??? 摘 要： 利用GSM移動通信網絡的短消息" title="短消息">短消息業務，采用西門子公司生產的移動通信模塊" title="通信模塊">通信模塊TC35i設計了小區遠程報警系統" title="報警系統">報警系統，闡述了系統的基本組成以及相關的硬軟件設計。系統具有實時性、界面友好、管理操作簡單等優點，可以方便地移植到其他的報警監控系統中。
??? 關鍵詞： GSM? TC35i? AT指令? 單片機? 報警系統
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??? 隨著人們生活水平的提高，各種智能化的小區拔地而起。與此同時，小區的安全防范問題提到了小區業主和物業公司的議事日程上來，于是設計實時、可靠、管理操作方便的小區遠程報警" title="遠程報警">遠程報警系統是目前亟待解決的問題。本文利用GSM移動通信網絡的短消息業務和移動通信模塊設計了一種小區遠程報警系統。
??? 為了實現遠程報警，報警終端與監控中心之間的通信聯系是必不可少的。由于遠程報警監控系統的特殊性，無線通信是最佳的通信方式" title="通信方式">通信方式。從系統對頻率資源的利用及系統組網方式的角度考慮，報警系統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行通信，從而大大提高了頻率的利用率。因此，組建遠程報警系統使用最廣泛的是以TDMA方式為核心的GSM蜂窩網。
??? 本文設計的遠程報警系統，充分利用了GSM移動通信網絡平臺，采用短信息傳輸數據，能實時、自動、可靠、方便地實現遠程報警和監控，而且具有小區業主信息管理、小區物業管理等功能，能滿足智能小區對安全防范的基本要求，對其他遠程數據傳輸和無人值守的場合也具有實用價值。
1 小區遠程報警系統設計
1.1 系統組成與工作原理
??? 小區遠程報警系統由報警終端和監控中心兩大部分組成。報警終端以AT89C52單片機為核心，實現對各路模擬輸入量的數據采集和監控，采集到的警情信息經過單片機處理后，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網絡的短消息中心以短消息的形式與報警監控中心進行通信。監控中心在收到報警信息并依據協議對報警信息進行處理后，發出報警信號。
??? 系統采用主從式結構，移動通信模塊通過RS-232接口與計算機相聯，構成監控中心，放在小區門衛值班室內，當有報警信息時發出報警信號，并在計算機顯示器上顯示報警點及其信息。而報警終端則放在需設置的報警點上（小區業主戶內），主機（監控中心）和從機（報警終端）之間通過GSM移動通信網絡進行通信。系統組成框圖如圖1所示。
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1.2 TC35i移動通信模塊及外圍電路設計
??? 由西門子公司推出的最新無線通信模塊TC35i性價比很高，有國內的無線電設備入網證，功能上與 TC35 兼容、設計緊湊、大大縮小了用戶產品的體積。TC35i與GSM2/2+兼容、雙頻(GSM900/GSMl800)、RS-232接口、符合ETSI標準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，向用戶提供標準的AT命令接口，為數據、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發及設計。
??? TC35i模塊內部結構如圖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。
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??? GSM基帶處理器是整個模塊的核心，它由一個C166CPU和一個DSP處理器內核控制著模塊內各種信號的傳輸、轉換、放大等處理過程。GSM射頻部分包含一個單片收發器SMARTi，它由一個外差式接收器、上變頻調制環路發送器、一個射頻鎖相環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使用線性電壓調節器，把外部輸入的電源電壓Vbatt+進行穩壓處理后供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、數據輸入/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(接負溫度系數的熱敏電阻)；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為數據輸入/輸出，分別為DSRO、RINGO、RxDO、TxDO、CTSO、RTSO、DTRO和DCDO。
??? TC35i的數據輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發器，它符合ITU-TRS232接口標準，有固定的參數：8位數據位和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，支持標準的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、數據、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。
