淺談4G技術(shù)下新型監控報警系統的設計

隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)通信已經(jīng)普及，而我們通常的監控手段仍是接觸式的。接觸式監控的缺點(diǎn)是：接觸式控制大多通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將采集的信息進(jìn)行遠程傳送，成本較高，大大限制了使用范圍;適用范圍窄，靈活性差，在一些高危和不方便人員直接監控的場(chǎng)合更加難以發(fā)揮作用;隨著(zhù)現代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，破解接觸式監控的手段日益增多，從而大大降低接觸式監控的安全性能。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展和生活水平日益提高，人們在追求生活質(zhì)量的同時(shí)，對人身財產(chǎn)安全保障也提出了更新的要求，所以新型、性能更加優(yōu)越的防盜報警系統成為市場(chǎng)需求的一個(gè)主流。本系統就是針對傳統監控報警產(chǎn)品的缺點(diǎn)開(kāi)發(fā)的一套基于衛星定位和4G技術(shù)的新型監控報警系統，用于實(shí)現遠距離、準確和實(shí)時(shí)監控報警和導航定位。

本系統以汽車(chē)為開(kāi)發(fā)平臺，通過(guò)安裝傳感監控裝置，收集信息傳遞給以單片機為中心的控制系統，經(jīng)過(guò)分析處理后經(jīng)由GSM(全球移動(dòng)通信系統)/GPRS(通用分組無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù))網(wǎng)絡(luò )，將報警信息通過(guò)電話(huà)、SMS(短信業(yè)務(wù))或MMS(多媒體信息業(yè)務(wù))等形式通知用戶(hù)，從而實(shí)現遠距離、準確和實(shí)時(shí)報警?，F在市場(chǎng)上的GPS(全球定位系統)可實(shí)現精確的定位尋車(chē)及一般的導航，但是GPS的核心技術(shù)掌握在美國手中，如果一旦發(fā)生戰爭，美國關(guān)閉應用，后果不堪設想，尤其不利于軍用，所以我們采用了GPS和我國自主研發(fā)的北斗雙星雙模導航定位技術(shù)。

1、硬件系統

本系統由MCU控制模塊、數據采集模塊、信息的接收和發(fā)送模塊、GPS模塊和北斗雙星定位模塊5部分組成。數據采集模塊利用不同的傳感器將采集到的信號送到MCU，MCU進(jìn)行分析和處理后發(fā)出控制信息和報警指令給GSM模塊，然后通過(guò)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò )或北斗雙星向用戶(hù)傳遞報警信息，達到監控報警的目的。系統將根據用戶(hù)的決策采取諸如遠程喊話(huà)示警、遙控拍照和切斷油路等操作保證車(chē)輛安全。同時(shí)，該系統還利用GPS和北斗雙星雙模定位的方法，實(shí)現全天候、高精度的實(shí)時(shí)導航定位，定位精度可達3m～10m。

MCU以串行通信的方式實(shí)現與GSM、GPS和北斗雙星終端的物理連接，并且留有與PC機的。RS-232串行通信接口。利用北斗雙星定位終端實(shí)現快速定位，并將位置信息通過(guò)GSM或者雙星簡(jiǎn)短通信的方式發(fā)送到用戶(hù)和中心站，同時(shí)，北斗衛星的雙向短報文通信功能可以實(shí)現區域報警。

1.1 MCU控制模塊

該模塊起著(zhù)對傳感器報警信息和用戶(hù)控制信息的接收、分析和處理，是本系統的核心組成部分。它的設計包括電源部分、電平轉換部分、存儲器設計部分和外部接口部分(包括傳感器信號輸入、MCU控制外部設備信號輸出顯示、MCU與北斗雙星定位模塊和GSM模塊之間的通信接口)。

