詳解基于GPRS彩信模塊的多功能家庭安防系統(tǒng)
2011/05/20
隨著電子技術的飛速發(fā)展，報警系統(tǒng)已從原來的簡單化、局部化向智能化、集成化發(fā)展。而各種防盜報警系統(tǒng)之間的主要區(qū)別是在于如何讓分機與主機、分機與用戶之間進行通信。目前市場上常見的防盜報警系統(tǒng)的通信方式有固定電話撥號、以太網、GSM短信等。但它們有各自的缺點：
(1)固定電話撥號容易被盜賊在入室搶劫前切斷電話線或惡意占線，使其在關鍵時刻失靈;
(2)以太網同樣面臨著線路被切斷的隱患，且不易普及;
(3)GSM短信報警系統(tǒng)沒有信息的過濾，從而產生誤報、錯報，給用戶帶來極大的不便。
針對以上通信方式的缺點，設計了基于GPRS彩信模塊的多功能家庭安防系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了這些隱患，讓家庭防盜更及時、使用更方便。它不再依賴有線電話執(zhí)行報警，而是借助最可靠、最成熟的GPRS移動網絡，以最直觀的彩信圖片和電話形式，直接把報警現(xiàn)場的情況反映到您的手機屏幕上。它采用主動式紅外線傳感器進行檢測，變有形的傳統(tǒng)防盜網防盜窗為無形，給火災時的逃生提供方便，并配置煙霧傳感器和燃氣泄漏傳感器，實現(xiàn)防火、防燃氣泄漏的作用。另外，為了克服盜賊用萬能鑰匙開鎖的現(xiàn)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
在設計的過程中，根據(jù)設計的內容將整個設計分成兩個模塊：主控電路模塊和雙重電子鎖模塊。兩個模塊分別由ARM芯片和凌陽單片機控制。
首先將超級用戶的號碼存入SIM卡中，當入侵信號被傳感器探測到后，無線模塊立即啟動，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，同時將入侵的地點及觸發(fā)的傳感器以短信的形式發(fā)送給用戶，使用戶能及時的報警。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設定密碼已存于外部存儲器E2PROM內，用戶要開門需先用電子感應鑰匙開RFID碼感應鎖，當感應鎖成功開鎖時，系統(tǒng)將發(fā)出語音提示“感應鎖開鎖成功”，然后輸入先前設定的密碼，密碼正確后，系統(tǒng)發(fā)出語音提示“開鎖成功”，否則提示“輸入密碼錯誤”。輸入密碼三次以上錯誤，系統(tǒng)將報警并自鎖30 min。整個開鎖時間不能超過30 s，否則系統(tǒng)發(fā)出警報聲，以防止盜賊在短時間內利用萬能工具開鎖。系統(tǒng)待機時能在液晶上顯示時間、日期和星期等信息，實現(xiàn)友好的人機界面。
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 主控模塊電路
主控模塊由傳感器模塊、無線接收/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先進，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種消防報警系統(tǒng)中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類的火災報警器。
(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兩邊，當有盜賊破窗而入時，該傳感器會觸發(fā)。
(3)門磁傳感器
為防止非法人員破門進入住戶，可在門上安裝該傳感器，該傳感器由永磁體和干簧管兩部分組成，將其分別安裝在門邊和門框上，當永磁體與干簧管的距離大于5 mm(即門邊和門框距離大于5 mm)，門磁傳感器觸發(fā)。
(4)緊急按鈕
住戶生活中的意外難免會發(fā)生，遇到此種情況，住戶可立即按下設在起居室的緊急按鈕，發(fā)出求救。
2.1.2 無線接收/發(fā)送模塊
為了使探測點的信號更穩(wěn)定有效地傳送到主控器，采用無線傳輸方式。該無線模塊采用PT2262/PT2272編解碼芯片對，載波選用工業(yè)專用頻段315 MHz，其穩(wěn)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(shù)字輸出攝像設備，采用30萬像素實現(xiàn)邏輯控制的數(shù)字圖像采集處理系統(tǒng)的設計原理和實現(xiàn)方法。圖像具有640×480，320×240，160×128的多種分辨率，輸出完整的JEPG并結合最適應的網絡協(xié)議，將圖像通過RS 232/RS 485串口輸出。另外，其帶有自動的像素缺陷補償、黑度校正、RGB色彩插值補償、Gamma參數(shù)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現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音等的傳輸，可工作在GSM 900 MHz，DCS 1 800 MHz和PCS 1 900 MHz三個頻段，RS 232數(shù)據(jù)口符合ETSI標準GSM0707。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，使語音傳輸、短消息和彩信發(fā)送、無線終端與服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸更加快速、可靠�！�
2.1.5 ARM7處理器模塊
