基于單片機的遠程無線GSM報警系統設計

2013-11-19 11:44:56高美珍洪家平

湖北師范大學學報(自然科學版) 2013年4期

高美珍，洪家平

(1.湖北師范學院物理與電子科學學院，湖北黃石 435002;2.湖北師范學院計算機科學與技術學院，湖北黃石 435002)

0 概述

GSM(Global System for Mobile communication)系統是目前移動通信體制中最成熟、完善、應用最廣泛的一種系統，是我國最大的移動通信網，目前我國已經建成覆蓋全國的GSM移動通信網絡。隨處可見的安防系統，如城市視頻監控系統等，已經逐漸融入到生活的各個方面。而如何利用各種安防產品服務我們的生活，已經越來越受到關注。如果將GSM與安防系統相結合，設計一種可靠的、實時的遠程安防系統，既能改善傳統安防系統的實時性，還能解決某些沒有實時安防系統的用戶的燃眉之急。

本系統將GSM模塊融入到安防系統，當有人進入監控區域時，傳感器會發送信號給單片機，單片機控制GSM模塊向用戶手機發送短信或者撥打特定的電話，能及時準確地提醒用戶出現問題的詳細信息，從而使得整個安防系統更加完善，實時功能更強大。

1 GSM模塊TC35i工作原理

1.1 GSM模塊TC35i簡介

蜂窩移動通信引擎TC35i是Siemens推出的一種無線通信模塊，并且已經有國內的無線電設備入網許可證。GSM模塊作為用戶手機和控制器之間數據交換的橋梁，在本系統中起著至關重要的作用，它設計小巧、功耗低，可以為很多通信應用提供經濟高效的解決方案，適用的范圍包括便攜式電腦的低功耗通信設備、遙測遙感、遠程信息處理和通信等領域，如圖1所示是TC35i GSM模塊的內部結構原理圖。

GSM的主要功能是提供無線語音和數據傳輸，與外界的傳輸媒介為GSM網絡。TC35i模塊配有與GSM網絡的通信接口(接收器、發送器和外置天線)，同時配有與數據終端的通信接口(可通過單排40引腳的ZIF連接)，其ZIF可提供控制接口、數據接口，語音接口及電源。

TC35i GSM 模塊的主要特性如下：

圖1 TC35i GSM模塊的內部結構原理圖

支持GSM900和GSM1800雙頻;

支持數據、語音、短消息和傳真;

AT 命令集控制;

SMS：MT/MO/CB/PDU模式;

電流消耗： 3.0 mA(睡眠) 10.0 mA(閑置);

標準RS232 雙向接口.

1.2 GSM工作模式

SMS是由Etsi所制定的規范(GSM 03.40 和 GSM 03.38)。當使用7-bits編碼的時候,可以發送最多160個字符；使用8-bit編碼(最多140個字符)通常無法直接通過手機顯示，所以常被用來傳輸數據消息或OTA WAP設置；使用16-bit信息(最多70個字符)被用來顯示Unicode(UCS2)文本信息，可以被大多數的手機所顯示。

有兩種方式來發送和接收SMS信息，即文本模式或PDU模式，文本模式實際上也是PDU編碼的一種形式。在顯示SMS信息時，可以使用不同的字符集和不同的編碼方式，最常見的如“PCCP437”, “PCDN”, “8859-1”, “IRA” 和 “GSM”，這些都通過讀取應用程序AT命令集中的AT+CSCS命令來指定。如果你想閱讀手機上的信息，手機會為你選擇一種合適的編碼，閱讀SMS消息時，要么使用文本模式，要么使用PDU模式，如果使用文本模式，系統將在綁定的一些可能編碼中選擇。如果使用PDU模式，就可以使用任何編碼方式。

1.3 GSM的PDU數據格式

本系統發送和接收SMS信息使用的是PDU模式。PDU相當于一個數據包，作為一種數據單元，它必須包含源/目的地址、保護(有效)時間、數據格式、協議類型和正文，正文長度可達140字節，它們都以十六進制表示。PDU的結構根據短消息是由移動終端發起還是以移動終端為目的而有所不同。

