基于GPRS彩信模塊的多功能家庭安防系統設計

　　0 引言

　　隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，報警系統已從原來(lái)的簡(jiǎn)單化、局部化向智能化、集成化發(fā)展。而各種防盜報警系統之間的主要區別是在于如何讓分機與主機、分機與用戶(hù)之間進(jìn)行通信。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的防盜報警系統的通信方式有固定電話(huà)撥號、以太網(wǎng)、GSM短信等。但它們有各自的缺點(diǎn)：

　　(1)固定電話(huà)撥號容易被盜賊在入室搶劫前切斷電話(huà)線(xiàn)或惡意占線(xiàn)，使其在關(guān)鍵時(shí)刻失靈；

　　(2)以太網(wǎng)同樣面臨著(zhù)線(xiàn)路被切斷的隱患，且不易普及；

　　(3)GSM短信報警系統沒(méi)有信息的過(guò)濾，從而產(chǎn)生誤報、錯報，給用戶(hù)帶來(lái)極大的不便。

　　針對以上通信方式的缺點(diǎn)，設計了基于GPRS彩信模塊的多功能家庭安防系統，該系統解決了這些隱患，讓家庭防盜更及時(shí)、使用更方便。它不再依賴(lài)有線(xiàn)電話(huà)執行報警，而是借助最可靠、最成熟的GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，以最直觀(guān)的彩信圖片和電話(huà)形式，直接把報警現場(chǎng)的情況反映到您的手機屏幕上。它采用主動(dòng)式紅外線(xiàn)傳感器進(jìn)行檢測，變有形的傳統防盜網(wǎng)防盜窗為無(wú)形，給火災時(shí)的逃生提供方便，并配置煙霧傳感器和燃氣泄漏傳感器，實(shí)現防火、防燃氣泄漏的作用。另外，為了克服盜賊用萬(wàn)能鑰匙開(kāi)鎖的現象，設計了一款雙重電子密碼鎖，該電子鎖由RFID碼電子感應鎖和語(yǔ)音提示的電子密碼鎖組合而成。

　　1 設計的基本思路

　　在設計的過(guò)程中，根據設計的內容將整個(gè)設計分成兩個(gè)模塊：主控電路模塊和雙重電子鎖模塊。兩個(gè)模塊分別由ARM芯片和凌陽(yáng)單片機控制。

　　首先將超級用戶(hù)的號碼存入SIM卡中，當入侵信號被傳感器探測到后，無(wú)線(xiàn)模塊立即啟動(dòng)，并將入侵信號發(fā)送至ARM7處理器，處理器接到信號后立即啟動(dòng)串口攝像頭拍照，拍照后的圖片信號處理后由GPRS彩信模塊發(fā)送給超級用戶(hù)，同時(shí)將入侵的地點(diǎn)及觸發(fā)的傳感器以短信的形式發(fā)送給用戶(hù)，使用戶(hù)能及時(shí)的報警。主控模塊方框圖如圖1所示。

　　如圖2所示，電子鎖原始密碼和用戶(hù)設定密碼已存于外部存儲器E2PROM內，用戶(hù)要開(kāi)門(mén)需先用電子感應鑰匙開(kāi)RFID碼感應鎖，當感應鎖成功開(kāi)鎖時(shí)，系統將發(fā)出語(yǔ)音提示“感應鎖開(kāi)鎖成功”，然后輸入先前設定的密碼，密碼正確后，系統發(fā)出語(yǔ)音提示“開(kāi)鎖成功”，否則提示“輸入密碼錯誤”。輸入密碼三次以上錯誤，系統將報警并自鎖30 min。整個(gè)開(kāi)鎖時(shí)間不能超過(guò)30 s，否則系統發(fā)出警報聲，以防止盜賊在短時(shí)間內利用萬(wàn)能工具開(kāi)鎖。系統待機時(shí)能在液晶上顯示時(shí)間、日期和星期等信息，實(shí)現友好的人機界面。

　　2 系統硬件設計

　　2．1 主控模塊電路

　　主控模塊由傳感器模塊、無(wú)線(xiàn)接收／發(fā)送模塊、串口攝像頭模塊、GPRS彩信模塊和ARM7處理器模塊五部分組成。

　　2．1．1 傳感器模塊

　　(1)煙霧傳感器

　　本設計選用離子式煙霧傳感器，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種消防報警系統中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類(lèi)的火災報警器。

