(shè)置成功。

AT+CMGS=033033表示PDU中TPDU的長(zhǎng)度(不包含SMSC地址)。

>0891683108100005F011010D91685109116824F300080012003153F77A97623773BB7483788E4E8630020A

以上一串代碼表示從手機(jī)發(fā)出的PDU串，其中PDU由SMSC地址和TPDU構(gòu)成，上面范例中輸入的PDU解釋如下：

08：SMSC地址字節(jié)長(zhǎng)度(包含91)

91：SMSC地址格式(91表示國(guó)際格式)(在前面加‘+)

683108100005FO：SMSC地址(+8613800100500)(北京移動(dòng)短消息心)

11：基本參數(shù)

01：消息基準(zhǔn)值TP-MR＼

OD：目標(biāo)地址數(shù)字個(gè)數(shù)(十進(jìn)制，不包含91和F)

91：目標(biāo)地址格式

685109116824F3：目標(biāo)地址(+8615901186423)

00：協(xié)議標(biāo)示TP-PID

08：用戶信息編碼格式TP-DCS(08表示UCS2編碼)

00：有效期TP-VP

12：用戶信息長(zhǎng)度

003153F77A97623773BB7483788E4E8630020A：1號(hào)窗戶被打開(kāi)了。

2、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序流程軟件設(shè)計(jì)的主要集中在在于單片機(jī)的編程，其中有以下幾個(gè)方面：

主程序開(kāi)始時(shí)要對(duì)模塊初始化，初始化主要包括設(shè)置串口速率，異步高速通信模式，并且允許串口連續(xù)接收，并關(guān)閉中斷控制寄存器，在本系統(tǒng)中波特率設(shè)置為9600bps，無(wú)校驗(yàn)位，8個(gè)數(shù)據(jù)位。其中初始化程序如下：

BSFSTATUS，RPO

MOVLWB'00000010'

MOVWFTRISB

MOVLWB'00000000'

MOVWFTRISA

BCFSTATUS，RPO

MOVLWB'00000001'

MOVWFPORTA

BSFSTATUS，RP0；設(shè)置波特率，異步串口

MOVLW19H；設(shè)置波特率為9600

MOVWFSPBRG

MOVLWB'00100100'

MOVWFTXSTA；異步模式高速使能發(fā)送

BCFSTATUS，RPO

MOVLWB'10010000'

MOVWFRCSTA；串行端口使能

允許連續(xù)接受

MOVLWB'00000000'

MOVWFINTCON；中斷控制寄存器

GOTOINPUTNO1

發(fā)送短消息子程序，單片機(jī)開(kāi)始工作之后，自動(dòng)的對(duì)ZigBee的報(bào)警信號(hào)循環(huán)檢測(cè)，如果檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)，則單片機(jī)通過(guò)AT命令控制GSM模塊同時(shí)向業(yè)主和物業(yè)管理中心發(fā)送報(bào)警短消息，完成短信報(bào)警的工作。

數(shù)碼管顯示和語(yǔ)音播報(bào)程序，在單片機(jī)控制GsM模塊發(fā)送完短消息后，程序進(jìn)入語(yǔ)音播報(bào)和數(shù)碼管顯示的子程序，在數(shù)碼管上會(huì)顯示發(fā)送報(bào)警信息的玻璃的位置，并通過(guò)外接的音響設(shè)備循環(huán)的播報(bào)所發(fā)送的報(bào)警信息，引起人們的警示。至此完成整個(gè)遠(yuǎn)程報(bào)警過(guò)程。

四、結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)基于zigBee與GSM物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以微處理器為核心，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了住宅門(mén)窗安防的遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)住宅防盜安防的無(wú)人值守，不受時(shí)間和地域限制，特別適用于季節(jié)性度假別墅住宅的防盜安防，具有實(shí)際應(yīng)用前景和市場(chǎng)推廣價(jià)值。在目前國(guó)內(nèi)別墅住宅區(qū)廣泛存在的情況下，本作品有望具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。