基于無(wú)線(xiàn)GSM的倉庫安全監控報警系統(圖)

糧食、種子、蔬菜、食品在貯藏期間，對環(huán)境溫、濕度有特定要求，往往需要專(zhuān)人負責，稍有疏忽就會(huì )使所存物品變質(zhì)或腐爛，造成不必要的損失。基于無(wú)線(xiàn)GSM的倉庫安全監控報警系統就是針對倉庫、糧庫等場(chǎng)所進(jìn)行溫濕度和安全監控及報警而設定的方案。當庫內溫濕度不適宜商品貯存或發(fā)生火災、漏水等危險情況時(shí)，系統自動(dòng)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )把報警信息以短信和電話(huà)的方式傳送到管理員手機或集中監控中心，使倉庫管理員可以在第一時(shí)間了解到報警情況并及時(shí)做出相應的處理，實(shí)現對無(wú)人值守倉庫的遠程控制。本系統采用GSM技術(shù)，用戶(hù)無(wú)須另外組網(wǎng)，節省了昂貴的建網(wǎng)費用和維護費用，且通信不受距離限制，覆蓋范圍廣，只要有GSM網(wǎng)絡(luò )的地方都可以使用，可靠性高。

系統的工作原理及組成
本系統的結構如圖1所示。系統由安全監測報警終端，GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和監控中心三部分組成。安全監測報警終端通過(guò)傳感器檢測安全指標，利用GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行實(shí)時(shí)的數據傳輸，將報警信息發(fā)送給監控中心。另一方面，監控中心可以向安全監測報警終端發(fā)送查詢(xún)和控制短信命令，安全監測報警終端收到命令后，將根據命令要求返回當前的狀態(tài)信息給監控中心或實(shí)現相應的操作，如打開(kāi)排風(fēng)扇、關(guān)閉除濕機等。

圖1 系統結構圖

另外，根據系統規模大小不同，可以采用單房間監控或多房間集中監控的方式。單房間監控是對一個(gè)房間范圍內的多個(gè)布控點(diǎn)進(jìn)行溫、濕度和安全監控，需要一個(gè)安全監測報警終端和多個(gè)溫濕度傳感器。這時(shí)，監控中心可以是一部手機。但如果需對眾多監控點(diǎn)進(jìn)行集中管理，單純通過(guò)用戶(hù)手機就力不從心了，監控中心就需要配備PC和手機模塊的組合，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的管理平臺接收各個(gè)監控點(diǎn)的報警信息，進(jìn)行統一集中的管理。我們在這里只討論單房間監控的情況，即只討論安全監測報警終端的設計。

硬件設計
安全監測報警終端主要包括主控制器PIC18F452單片機、TC35i無(wú)線(xiàn)通信模塊、各種傳感器（溫濕度傳感器、煙霧傳感器等）、繼電器控制開(kāi)關(guān)，其結構如圖2所示。系統采用PIC18F452單片機為核心，配合各種傳感器作為采集設備，用以檢測各種安全信息，當出現警報時(shí)，通過(guò)TC35i模塊給管理員手機發(fā)送報警短信或打電話(huà)。管理員通過(guò)手機發(fā)送的控制命令也是通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )到達TC35i，再傳到單片機，單片機分析處理后，再執行相應的操作。其中，單片機采用串行通信口與TC35i通信，通過(guò)固態(tài)繼電器控制排風(fēng)扇等設備。TC35i和SIM（Subscriber Identification Module）卡之間主要通過(guò)CCCLK和CCIO兩根信號線(xiàn)進(jìn)行數據通信。

1 PIC18F452單片機
PIC18F452是Microchip公司推出的一款16位結構的高性能增強型閃存微控制器，采用精簡(jiǎn)指令集（RISC）設計，有兩級流水線(xiàn)，最高運行頻率可達到10MIPS，能夠滿(mǎn)足系統對及時(shí)性的要求；單片機內部有32KB的Flash程序存儲器，1.5KB的數據存儲器和256B的EEPROM，存儲容量大，便于系統的擴展；中斷資源豐富，提供18個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級，并且中斷優(yōu)先級可配置，便于系統對多種/多個(gè)信息采集設備的處理；單片機內部集成了看門(mén)狗電路，省去了設計看門(mén)狗電路的麻煩，且抗干擾性強，提高了系統的穩定性。