當由移動終端發起時，PDU的格式為：

SMSCPDU類型MRDAPIDDCSVPUDLUD(0～140octed)

當以移動終端為目的時，PDU的格式為：

SMSCPDU類型MROAPIDDCSVPUDLUD(0～140octed)

其中，SMSC為短消息業務中心地址，DA/OA為源/目的地址，PID為協議識別，DCS為數據編碼，UDL為用戶數據長度，UD為用戶數據，VP為有效時間，MR指明是發出信息。

用PDU模式發送短消息數據包是以GSM03.04規范為標準的，其內容依次為：短消息中心地址、PDU類型、消息附注、目的地址、協議鑒別符、數據編碼表、數據保存期、用戶數據長度、用戶數據等幾個部分組成。例如：發送信息“這是測試消息”給手機號碼為13407142230的用戶，其PDU字符串為：0891683108401505F011000D91683104172432F00008A90C8fd9662f6d4b8bd56d88606f

對這段PDU字符串的解析如表1所示：

表1 PDU碼的解析示例

2 報警系統硬件設計

系統的組成主要包括傳感器、單片機以及TC35i模塊。如圖2所示，是基于單片機的遠程無線GSM報警系統組成原理框圖。

圖2 GSM遠程無線報警系統組成原理框圖

系統采用紅外線傳感器。紅外線傳感器是一種能夠檢測物體輻射紅外線并將其轉換為電信號的敏感器件，可分為兩類：一類是熱電型(熱敏)紅外傳感器；另一類量子型(熱電)紅外線傳感器。熱電型紅外線傳感器可作為人體檢出之用。例如人體的體溫為36℃～37℃，所放射出峰值為9～10μm的遠紅外線；其他物體溫度熱至400℃～700℃時，可放射出峰值為3～5μm的中間紅外線。紅外檢測傳感器直接與單片機的外部中斷INT0端連接，通過傳感器輸出的高低電平變化觸發單片機的中斷響應，單片機立即向TC35i芯片發送AT指令與報警信息。

2.1 單片機外圍電路設計

系統采用STC89C52RC單片機，只要在單片機和TC35i芯片的串口之間接入轉換芯片MAX232即可，電路如圖3所示。

2.2 TC35i外圍電路設計

TC35i外圍電路是一個獨特的40引腳的ZIF連接器，它能實現指令、數據、語音信號、控制信號的雙向傳輸及供電。ZIF連接器及50Ω天線連接器可分別連接SIM卡支架和天線。如圖4為TC35i的ZIF接口電路。

2.3 單片機與傳感器接口電路設計

紅外檢測傳感器信號輸出端通過一個非門電路與單片機的外部中斷INT0端口連接。當傳感器監測到有人進入監控區域時，傳感器的輸出端將產生高電平輸出，經過非門電路，單片機的INT0端口被置為低電平，此時，觸發單片機的INT0中斷，單片機將響應此中斷。

圖3 TC35i串口電路圖4 ZIF接口電路

3 報警系統軟件設計

遠程無線報警系統軟件采用模塊化設計，其主要模塊有主程序，外部中斷服務子程序，短消息發送子程序等。

3.1 主程序流程圖

報警系統主程序流程圖如圖5所示。首先對系統進行初始化，然后等待系統的外部中斷0產生，如果有外部中斷，則發出報警信息或者撥打報警電話，最后對中斷標志清零后返回。

3.2 短消息發送子程序流程圖

短消息發送是將待發送的短消息內容發送到目的地址，發送時先賦值，即將對方號碼及待發送的消息內容賦給交換變量；其次將交換變量中的信息處理成為PDU字符串；最后經AT命令調用，即利用AT命令將待發送的PDU字符串通過TC35i模塊發送出去。對于編好的PDU字符串，可通過相應的AT命令來實現短消息的發送。短消息發送流程圖如圖6所示。

圖5 主程序流程圖圖6 短消息發送子程序流程圖

發送短消息的部分軟件設計如下：

void sendmd(uchar x) //發送控制字

{

SBUF=x;

While (TI==0);

TI=0;

}

void send(uchar *p) //發送字符串

{

uchar i;

while(*p!=′