采用Phlips公司專為嵌入式應用提供的高性價比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，實現(xiàn)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32位定時器(帶4路捕獲、4路比較通道);1個10位8路A/D轉換器，轉換時間低于2.44μs;1個10位DAC;PWM通道(6路輸出);47路GPIO;9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳;具有獨立電源和時鐘的RTC;多個串行接口，包括2個工業(yè)標準UART、2個高速I2C接口、SPI和具有緩沖作用及數(shù)據(jù)長度可變功能的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裝載程序可實現(xiàn)在系統(tǒng)/在線應用編程(ISP/IAP)，具有空閑和掉電兩種低功耗模式，并可通過外部中斷喚醒。
2.2 雙重電子鎖模塊
雙重電子鎖模塊由鍵盤顯示模塊、語音放大模塊、密碼存儲模塊、時鐘模塊、RFID碼感應模塊和SPCE061A處理器模塊六個模塊組成。
2.2.1 語音放大模塊
凌陽單片機的語音播放功能非常強大，所以本系統(tǒng)運用了它的語音特色，添加了許多信息提示語音。只需調用函數(shù)庫即可實現(xiàn)音頻編程或自錄語音資源以實現(xiàn)獨具特色的語音播放及語音識別功能。
凌陽單片機SPCE061A自帶雙通道DAC音頻輸出，DAC輸出為電流型輸出，經音頻放大器放大后，即可驅動喇叭放音。
2.2.2 RFID碼感應模塊
傳統(tǒng)的機械鎖用萬能鑰匙很容易就能打開，這是現(xiàn)代防盜系統(tǒng)的最大缺陷，為了解決這個問題本系統(tǒng)采用先進的RFID技術。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，幾乎無法破解，這樣小偷再無可乘之機了。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。該芯片外圍電路簡單，具有多種供電模式，用戶設計方便、快速。當有IC卡靠近感應線圈時，系統(tǒng)開始檢測卡的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是凌陽公司推出的一款繼μ’nSP(Microcontroller and Signal Processor)系列產品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(shù)字語音、數(shù)字語音識別等領域。
本系統(tǒng)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、語音和多中斷源等特性實現(xiàn)了一款多功能且安全可靠的電子鎖。
3 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)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(tǒng)一直在檢測是否有來電和新短信信息，當有來電時系統(tǒng)會自動掛斷電話，然后判斷是不是超級用戶：是，啟動攝像頭拍照，并發(fā)送給超級用戶;不是，系統(tǒng)將不理睬，繼續(xù)檢測。當是短消息時，判斷是否是超級用戶：不是，判斷短信內容是“888888 ”否，是則系統(tǒng)綁定該號碼為超級用戶，并回復“超級用戶綁定成功”;是，判斷短信內容是否是“bf”或“cf”，是“bf”系統(tǒng)進入布防狀態(tài)，并回復“布防成功”，是“cf”系統(tǒng)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進行報警處理，當任意一個傳感器被觸發(fā)后，系統(tǒng)將進入該程序段，啟動攝像頭拍照，然后將拍下的圖片和觸發(fā)的地點發(fā)送給綁定的超級用戶。
3.2 電子鎖模塊程序
電子鎖模塊程序流程圖如圖6所示。
程序初始化后進入歡迎主界面，等待IC卡靠近感應線圈。當檢測有IC卡靠近時，系統(tǒng)開始驗證RFID碼，RFID碼正確時，系統(tǒng)發(fā)出語音提示“感應鎖開鎖成功”，同時開始計時，當時間超過設定值并且在10 s延時時間內還未開鎖，系統(tǒng)將發(fā)出報警聲。在設定時間或10 s延時時間內開鎖成功后，系統(tǒng)進入主菜單界面。主菜單界面設有修改密碼和時間調整兩個子選項，進入可以修改密碼和調整時間。
4 結語
為了彌補現(xiàn)有家庭防盜系統(tǒng)的不足，本文設計的集數(shù)據(jù)采集、報警、遠程監(jiān)控于一體的安防系統(tǒng)，當監(jiān)控現(xiàn)場有非法侵入時發(fā)出報警，攝像頭拍攝現(xiàn)場圖片并傳回主控芯片，系統(tǒng)通過GPRS網絡將拍下的圖片發(fā)送到用戶手機上，以實現(xiàn)信息驗證、遠程實時監(jiān)控的功能。另外，為了使系統(tǒng)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能鑰匙或其他開鎖工具行竊的現(xiàn)象。整個設計不僅安裝簡單、方便，使用安全性高，信息驗證強，而且該系統(tǒng)性能優(yōu)異，成本低廉，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br />
現(xiàn)代電子技術
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