圖2 安全監測報警終端原理框圖

2 TC35i通信模塊
TC35i是Siemens公司推出的新一代支持中文短信息的工業(yè)級GSM通信模塊，構成如圖3所示。其主要由四部分構成：GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源部分和Flash存儲器。其中，GSM基帶處理器是整個(gè)模塊的核心，由一個(gè)C166CPU和一個(gè)DSP處理器內核控制模塊內各種信號的傳輸、轉換、放大等處理過(guò)程。射頻天線(xiàn)部分主要實(shí)現信號的調制與解調，外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換，匹配電源為處理器以及射頻部分提供所需的電源，40芯的ZIF(Zero Insertion Force)插座為用戶(hù)提供包括電源、數據輸入輸出、SIM卡音頻接口和控制等的接口。

TC35i模塊還自帶RS232通信接口，可以方便地與PC、單片機連接；可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，信號好。該模塊向用戶(hù)提供標準的AT命令接口，為數據、語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶(hù)的應用開(kāi)發(fā)及設計。它支持TEXT和PDU模式的短消息，本系統采用支持中文短消息的PDU模式。

3 傳感器單元
傳感器單元是系統的又一關(guān)鍵組成部分，決定著(zhù)系統的報警靈敏度和誤報率。本系統包括了溫濕度傳感器、煙霧傳感器和水浸傳感器。

溫濕度傳感器SHT10是一款高度集成的數字溫濕度傳感器，采用專(zhuān)利的CMOSens技術(shù)，可抵御來(lái)自外界的影響，即使將傳感器浸入到液體中也不會(huì )受到損害；此外，溫度傳感器與濕度傳感器結合在一起，使測量精度提高并且可以精確得出露點(diǎn)值，并且不會(huì )產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化而引起的誤差。
煙霧傳感器是無(wú)線(xiàn)離子式煙霧傳感，這是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩定可靠的傳感器。它在內外電離室里面有放射源，電離產(chǎn)生的正、負離子在電場(chǎng)的作用下向正負電極移動(dòng)。正常情況下，內外電離室的電流、電壓都是穩定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運動(dòng)，電流、電壓就有所改變，破壞了內外電離室之間的平衡，產(chǎn)生信號。

水浸傳感器采用支架式針式探頭傳感器，根據電極浸水阻值（水浸阻值）變化原理，由專(zhuān)用集成芯片進(jìn)行信號放大、整形、比較，輸出高低電平。

4 繼電器控制單元
單片機通過(guò)控制相應I/O腳輸出電平的高低來(lái)控制繼電器的吸合和斷開(kāi)，從而控制排風(fēng)機等設備的開(kāi)關(guān)。本系統的繼電器選用JGX-50F型固態(tài)繼電器，它是與微電子技術(shù)相結合而發(fā)展起來(lái)的一種新型無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)器件，具有開(kāi)關(guān)無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)噪聲、耐震動(dòng)、壽命長(cháng)、抗干擾能力強等諸多優(yōu)點(diǎn)。JGX-50型繼電器輸入電流為5～40mA，關(guān)斷電壓1.5V，額定輸出電流50mA，輸出電壓范圍為20～220V，滿(mǎn)足系統的要求。

圖3 TC35i功能框圖

軟件流程
系統軟件設計的重點(diǎn)在于單片機的編程。通過(guò)向TC35i寫(xiě)入不同的AT指令，能完成多種功能，如檢測卡座中是否插入了SIM卡、GSM網(wǎng)絡(luò )登錄，讀取SIM卡上的電話(huà)號碼，發(fā)送SMS消息，接收SMS消息，控制繼電器輸出等。其主程序流程如圖4所示。其中，初始化的工作包括設置串口速率、GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )登錄以及設置短消息模式為PDU等，PDU編碼即按PDU的編碼規則產(chǎn)生相應的PDU串。PDU模式收發(fā)短信可以使用3種編碼：7bit、8bit和UCS2編碼，這里我們采用的是UCS2編碼。其中，中斷1來(lái)自傳感器的，中斷2來(lái)自Tc35i模塊。

圖4 單片機程序主流程

結語(yǔ)
本系統是全無(wú)線(xiàn)系統，不用布線(xiàn)，安裝方便。特別適用于倉庫等有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )不能到達的地方。而且系統成本不高，易于推廣。同時(shí)，由于系統傳感器的可裁減性，通過(guò)配備不同的傳感器，可以實(shí)現其他特定場(chǎng)合如機房、養殖室等的安全報警，有著(zhù)廣泛而誘人的應用前景。