　　(2)人體接近傳感器

　　該傳感器能檢測到的范圍為1 m，可以將其安放在窗戶(hù)兩邊，當有盜賊破窗而入時(shí)，該傳感器會(huì )觸發(fā)。

　　(3)門(mén)磁傳感器

　　為防止非法人員破門(mén)進(jìn)入住戶(hù)，可在門(mén)上安裝該傳感器，該傳感器由永磁體和干簧管兩部分組成，將其分別安裝在門(mén)邊和門(mén)框上，當永磁體與干簧管的距離大于5 mm(即門(mén)邊和門(mén)框距離大于5 mm)，門(mén)磁傳感器觸發(fā)。

　　(4)緊急按鈕

　　住戶(hù)生活中的意外難免會(huì )發(fā)生，遇到此種情況，住戶(hù)可立即按下設在起居室的緊急按鈕，發(fā)出求救。

　　2．1．2 無(wú)線(xiàn)接收／發(fā)送模塊

　　為了使探測點(diǎn)的信號更穩定有效地傳送到主控器，采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式。該無(wú)線(xiàn)模塊采用PT2262／PT2272編解碼芯片對，載波選用工業(yè)專(zhuān)用頻段315 MHz，其穩定性好，有效距離遠。

　　2．1．3 串口攝像頭模塊

　　該攝像頭是一款內置JEPG壓縮功能的數字輸出攝像設備，采用30萬(wàn)像素實(shí)現邏輯控制的數字圖像采集處理系統的設計原理和實(shí)現方法。圖像具有640×480，320×240，160×128的多種分辨率，輸出完整的JEPG并結合最適應的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，將圖像通過(guò)RS 232／RS 485串口輸出。另外，其帶有自動(dòng)的像素缺陷補償、黑度校正、RGB色彩插值補償、Gamma參數補償和色調、飽和度補償功能。

　　2．1．4 GPRS彩信模塊

　　本設計使用PTM100廣州譜泰公司研制的內置TCP／IP協(xié)議和MMC彩信協(xié)議的GPRS模塊。該模塊可以快速安全地實(shí)現數據、語(yǔ)音等的傳輸，可工作在GSM 900 MHz，DCS 1 800 MHz和PCS 1 900 MHz三個(gè)頻段，RS 232數據口符合ETSI標準GSM0707。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶(hù)提供標準的AT命令接口，使語(yǔ)音傳輸、短消息和彩信發(fā)送、無(wú)線(xiàn)終端與服務(wù)器之間的數據傳輸更加快速、可靠。

　　2．1．5 ARM7處理器模塊

　　采用Phlips公司專(zhuān)為嵌入式應用提供的高性?xún)r(jià)比ARM7微處理器LPC2132作主控器。它采用ARM公司的16／32位RISC結構，內核是ARM7TDMI -S，超小LQFP64封裝，128位寬度接口／加速器，實(shí)現工作頻率高達60 MHz。其內嵌64 KB的高速FLASH存儲器和16 KB的SRAM，具有豐富的外設資源：2個(gè)32位定時(shí)器(帶4路捕獲、4路比較通道)；1個(gè)10位8路A／D轉換器，轉換時(shí)間低于2．44μs；1個(gè)10位DAC；PWM通道(6路輸出)；47路GPIO；9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳；具有獨立電源和時(shí)鐘的RTC；多個(gè)串行接口，包括2個(gè)工業(yè)標準UART、2個(gè)高速I(mǎi)2C接口、SPI和具有緩沖作用及數據長(cháng)度可變功能的SSP。它內含向量中斷控制器，可配置中斷優(yōu)先級和向量地址，片內Boot裝載程序可實(shí)現在系統／在線(xiàn)應用編程(ISP／IAP)，具有空閑和掉電兩種低功耗模式，并可通過(guò)外部中斷喚醒。

　　2．2 雙重電子鎖模塊

　　雙重電子鎖模塊由鍵盤(pán)顯示模塊、語(yǔ)音放大模塊、密碼存儲模塊、時(shí)鐘模塊、RFID碼感應模塊和SPCE061A處理器模塊六個(gè)模塊組成。

　　2．2．1 語(yǔ)音放大模塊

　　凌陽(yáng)單片機的語(yǔ)音播放功能非常強大，所以本系統運用了它的語(yǔ)音特色，添加了許多信息提示語(yǔ)音。只需調用函數庫即可實(shí)現音頻編程或自錄語(yǔ)音資源以實(shí)現獨具特色的語(yǔ)音播放及語(yǔ)音識別功能。

