基于ZigBee和GsM的住宅安防遠程報警系統

王健 賀先鋒

摘要：本系統針對于解決當前高端別墅區住宅住宅安防問題，通過ZigBee與GSM物聯網技術，以PIC單片機為核心，設計實現了住宅門窗安防的遠程報警系統，并能夠同時語音播報報警信息。著重介紹了系統的硬件組成，實現功能和軟件設計等關鍵部分。

關鍵詞：PIc單片機zigBeeGSM語音播報

前言

當今隨著人們生活質量的提高，人們對住宅安防的需求越來越高。尤其是對那些有季節性、時間性居住的高端別墅區住宅(如三亞、北戴河等的別墅住宅)的安防已成為家庭和物業管理特別考慮的問題。本系統是基于ZigBee與GSM物聯網技術，以微處理器為核心，設計實現了住宅門窗安防的遠程報警系統，通過在住宅門／窗安裝無線報警單元，一旦門／窗被撬開或者窗戶受振動被打破，報警短信會同時發送給物業管理中心以及住宅業主，同時在住宅內同步播報報警信息。借助于這一報警系統能夠使業主不受時間和地域的限制，及時的了解住宅的安全狀況。

一、系統總體方案

總體設計方案是以Microchip公司的PIC16F628A微處理器作為控制器來控制整個監測報警系統。本住宅安防遠程報警系統主要由三部分組成，分別是基于zigBee技術的無線傳感監測系統、基于PICl6F628A微處理器的中央處理系統，以及基于GSM技術的手機短信報警系統。利用zigBee技術實現中央處理單元與住宅門窗安防報警信息及門窗位置信息的無線通信，利用數碼管顯示系統當前監測狀態。一旦發生報警，數碼管顯示相關報警信息，并有同步報警信息語音播報，同時控制GSM模塊發送報警短信到物業管理中心以及住宅業主的手機上，從而實現防偷盜住宅安防的遠程報警。系統實現原理框圖如圖1所示，其中S1為門磁傳感器，S2為加速度全向振動傳感器。

系統的硬件設計

1、ZigBee無線報警監測系統

ZigBee無線報警監測系統由ZigBee無線報警單元和ZigBee無線接收單元組成。無線報警單元用于接收門／窗報警信息并無線傳送給中央處理系統。無線報警單元由一個ZigBee模塊，一個門磁傳感器S1以及一個加速度全向振動傳感器S2組成，安裝在住宅門／窗的適當位置。

當門／窗被打開時，門磁傳感器s1輸出一個從0到1的電平跳變；當窗戶受到敲擊振動時，加速度全向振動傳感器s2也會輸出一個從0到1的電平跳變。只要監測到有從0到1的電平跳變，ZigBee報警單元就向中央處理系統發送信號。發送的信號包含兩部分內容：一個是門／窗的位置信息，即：這是幾號門／窗；另一個是報警類型信息，即：門／窗是被打開了或是窗戶玻璃被振動打碎了。每個門／窗上安裝一個ZigBee無線報警單元，根據住宅門窗總數來確定ZigBee無線報警單元的個數，本系統最多可以安裝255個。zigBee無線報警單元如圖3所示。

2、中央處理系統

中央處理系統主要由PICl6F628A微處理器，ZigBee模塊，數碼管以及語音芯片等組成。PIC16F628A進行系統無線報警信息的監測、GSM手機短信模塊的控制以及數碼管和語音芯片的控制。ZigBee模塊用于接收ZigBee無線報警單元發送過來的報警信號。四個數碼管中的其中兩個數碼管顯示是幾號門／窗有報警信號；另外兩個數碼管顯示報警信息的類型，01表示窗戶玻璃被打碎了，02表示門／窗戶被打開了。語音芯片ISD2540同步播報報警語音信息。語音模塊電路單元如圖4所示。

3、GSM手機短信報警系統

GSM手機短信報警系統主要由GSM模塊及232電平轉換芯片構成。該系統由PIC16F628A微處理器進行控制。一旦有報警信息發生，GSM模塊就會立刻發送手機報警短信到物業管理中心以及住宅業主的手機上。系統可方便更改報警短信發送的多個目標手機的手機號。通過按鍵輸入手機號，利用數碼管顯示輸入手機號碼，并通過指示燈來指示當前系統是屬于監測狀態或者是輸入手機號碼狀態。中央處理系統及GSM報警系統如圖5所示。