1.2 數據采集模塊

數據采集模塊中可供利用的有多種傳感器，如振動(dòng)傳感器、壓力傳感器、開(kāi)關(guān)式和斷線(xiàn)式傳感器等多種類(lèi)型的傳感器，當汽車(chē)受到振動(dòng)、車(chē)門(mén)被打開(kāi)或者有人坐在座位上時(shí)就會(huì )產(chǎn)生不同的信息，將這些傳感器收集到的不同數據和信息輸入系統MCU，以供后續處理。

此模塊設計思路是充分利用車(chē)載已有的安全成熟的產(chǎn)品作為系統部分。其優(yōu)點(diǎn)是：系統安全性和穩定性將大幅提高;可以較好地解決系統狀態(tài)控制問(wèn)題，若僅考慮利用手機短信進(jìn)行設防和解防，不僅很不方便，而且長(cháng)期的額外信息費用也是不可忽視的;可在原有基礎上進(jìn)行改裝，降低產(chǎn)品的成本，同時(shí)還可以合理有效地利用已有車(chē)載設備，使資源得到合理有效的配置。

1.3 信息的接收和發(fā)送模塊

以GSM模塊為核心，實(shí)現系統與用戶(hù)之間的信息交互，在系統中發(fā)揮了發(fā)送報警信息和接收用戶(hù)回應的功能。該模塊通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據通信，無(wú)需設置運營(yíng)中心，大大降低了生產(chǎn)推廣成本。此模塊的設計思路是：使用開(kāi)放性較好的GSM模塊，并且嚴格執行歐洲電信聯(lián)盟的GSM0707、GSM0705、GSM0338等規范和協(xié)議，方便系統軟件開(kāi)發(fā)，并增強系統軟件的通用性。

1.4 GPS模塊

GPS技術(shù)在軍用和民用方面的應用都很成熟，通過(guò)使用GPS和北斗雙星雙模定位的方法，可以大大提高導航定位的精度。

1.5 北斗雙星定位終端

利用此終端實(shí)現快速定位，并將位置信息通過(guò)GSM和雙星簡(jiǎn)短通信兩種方式發(fā)送到用戶(hù)和中心站，并且利用雙星簡(jiǎn)短通信實(shí)現區域報警。主要功能是：快速定位，為服務(wù)區域內的用戶(hù)提供全天候、實(shí)時(shí)定位服務(wù)，定位精度與GPS相當;短報文通信，一次可傳送多達120個(gè)漢字的信息;精密授時(shí)，精度達20ns。
　　
2、軟件設計

本系統軟件主要參照歐洲電信聯(lián)盟的GSM0707、GSM0705、GSM0338等規范和協(xié)議，結合標準的AT指令集設計編輯而成，并且通過(guò)RS-232串口收發(fā)來(lái)實(shí)現MCU與GSM模塊、CPS模塊和北斗雙星導航定位終端的雙向通信。經(jīng)過(guò)大量試驗，該軟件在系統上運行穩定，其通用性和移植性都很好。系統軟件設計流程。

主要流程及相關(guān)程序敘述如下：

a)首先初始化MCU使其進(jìn)入正常的工作方式，程序通過(guò)MCU的UART接口控制GSM模塊，串口的初始化函數為serial-init()，分別對MCU和GSM模塊、北斗雙星導航定位終端、GPS模塊以及PC機的外部顯示處理接口進(jìn)行了詳細的定義和說(shuō)明。同時(shí)，對相應的傳感器和控制引腳的輸入或輸出方式進(jìn)行了正確的設置。

b)為了正確建立MCU和GSM模塊之間的通信，檢測串口通信速率，在合理設置MCU后，由單片機發(fā)出ATE檢測信號，若通信建立不正確，則繼續檢測，等待GSM回應OK確定通信正常建立。

c)為使GSM模塊能在符合用戶(hù)要求的條件下工作，需對其進(jìn)行初始化，包括關(guān)閉振動(dòng)和鈴聲、設置短信內存、模式、提示方式等。

d)進(jìn)入工作模式，包括兩方面工作內容：

一是檢測各個(gè)傳感器，先檢測報警級別高的傳感器，若有報警信號送來(lái)，則有MCU控制編輯和發(fā)送手機短信(或者打電話(huà))通知用戶(hù);

