陸　寧,姚　雪,馬曉明

(1.招商局興天云谷投資發(fā)展(天津)有限公司 經(jīng)營管理部,廣東 深圳　518000;2.興天通訊技術有限公司 系統(tǒng)設計部,廣東 深圳　518000;3.廣州鐵路(集團)公司 工務檢測所,廣東 廣州　510000)

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基于GSM網(wǎng)絡的安防系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

陸寧1,姚雪2,馬曉明3

(1.招商局興天云谷投資發(fā)展(天津)有限公司 經(jīng)營管理部,廣東 深圳518000;2.興天通訊技術有限公司 系統(tǒng)設計部,廣東 深圳518000;3.廣州鐵路(集團)公司 工務檢測所,廣東 廣州510000)

摘要針對傳統(tǒng)安防手段已無法滿足居民居家安全保障問題。文中設計并實現(xiàn)了一種基于GSM網(wǎng)絡的安防系統(tǒng),該系統(tǒng)運用了計算機、無線網(wǎng)絡、圖像傳感等技術,并在GSM平臺下實現(xiàn)了遠程控制和及時預警的安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可對家庭中可能發(fā)生的各種危險進行預警,還可防止家庭被竊賊破壞。與之前的安防系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)操作簡單、技術先進,且預報及時準確。

關鍵詞安防系統(tǒng);GSM網(wǎng)絡;短信息;USB接口;圖像傳感器

隨著生活品質(zhì)的提高,一些安全隱患逐漸顯露出來。比如一些家用設備會因操作不當發(fā)生起火現(xiàn)象,若此時家中無人,就有可能造成火災,后果不堪設想。此外,還有煤氣、天然氣等有毒氣體的泄露;另一方面就是家庭財產(chǎn)安全問題,不法分子通過盜竊甚至入室搶劫對家庭財產(chǎn)造成損害[1]。面對以上問題,傳統(tǒng)的安防措施已無法保證居民的安全,因此就需要重新設計開發(fā)一種智能的安防系統(tǒng)來取代之前的系統(tǒng),通過對舊系統(tǒng)的升級改進,最大程度地保證居民的生活安全。傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)功能單一,防范措施簡單,且穩(wěn)定性差,已無法滿足現(xiàn)代居民安防的需求。故為了使居民的安全得到保障,需要對之前的系統(tǒng)進行升級改造甚至重新設計。本文提出了一款基于GSM網(wǎng)絡的安防系統(tǒng),可較好地彌補之前系統(tǒng)不足,并通過GSM網(wǎng)絡模塊,使用者可利用身邊的手機實時觀察家中情況,當遇到危險情況時,系統(tǒng)也會將問題通過手機告訴使用者,為家庭安全提供有力的保障。本文設計的安防系統(tǒng)不僅可運用在普通家庭中,還可應用于遠程數(shù)據(jù)采集、遠程控制、遠程醫(yī)療等眾多方面。所以其具有廣闊的應用前景和市場價值[2]。

1系統(tǒng)總體設計

整個系統(tǒng)分為室內(nèi)和室外兩部分。室內(nèi)部分的作用是對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行采集,并對采集到的數(shù)據(jù)進行處理及控制傳感器等。室內(nèi)部分的主要控制模塊為單片機,單片機與GSM進行連接,實現(xiàn)了遠程無線信號傳輸。室外部分的作用就是接收室內(nèi)模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)、信號以及圖像,并控制室外的現(xiàn)場設備,使用者可通過手機或筆記本電腦在網(wǎng)絡連通的狀態(tài)下及時收到信息,也可以做到主動觀察,利用無線終端可直接通過短信息的方式和現(xiàn)場進行通信,而計算機則通過無線終端模塊和現(xiàn)場部分交互。無線終端模塊由主控單元、GSM模塊、USB接口等部分組成[3]。

系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)設計,如圖1所示。整個系統(tǒng)分為室內(nèi)和室外兩部分,其中室內(nèi)部分的主要運行模塊就是單片機,其USB接口連接GSM模塊,該模塊是本系統(tǒng)在通信過程中最重要的模塊,而數(shù)據(jù)及信息通過此模塊進行傳輸,最終以短信或圖像的形式傳遞到使用者手中。而室內(nèi)部分還有著較多的傳感器,如壓力傳感器、溫度傳感器等。傳感器對數(shù)據(jù)進行采集,通過系統(tǒng)的處理將有用信息自動傳遞到用戶手中,電源模塊為整個系統(tǒng)提供電力供應。系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)設計,單片機系統(tǒng)程序最重要的部分就是主控系統(tǒng),其任務就是負責整個系統(tǒng)常規(guī)功能的實現(xiàn)。這些功能主要包括系統(tǒng)自動啟動、時間定時設置、系統(tǒng)存儲控制、系統(tǒng)各個模塊設置等。GSM模塊控制程序,電源管理程序,USB固件程序,傳感器接口和信息處理程序,應用程序及其設備接口[4]。

