基于GSM网络的安防系统的设计与实现

陆　宁,姚　雪,马晓明

(1.招商局兴天云谷投资发展(天津)有限公司 经营管理部,广东 深圳　518000;2.兴天通讯技术有限公司 系统设计部,广东 深圳　518000;3.广州铁路(集团)公司 工务检测所,广东 广州　510000)



基于GSM网络的安防系统的设计与实现

陆宁1,姚雪2,马晓明3

(1.招商局兴天云谷投资发展(天津)有限公司 经营管理部,广东 深圳518000;2.兴天通讯技术有限公司 系统设计部,广东 深圳518000;3.广州铁路(集团)公司 工务检测所,广东 广州510000)

摘要针对传统安防手段已无法满足居民居家安全保障问题。文中设计并实现了一种基于GSM网络的安防系统,该系统运用了计算机、无线网络、图像传感等技术,并在GSM平台下实现了远程控制和及时预警的安防系统。该系统既可对家庭中可能发生的各种危险进行预警,还可防止家庭被窃贼破坏。与之前的安防系统相比,该系统操作简单、技术先进,且预报及时准确。

关键词安防系统;GSM网络;短信息;USB接口;图像传感器

随着生活品质的提高,一些安全隐患逐渐显露出来。比如一些家用设备会因操作不当发生起火现象,若此时家中无人,就有可能造成火灾,后果不堪设想。此外,还有煤气、天然气等有毒气体的泄露;另一方面就是家庭财产安全问题,不法分子通过盗窃甚至入室抢劫对家庭财产造成损害[1]。面对以上问题,传统的安防措施已无法保证居民的安全,因此就需要重新设计开发一种智能的安防系统来取代之前的系统,通过对旧系统的升级改进,最大程度地保证居民的生活安全。传统的安防系统功能单一,防范措施简单,且稳定性差,已无法满足现代居民安防的需求。故为了使居民的安全得到保障,需要对之前的系统进行升级改造甚至重新设计。本文提出了一款基于GSM网络的安防系统,可较好地弥补之前系统不足,并通过GSM网络模块,使用者可利用身边的手机实时观察家中情况,当遇到危险情况时,系统也会将问题通过手机告诉使用者,为家庭安全提供有力的保障。本文设计的安防系统不仅可运用在普通家庭中,还可应用于远程数据采集、远程控制、远程医疗等众多方面。所以其具有广阔的应用前景和市场价值[2]。

1系统总体设计

整个系统分为室内和室外两部分。室内部分的作用是对现场的数据进行采集,并对采集到的数据进行处理及控制传感器等。室内部分的主要控制模块为单片机,单片机与GSM进行连接,实现了远程无线信号传输。室外部分的作用就是接收室内模块发出的数据、信号以及图像,并控制室外的现场设备,使用者可通过手机或笔记本电脑在网络连通的状态下及时收到信息,也可以做到主动观察,利用无线终端可直接通过短信息的方式和现场进行通信,而计算机则通过无线终端模块和现场部分交互。无线终端模块由主控单元、GSM模块、USB接口等部分组成[3]。

系统的硬件体系结构设计,如图1所示。整个系统分为室内和室外两部分,其中室内部分的主要运行模块就是单片机,其USB接口连接GSM模块,该模块是本系统在通信过程中最重要的模块,而数据及信息通过此模块进行传输,最终以短信或图像的形式传递到使用者手中。而室内部分还有着较多的传感器,如压力传感器、温度传感器等。传感器对数据进行采集,通过系统的处理将有用信息自动传递到用户手中,电源模块为整个系统提供电力供应。系统的软件体系结构设计,单片机系统程序最重要的部分就是主控系统,其任务就是负责整个系统常规功能的实现。这些功能主要包括系统自动启动、时间定时设置、系统存储控制、系统各个模块设置等。GSM模块控制程序,电源管理程序,USB固件程序,传感器接口和信息处理程序,应用程序及其设备接口[4]。

图1　系统硬件结构图

2GSM通信模块设计

GSM通信模块是系统进行数据采集后传输到终端的主要模块,也是USB接口主要连接部分。本系统依靠GSM模块进行信息及数据传递,该模块包含以下部分:(1)移动平台,这是由用户设备及用户识别卡组成的;(2)信息收发系统,其为系统进行信息采集处理及发送;(3)呼叫控制系统,可同时对一个或多个用户进行信息的告知与处理。所有子系统是已存在的,其相互作用,由主控制台控制进行信息的处理和传输。该系统选用西门子公司的BT75模块作为GSM的主模块,其外围电路设计为BT75模块通电后,信号自动调节至低电平50 ms,系统则会进行启动[5]。该系统启动过程,如图2所示,系统启动过程需严格按照设计流程进行,首先低电平需达到2.5 V时,系统才能开始运行,在低电平到达2.5 V后信号要从低电平处开始运行,此时信号的上升沿不能低于2 ms,低电平信号在此时至少保证停留80 ms以上,且输入电压不能低于3.0 V,若上述条件有一项不满足,则系统无法正常启动。该系统对BT75模块的启动是通过系统内部的一个三极管来实现的,当系统中输入高电平时,三极管U处将被激发,并处于导通状态。此时,BT75的管脚就自动下降为低电平,需保证输入信号在80 ms以上,才能完成BT75模块的启动。