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1.3 報警終端電路設計
??? 遠程報警系統的報警終端主要由GSM模塊TC35i及其外圍電路、單片機系統(下位機)、傳感器、A/D轉換器等幾部分組成。報警終端電路如圖4所示。GSM模塊負責短消息的編輯、存儲、接收，單片機系統用來存儲傳感器傳送來的數據，并控制GSM模塊發送短信息。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，需要一個電平轉換芯片MAX232來完成電平的轉換。
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??? TC35i采用AT指令，AT89C52可以通過正確的AT指令對TC35i進行初始化和短消息的接收與發送。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，可以實現數字和字符的直接收發，但Text模式不支持中文。目前廣泛采用PDU模式，PDU模式是將GB2312的中文編碼轉換為Unicode編碼，容易實現中文編解碼。本設計主要傳送中文信息，為了編程方便，使用PDU模式進行短消息的接收和發送。與短消息業務有關的AT指令如表1所示。
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??? 系統可以采集三種警情信號：非法入室、煤氣泄漏和火災。警情信號分別通過人體感應（熱釋紅外線）傳感器、煤氣傳感器、煙霧傳感器采集到相應信號，但是這些信號不能直接送單片機系統，必須先經過A/D轉換。現在市場上有各式各樣的A/D轉換芯片，因為設計的系統并不需要得到報警信號的準確值，只要能得到單片機可以識別的信號即可；另外，考慮芯片與單片機接口要簡單，因此選用DS2450芯片。DS2450是美國達拉斯半導體公司(DALLAS)推出的符合單總線協議的四路A/D轉換器。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，當輸入電壓偏離指定范圍值時，設置使能標志。DS2450與單片機的連接很簡單，可直接相連，也可與PC機的RS-232串口經適配器轉換后相連，且可掛上多個DS2450，使用極為方便，且只占用單片機的一個輸入/輸出端口線。報警終端程序流程圖如圖5所示。
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1.4 監控中心電路設計
??? 監控中心由TC35i模塊及外圍電路和PC機組成，當TC35i模塊接收到報警終端發送來的短消息數據時，通過計算機上的管理軟件對接收到的數據進行處理后發出報警信息，值班人員可依據報警信息采取相應措施消除警情。
2 小區遠程報警管理系統監控軟件設計
??? 報警管理系統監控軟件可以管理整個系統的所有報警終端設備，用來標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數據存儲到數據庫中、修改遠端設備的運行參數等。管理軟件還可以進行業主管理，查詢各報警終端的當前數據和網絡運行狀態，并提供歷史數據查詢、打印、備份、刪除等。
??? 在串行通信上，Visual Basic提供了一個易于開發的平臺，其中設計了一個功能強大的MSComm控件，該控件對串行通信對象即對RS-232串口進行了初級封裝，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、方法和觸發事件，故在監控中心用Visual Basic語言編寫管理軟件。
3 系統的安全保障措施
??? 作為一個安全報警系統，系統整體的可靠性是最重要的指標，也是該系統設計的難點和重點。以短消息進行報警信息的傳輸，系統雖然有方便簡單等優點，但短消息自身的特性決定了建于其上的系統在可靠性方面會存在一系列隱患：(1)短消息的穩定性和移動網絡信號、短信信道等因素有關，不確定因素較多。(2)短信延遲很常見，網絡繁忙時不能保證短信及時到達。不管是短信丟失還是延遲，對安全報警系統都是致命的。(3)垃圾短信的存在很有可能導致系統出現故障。
??? 為保證系統整體的實時可靠運行，采取了如下安全保障措施：(1)對警情信號進行多次采集驗證，設置硬件復位等功能，報警終端內置硬件看門狗，確保終端正常工作，及時將警情信息發送出去且不發生誤報警。(2)報警終端和監控中心之間實行應答機制，超時重發，確保正確發出警報信息。(3)在初始化、接收新短信、重發查詢短信之前清空SIM卡，確保系統不受影響。
??? 本系統是利用GSM移動通信模塊及GSM短消息業務進行小區警情信息的遠程監控，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，系統采用Visual Basic設計監控管理系統軟件，具有界面友好、保密性強、易用性強等特點，操作人員經短期培訓即可掌握,因而應用前景十分廣闊。同時與現有其他類型的小區遠程報警系統相比，本系統具有可靠、簡單、實用等特點，基本能夠滿足各類小區對安全防范的要求，尤其對已建成且需增設報警系統的小區來說，基于GSM移動通信模塊的小區遠程報警系統更是首選。
參考文獻
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