圖1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2GSM通信模塊設計

GSM通信模塊是系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集后傳輸?shù)浇K端的主要模塊,也是USB接口主要連接部分。本系統(tǒng)依靠GSM模塊進行信息及數(shù)據(jù)傳遞,該模塊包含以下部分:(1)移動平臺,這是由用戶設備及用戶識別卡組成的;(2)信息收發(fā)系統(tǒng),其為系統(tǒng)進行信息采集處理及發(fā)送;(3)呼叫控制系統(tǒng),可同時對一個或多個用戶進行信息的告知與處理。所有子系統(tǒng)是已存在的,其相互作用,由主控制臺控制進行信息的處理和傳輸。該系統(tǒng)選用西門子公司的BT75模塊作為GSM的主模塊,其外圍電路設計為BT75模塊通電后,信號自動調(diào)節(jié)至低電平50 ms,系統(tǒng)則會進行啟動[5]。該系統(tǒng)啟動過程,如圖2所示,系統(tǒng)啟動過程需嚴格按照設計流程進行,首先低電平需達到2.5 V時,系統(tǒng)才能開始運行,在低電平到達2.5 V后信號要從低電平處開始運行,此時信號的上升沿不能低于2 ms,低電平信號在此時至少保證停留80 ms以上,且輸入電壓不能低于3.0 V,若上述條件有一項不滿足,則系統(tǒng)無法正常啟動。該系統(tǒng)對BT75模塊的啟動是通過系統(tǒng)內(nèi)部的一個三極管來實現(xiàn)的,當系統(tǒng)中輸入高電平時,三極管U處將被激發(fā),并處于導通狀態(tài)。此時,BT75的管腳就自動下降為低電平,需保證輸入信號在80 ms以上,才能完成BT75模塊的啟動。

圖2　GSM模塊啟動過程

3傳感器模塊設計

傳感器是系統(tǒng)產(chǎn)生信息的主要途徑,其通過對現(xiàn)場信息的采集,將信息傳送至分析器,才能得知現(xiàn)場發(fā)生的情況,從而做出反應,并將信息發(fā)送給使用者。以本系統(tǒng)中最主要的圖像傳感器為例,本系統(tǒng)選用的是惠普公司的MU3754傳感器,該款傳感器是目前公認性能較為出眾的一款。該圖像傳感器對彩色圖像和黑白圖像均能進行識別,且其為低壓傳感。雖體積較小,但該款傳感器支持照相、拍攝、圖像處理等所有基本功能[6]。MU3754可為使用者提供高清晰度、高像素、低采樣率的6 bit圖像數(shù)據(jù)輸出。以上功能均可通過攝像頭控制總線接口來實現(xiàn)。MU3754的圖像采樣最高可達35幀/s,且可通過使用者設定的程序?qū)D像的大小、格式、清晰度、亮度等做出自動調(diào)節(jié)。要使傳感器到達設計要求,首先要對其外部電路進行設計,圖像傳感器的工作條件較為苛刻,只能在待機的前提下進行工作。所以,必須有其他設備作為主設備來控制圖像傳感器,同時系統(tǒng)總線上所有傳遞的信號必須由主設備,即單片機發(fā)起。相對于主設備各條信號線定義為總線使能輸出,當總線處于IDLE模式時,主設備將該信號線拉高到邏輯“1”,當該信號線被拉低到邏輯“0”時,表示主設備發(fā)起傳輸或系統(tǒng)處于掛起模式。對于并行的時鐘輸出,當系統(tǒng)處于之前固定的模式時,單片機自動將信號處理到邏輯“1”的位置,并當系統(tǒng)處在邏輯“0”時,系統(tǒng)才處于可工作條件。當需要對系統(tǒng)進行暫停時,需要將邏輯信號放置“0”處。圖像傳感器有著兩種模式,一種模式下,主機和主機之間只能進行單一的連接,這也是最主要的模式。在該模式下,信號線進行了保密處理,在默認狀態(tài)下被置于邏輯“1”而保持有效[7]。在該模式下,為使數(shù)據(jù)傳輸不受影響,對主要設備即單片機的設計需做出要求,其中一個就是主設備支持在SIO信號線上實現(xiàn)三態(tài)門輸出,當主設備無法進行三態(tài)輸出,則必須能在SIO信號線上實現(xiàn)高電平或低電平的傳輸啟動信號以通知從設備開始總線傳輸。該系統(tǒng)適用于無法進行三態(tài)輸出的情況。