图2　GSM模块启动过程

3传感器模块设计

传感器是系统产生信息的主要途径,其通过对现场信息的采集,将信息传送至分析器,才能得知现场发生的情况,从而做出反应,并将信息发送给使用者。以本系统中最主要的图像传感器为例,本系统选用的是惠普公司的MU3754传感器,该款传感器是目前公认性能较为出众的一款。该图像传感器对彩色图像和黑白图像均能进行识别,且其为低压传感。虽体积较小,但该款传感器支持照相、拍摄、图像处理等所有基本功能[6]。MU3754可为使用者提供高清晰度、高像素、低采样率的6 bit图像数据输出。以上功能均可通过摄像头控制总线接口来实现。MU3754的图像采样最高可达35帧/s,且可通过使用者设定的程序对图像的大小、格式、清晰度、亮度等做出自动调节。要使传感器到达设计要求,首先要对其外部电路进行设计,图像传感器的工作条件较为苛刻,只能在待机的前提下进行工作。所以,必须有其他设备作为主设备来控制图像传感器,同时系统总线上所有传递的信号必须由主设备,即单片机发起。相对于主设备各条信号线定义为总线使能输出,当总线处于IDLE模式时,主设备将该信号线拉高到逻辑“1”,当该信号线被拉低到逻辑“0”时,表示主设备发起传输或系统处于挂起模式。对于并行的时钟输出,当系统处于之前固定的模式时,单片机自动将信号处理到逻辑“1”的位置,并当系统处在逻辑“0”时,系统才处于可工作条件。当需要对系统进行暂停时,需要将逻辑信号放置“0”处。图像传感器有着两种模式,一种模式下,主机和主机之间只能进行单一的连接,这也是最主要的模式。在该模式下,信号线进行了保密处理,在默认状态下被置于逻辑“1”而保持有效[7]。在该模式下,为使数据传输不受影响,对主要设备即单片机的设计需做出要求,其中一个就是主设备支持在SIO信号线上实现三态门输出,当主设备无法进行三态输出,则必须能在SIO信号线上实现高电平或低电平的传输启动信号以通知从设备开始总线传输。该系统适用于无法进行三态输出的情况。

4系统软件设计

安防系统软件主要功能就是对主控单元进行初始化操作,对各个功能模块进行开启和终止操作,对传感器模块的图像功能进行控制处理,并对信息进行处理发送,维护系统正常运行等。图3为单片机系统软件流程图。存储器中的软件管理分为两部分,外部和内部的存储器管理[8]。内部存储器主要是对系统的信息进行处理,首先对之前的信息进行分析,随后写入新的信息过程,向储存器缓冲区写入数据的具体步骤为:(1)将设定的操作码输入到存储器中,其中若向buffer1写入数据则操作码为56 h,若向buffer2写入数据,则操作码为58 h;(2)是写入18 bit的简单程序;(3)是写地址,向存储器写入20 bit的地址,这个地址指定的是一开始向存储器buffer写入数据的起始地址。接着便可向存储器中写入数据,整个操作的终止是由引脚上的下降沿变化来控制的,若系统不能识别此变化,数据将不停地做出写入操作,若此时存储区溢出,则数据会自动删除,然后继续写入新数据。

图3　系统软件的流程图

5系统编码与测试

该安防控制系统最终的应用程序是在Java平台上进行编译且完成的。该程序可对系统的类别和语言进行人为设定。所用语言内置了类型识别功能,只需做出简单调试,即可选择所需的模式,且源代码使用的是开放的模式,为系统调用提升了较高的效率[9]。另外,系统语言与其他系统不同,本系统语言不用书写便可进行自由调用,所以能实现语言的自由选择,语言文件的格式为mean of file。其中“mean of file”为说明,指明后面的文字用在菜单file上。“file”是出现在显示器上的文字。图4为英文环境下系统默认的模式。通过对系统进行测试,并结合测试结果可以看出,本系统运行稳定,传输信息清晰,且预警及时可靠,达到了设计要求。

图4　英文环境下系统默认模式

6结束语

本文通过对传统的安防系统进行分析,找出其中的不足,在此基础上设计并实现了一种基于GSM网络的安防系统。该系统以GSM网络为数据传输路径,以单片机和传感器系统为现场终端,以各种GSM终端设备或个人电脑为控制终端,形成了一个双向、可扩展的安防系统。经过对系统测试结果的分析得出,该系统技术先进,信息传递及时准确,且系统稳定性较高,到达了设计要求,亦为安防系统提供了一个全新的方向。

参考文献

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[2]杨彩虹,王芙蓉,贺德华.GSM的数据业务和承载能力[M].电讯技术,2002(1):101-105.

[3]陈雷,丁晓明,李强.GSM短消息系统在远程数据采集中的应用[J].中国数据通信,2003,5(3):58-61.

[4]齐保良.基于GSM的门禁与监控系统[M].电子技术,2003(5):31-34.

[5]夏骏,王甜.基于STM32和GSM的远程遥控定时开关装置[J].电子科技,2013,26(1):112-114,130.

[6]姜霖,赵国豪,乔渠.基于GSM网络的小区物业管理系统设计[J].电子科技,2008(11):12-14,17.

[7]张小平.GSM污染源自动连续监控系统的设计及实现[J].计算机应用研究,2003(2):158-160.

[8]Bruce Eckel.Java编程思想[M].4版.陈昊鹏,译.北京:机械工业出版社,2007.

[9]王水平,史俊杰,田庆安.开关稳压电源—原理、设计及实用电路[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

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

中图分类号TP277

文献标识码A

文章编号1007-7820(2016)04-120-04

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.04.031

作者简介:陆宁(1983—),男,本科,工程师。研究方向:通信工程。

收稿日期:2015- 09- 01