三、軟件設計

系統的中央處理系統在平時不斷的檢測各zigBee無線報警單元所傳送的報警信號，當出現報警信號時，中央處理系統接收到報警信號，會自動向業主和物業發送報警短信，同時在中處理器的數碼管上顯示出現報警信號的門窗號，并語音播報報警短信的內容。本系統的軟件設計使用的是單片機的匯編語言設計完成的，包括GSM模塊通信軟件，單片機程序設計等。

1、GSM模塊通信軟件實現

下位機系統和上位機系統所使用的無線通訊模塊都是帶串口的GsM模塊。標準的GSM模塊都支持GSM07.05所定義的AT命令集的指令。因此通過串口向GSM模塊發送AT指令可以設置短信中心號碼、短信格式、短信接收對象和方式等。短信格式一般分為TEXT與PDu，本系統采用PDU模式進行發送和接收中文短信息。以向移動用戶“15901186423”發送中文信息“1號窗戶被打開了”為例，其發送短信息的相關AT指令如下：

AT+CSCA=“13800100500”設置短信中心號碼，返回OK表示設置成功。

AT+CMGF=00表示設置消息的內容為PDu模式。返回OK表示設置成功。

AT+CMGS=033033表示PDU中TPDU的長度(不包含SMSC地址)。

>0891683108100005F011010D91685109116824F300080012003153F77A97623773BB7483788E4E8630020A

以上一串代碼表示從手機發出的PDU串，其中PDU由SMSC地址和TPDU構成，上面范例中輸入的PDU解釋如下：

08：SMSC地址字節長度(包含91)

91：SMSC地址格式(91表示國際格式)(在前面加‘+)

683108100005FO：SMSC地址(+8613800100500)(北京移動短消息心)

11：基本參數

01：消息基準值TP-MR＼

OD：目標地址數字個數(十進制，不包含91和F)

91：目標地址格式

685109116824F3：目標地址(+8615901186423)

00：協議標示TP-PID

08：用戶信息編碼格式TP-DCS(08表示UCS2編碼)

00：有效期TP-VP

12：用戶信息長度

003153F77A97623773BB7483788E4E8630020A：1號窗戶被打開了。

2、單片機程序設計

系統程序流程軟件設計的主要集中在在于單片機的編程，其中有以下幾個方面：

主程序開始時要對模塊初始化，初始化主要包括設置串口速率，異步高速通信模式，并且允許串口連續接收，并關閉中斷控制寄存器，在本系統中波特率設置為9600bps，無校驗位，8個數據位。其中初始化程序如下：

BSFSTATUS，RPO

MOVLWB'00000010'

MOVWFTRISB

MOVLWB'00000000'

MOVWFTRISA

BCFSTATUS，RPO

MOVLWB'00000001'

MOVWFPORTA

BSFSTATUS，RP0；設置波特率，異步串口

MOVLW19H；設置波特率為9600

MOVWFSPBRG

MOVLWB'00100100'

MOVWFTXSTA；異步模式高速使能發送

BCFSTATUS，RPO

MOVLWB'10010000'

MOVWFRCSTA；串行端口使能

允許連續接受

MOVLWB'00000000'

MOVWFINTCON；中斷控制寄存器

GOTOINPUTNO1

發送短消息子程序，單片機開始工作之后，自動的對ZigBee的報警信號循環檢測，如果檢測到報警信號，則單片機通過AT命令控制GSM模塊同時向業主和物業管理中心發送報警短消息，完成短信報警的工作。

數碼管顯示和語音播報程序，在單片機控制GsM模塊發送完短消息后，程序進入語音播報和數碼管顯示的子程序，在數碼管上會顯示發送報警信息的玻璃的位置，并通過外接的音響設備循環的播報所發送的報警信息，引起人們的警示。至此完成整個遠程報警過程。

四、結束語

本設計基于zigBee與GSM物聯網技術，以微處理器為核心，設計實現了住宅門窗安防的遠程報警系統。系統能夠實現住宅防盜安防的無人值守，不受時間和地域限制，特別適用于季節性度假別墅住宅的防盜安防，具有實際應用前景和市場推廣價值。在目前國內別墅住宅區廣泛存在的情況下，本作品有望具有良好的經濟效益和社會效益。