4系統(tǒng)軟件設計

安防系統(tǒng)軟件主要功能就是對主控單元進行初始化操作,對各個功能模塊進行開啟和終止操作,對傳感器模塊的圖像功能進行控制處理,并對信息進行處理發(fā)送,維護系統(tǒng)正常運行等。圖3為單片機系統(tǒng)軟件流程圖。存儲器中的軟件管理分為兩部分,外部和內(nèi)部的存儲器管理[8]。內(nèi)部存儲器主要是對系統(tǒng)的信息進行處理,首先對之前的信息進行分析,隨后寫入新的信息過程,向儲存器緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)的具體步驟為:(1)將設定的操作碼輸入到存儲器中,其中若向buffer1寫入數(shù)據(jù)則操作碼為56 h,若向buffer2寫入數(shù)據(jù),則操作碼為58 h;(2)是寫入18 bit的簡單程序;(3)是寫地址,向存儲器寫入20 bit的地址,這個地址指定的是一開始向存儲器buffer寫入數(shù)據(jù)的起始地址。接著便可向存儲器中寫入數(shù)據(jù),整個操作的終止是由引腳上的下降沿變化來控制的,若系統(tǒng)不能識別此變化,數(shù)據(jù)將不停地做出寫入操作,若此時存儲區(qū)溢出,則數(shù)據(jù)會自動刪除,然后繼續(xù)寫入新數(shù)據(jù)。

圖3　系統(tǒng)軟件的流程圖

5系統(tǒng)編碼與測試

該安防控制系統(tǒng)最終的應用程序是在Java平臺上進行編譯且完成的。該程序可對系統(tǒng)的類別和語言進行人為設定。所用語言內(nèi)置了類型識別功能,只需做出簡單調(diào)試,即可選擇所需的模式,且源代碼使用的是開放的模式,為系統(tǒng)調(diào)用提升了較高的效率[9]。另外,系統(tǒng)語言與其他系統(tǒng)不同,本系統(tǒng)語言不用書寫便可進行自由調(diào)用,所以能實現(xiàn)語言的自由選擇,語言文件的格式為mean of file。其中“mean of file”為說明,指明后面的文字用在菜單file上?！癴ile”是出現(xiàn)在顯示器上的文字。圖4為英文環(huán)境下系統(tǒng)默認的模式。通過對系統(tǒng)進行測試,并結(jié)合測試結(jié)果可以看出,本系統(tǒng)運行穩(wěn)定,傳輸信息清晰,且預警及時可靠,達到了設計要求。

圖4　英文環(huán)境下系統(tǒng)默認模式

6結(jié)束語

本文通過對傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)進行分析,找出其中的不足,在此基礎上設計并實現(xiàn)了一種基于GSM網(wǎng)絡的安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)以GSM網(wǎng)絡為數(shù)據(jù)傳輸路徑,以單片機和傳感器系統(tǒng)為現(xiàn)場終端,以各種GSM終端設備或個人電腦為控制終端,形成了一個雙向、可擴展的安防系統(tǒng)。經(jīng)過對系統(tǒng)測試結(jié)果的分析得出,該系統(tǒng)技術先進,信息傳遞及時準確,且系統(tǒng)穩(wěn)定性較高,到達了設計要求,亦為安防系統(tǒng)提供了一個全新的方向。

參考文獻

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Design and Implementation of Security System Based on GSM Network

LU Ning1,YAO Xue2,MA Xiaoming3

(1.Department of Management,Merchants Xingtian Cloud Valley Investment and Development (Tianjin) Co.,Shenzhen 518000,China;2.System Design Division,Xingtian Communication Technology Co.,Shenzhen 518000,China;3.Detection Unit,Guangzhou Railway (Group) Company,Guangzhou 510000,China)

AbstractA security and defense system based on GSM network is designed and implemented.The system adopts the computer,wireless network and image sensor technologies to realize the remote control and warning timely security system in GSM.The system can be used for early warning of all kinds of risks that may occur in the family along with theft prevention.The system enjoys easy operation,advanced technology and timely and accurate alarm.

Keywordssecurity system;GSM network;short message;the USB interface;image sensor

中圖分類號TP277

文獻標識碼A

文章編號1007-7820(2016)04-120-04

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.04.031

作者簡介:陸寧(1983—),男,本科,工程師。研究方向:通信工程。

收稿日期:2015- 09- 01