　　凌陽(yáng)單片機SPCE061A自帶雙通道DAC音頻輸出，DAC輸出為電流型輸出，經(jīng)音頻放大器放大后，即可驅動(dòng)喇叭放音。

　　2．2．2 RFID碼感應模塊

　　傳統的機械鎖用萬(wàn)能鑰匙很容易就能打開(kāi)，這是現代防盜系統的最大缺陷，為了解決這個(gè)問(wèn)題本系統采用先進(jìn)的RFID技術(shù)。RFID密碼鑰匙中嵌入了64位全球惟一碼ID芯片，有7億種組合，幾乎無(wú)法破解，這樣小偷再無(wú)可乘之機了。本設計的RFID解碼芯片采用市面上常用的TE-MIC系列U2270B基站芯片。該芯片外圍電路簡(jiǎn)單，具有多種供電模式，用戶(hù)設計方便、快速。當有IC卡靠近感應線(xiàn)圈時(shí)，系統開(kāi)始檢測卡的RFID號，檢測正確后基站芯片U2270B輸出低電平給單片機，否則為高電平。在平時(shí)不工作的情況下可以由U2270B控制其工作在低功耗狀態(tài)。

　　2．2．3 SPCE061A處理器模塊

　　SPCE061A是凌陽(yáng)公司推出的一款繼μ’nSP(Microcontroller and Signal Processor)系列產(chǎn)品SPCE500A等之后的又一款16位結構的微處理器。SPCE061A里內嵌32 KB的閃存(FLASH)。與SPCE500A相比，以μ’nSP為核心的SPCE061A微控制器，適用于數字語(yǔ)音、數字語(yǔ)音識別等領(lǐng)域。

　　本系統的雙重電子鎖模塊采用該芯片作為主控器，利用該芯片的高速、語(yǔ)音和多中斷源等特性實(shí)現了一款多功能且安全可靠的電子鎖。

　　3 系統軟件設計

　　系統軟件部分包括主控電路模塊程序流程圖和電子鎖模塊程序流程圖兩部分。

　　3．1 主控模塊程序部分

　　主控模塊程序部分包括主控模塊主程序和主控模塊中斷子程序，分別如圖4和圖5所示。 　　

　　3．1．1 主控模塊主程序

　　在主控模塊主程序中系統一直在檢測是否有來(lái)電和新短信信息，當有來(lái)電時(shí)系統會(huì )自動(dòng)掛斷電話(huà)，然后判斷是不是超級用戶(hù)：是，啟動(dòng)攝像頭拍照，并發(fā)送給超級用戶(hù)；不是，系統將不理睬，繼續檢測。當是短消息時(shí)，判斷是否是超級用戶(hù)：不是，判斷短信內容是“888888 ”否，是則系統綁定該號碼為超級用戶(hù)，并回復“超級用戶(hù)綁定成功”；是，判斷短信內容是否是“bf”或“cf”，是“bf”系統進(jìn)入布防狀態(tài)，并回復“布防成功”，是“cf”系統撤防，回復“撤防成功”。

　　3．1．2 主控模塊中斷子程序

　　主模塊中斷子程序用來(lái)進(jìn)行報警處理，當任意一個(gè)傳感器被觸發(fā)后，系統將進(jìn)入該程序段，啟動(dòng)攝像頭拍照，然后將拍下的圖片和觸發(fā)的地點(diǎn)發(fā)送給綁定的超級用戶(hù)。

　　3．2 電子鎖模塊程序

　　電子鎖模塊程序流程圖如圖6所示。 　　

　　程序初始化后進(jìn)入歡迎主界面，等待IC卡靠近感應線(xiàn)圈。當檢測有IC卡靠近時(shí)，系統開(kāi)始驗證RFID碼，RFID碼正確時(shí)，系統發(fā)出語(yǔ)音提示“感應鎖開(kāi)鎖成功”，同時(shí)開(kāi)始計時(shí)，當時(shí)間超過(guò)設定值并且在10 s延時(shí)時(shí)間內還未開(kāi)鎖，系統將發(fā)出報警聲。在設定時(shí)間或10 s延時(shí)時(shí)間內開(kāi)鎖成功后，系統進(jìn)入主菜單界面。主菜單界面設有修改密碼和時(shí)間調整兩個(gè)子選項，進(jìn)入可以修改密碼和調整時(shí)間。

　　4 結語(yǔ)

　　為了彌補現有家庭防盜系統的不足，本文設計的集數據采集、報警、遠程監控于一體的安防系統，當監控現場(chǎng)有非法侵入時(shí)發(fā)出報警，攝像頭拍攝現場(chǎng)圖片并傳回主控芯片，系統通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )將拍下的圖片發(fā)送到用戶(hù)手機上，以實(shí)現信息驗證、遠程實(shí)時(shí)監控的功能。另外，為了使系統安全性更高，加入了雙重電子密碼鎖，該電子鎖杜絕了小偷用萬(wàn)能鑰匙或其他開(kāi)鎖工具行竊的現象。整個(gè)設計不僅安裝簡(jiǎn)單、方便，使用安全性高，信息驗證強，而且該系統性能優(yōu)異，成本低廉，具有很大的發(fā)展潛力。