二是檢測是否有新短信或來(lái)電，有則讀回并解碼執行用戶(hù)通過(guò)短信發(fā)來(lái)的命令或核實(shí)用戶(hù)來(lái)電后控制GSM模塊自動(dòng)應答。由于從串口讀取大量數據時(shí)不免存在誤碼，為防止執行錯誤命令，MCU將連續重復讀取同一條短信兩次，兩次相同時(shí)才執行短信中的命令，否則重新讀此短信。

3、系統功能和性能

a)用戶(hù)密碼設置：用戶(hù)可編輯短信更改密碼****到GSM模塊，在用戶(hù)接到短信回饋執行成功或執行失敗后即可獲知更改密碼的執行情況。

b)更改用戶(hù)：用戶(hù)可通過(guò)編輯短信更改用戶(hù)****(后4位為設定的密碼)，在用戶(hù)接到短信回饋時(shí)可判定結果。

c)短信報警：當車(chē)輛安全受到外界威脅時(shí)，車(chē)載傳感器收集信息后將信息交由MCU判定威脅級別后，發(fā)出指令控制GSM模塊編輯手機短信如車(chē)門(mén)開(kāi)、車(chē)被盜等在第一時(shí)間通知用戶(hù)。

d)MMS圖像監控：當用戶(hù)收到車(chē)輛安全情況受到威脅時(shí)，可編輯短信拍照給車(chē)載電話(huà)，MCU收到命令后控制GSM模塊拍照并在第一時(shí)間通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給用戶(hù)，方便用戶(hù)了解車(chē)輛安全具體情況。

e)遠程監聽(tīng)和喊話(huà)示警：當用戶(hù)接收到報警短信后可以直接撥打車(chē)載電話(huà)，系統將自動(dòng)接通電話(huà)方便用戶(hù)進(jìn)行監聽(tīng)，或經(jīng)由系統自帶的功放和揚聲器進(jìn)行擴音喊話(huà)示警。

f)遠程制動(dòng)：當用戶(hù)接收到短信或通過(guò)電話(huà)監聽(tīng)發(fā)現車(chē)輛受到威脅時(shí)，可以編輯短信熄火到車(chē)載電話(huà)，系統將會(huì )自動(dòng)切斷油路，使汽車(chē)停止行駛。

g)遠程遙控暖車(chē)：用戶(hù)可編輯手機短信暖車(chē)到GSM模塊，MCU將控制現有繼電器提前進(jìn)行暖車(chē)。

h)北斗雙星導航定位：快速定位;短報文通信;精密授時(shí)。

i)區域通信和報警：當某輛汽車(chē)的本系統監測到險情后，可利用北斗雙星的簡(jiǎn)短通信功能給鄰近的系統發(fā)送報警信息，共同提高安全防護級別，防止險情擴散。

j)GPS與北斗雙模定位：系統留有GPS模塊的外部接口，可利用GPS結合和北斗雙星的定位數據進(jìn)行差分比較以獲得更加精確的導航和定位信息。

k)隨著(zhù)GIS(地理信息系統)的不斷發(fā)展，系統信息處理能力將會(huì )得到不斷提高，可以實(shí)現更加高效的實(shí)時(shí)導航定位和跟蹤尋跡。

4、結束語(yǔ)

本設計是集傳統車(chē)載式防盜報警單元、北斗雙星導航定位終端、GPS模塊、GSM/GPRS網(wǎng)路和GIS于一體的新型高科技監控報警和導航定位產(chǎn)品。系統在功能、實(shí)用性、可靠性及易用性等多方面均符合廣大用戶(hù)的迫切需求。同時(shí)，隨著(zhù)我國私人汽車(chē)需求量的迅速增大和經(jīng)濟的快速發(fā)展，這一系統的市場(chǎng)前景非常廣闊，市場(chǎng)潛力非常巨大！