基于GPRS彩信模塊的多功能家庭安防系統(tǒng)

摘要：現(xiàn)有家庭安防系統(tǒng)最大的弊端是不能及時(shí)的對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行有效的驗(yàn)證，從而出現(xiàn)誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)的問(wèn)題。為了克服這個(gè)問(wèn)題，采用彩信圖片的形式將報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)的情況及時(shí)地反映到用戶的手機(jī)屏幕上。此外，為了進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的防盜安全性，設(shè)計(jì)了雙重電子鎖，該鎖采用RFID碼感應(yīng)技術(shù)和用戶開(kāi)鎖時(shí)間規(guī)律，有效地克服盜賊用萬(wàn)能鑰匙開(kāi)鎖的現(xiàn)象。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試達(dá)到了預(yù)期的效果。
關(guān)鍵詞：GPRS彩信；串口攝像頭；雙重電子鎖

0 引言
    隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，報(bào)警系統(tǒng)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(bào)警系統(tǒng)之間的主要區(qū)別是在于如何讓分機(jī)與主機(jī)、分機(jī)與用戶之間進(jìn)行通信。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的防盜報(bào)警系統(tǒng)的通信方式有固定電話撥號(hào)、以太網(wǎng)、GSM短信等。但它們有各自的缺點(diǎn)：
    (1)固定電話撥號(hào)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(guān)鍵時(shí)刻失靈；
    (2)以太網(wǎng)同樣面臨著線路被切斷的隱患，且不易普及；
    (3)GSM短信報(bào)警系統(tǒng)沒(méi)有信息的過(guò)濾，從而產(chǎn)生誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)，給用戶帶來(lái)極大的不便。
    針對(duì)以上通信方式的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(shí)、使用更方便。它不再依賴有線電話執(zhí)行報(bào)警，而是借助最可靠、最成熟的GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，以最直觀的彩信圖片和電話形式，直接把報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)的情況反映到您的手機(jī)屏幕上。它采用主動(dòng)式紅外線傳感器進(jìn)行檢測(cè)，變有形的傳統(tǒng)防盜網(wǎng)防盜窗為無(wú)形，給火災(zāi)時(shí)的逃生提供方便，并配置煙霧傳感器和燃?xì)庑孤﹤鞲衅鳎瑢?shí)現(xiàn)防火、防燃?xì)庑孤┑淖饔?。另外，為了克服盜賊用萬(wàn)能鑰匙開(kāi)鎖的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一款雙重電子密碼鎖，該電子鎖由RFID碼電子感應(yīng)鎖和語(yǔ)音提示的電子密碼鎖組合而成。

1 設(shè)計(jì)的基本思路
    在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容將整個(gè)設(shè)計(jì)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(jī)控制。
    首先將超級(jí)用戶的號(hào)碼存入SIM卡中，當(dāng)入侵信號(hào)被傳感器探測(cè)到后，無(wú)線模塊立即啟動(dòng)，并將入侵信號(hào)發(fā)送至ARM7處理器，處理器接到信號(hào)后立即啟動(dòng)串口攝像頭拍照，拍照后的圖片信號(hào)處理后由GPRS彩信模塊發(fā)送給超級(jí)用戶，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，使用戶能及時(shí)的報(bào)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(shè)定密碼已存于外部存儲(chǔ)器E2PROM內(nèi)，用戶要開(kāi)門(mén)需先用電子感應(yīng)鑰匙開(kāi)RFID碼感應(yīng)鎖，當(dāng)感應(yīng)鎖成功開(kāi)鎖時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出語(yǔ)音提示“感應(yīng)鎖開(kāi)鎖成功”，然后輸入先前設(shè)定的密碼，密碼正確后，系統(tǒng)發(fā)出語(yǔ)音提示“開(kāi)鎖成功”，否則提示“輸入密碼錯(cuò)誤”。輸入密碼三次以上錯(cuò)誤，系統(tǒng)將報(bào)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(tǒng)發(fā)出警報(bào)聲，以防止盜賊在短時(shí)間內(nèi)利用萬(wàn)能工具開(kāi)鎖。系統(tǒng)待機(jī)時(shí)能在液晶上顯示時(shí)間、日期和星期等信息，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 主控模塊電路
    主控模塊由傳感器模塊、無(wú)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(shè)計(jì)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(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類(lèi)的火災(zāi)報(bào)警器。
    (2)人體接近傳感器
    該傳感器能檢測(cè)到的范圍為1 m，可以將其安放在窗戶兩邊，當(dāng)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，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(dāng)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
    住戶生活中的意外難免會(huì)發(fā)生，遇到此種情況，住戶可立即按下設(shè)在起居室的緊急按鈕，發(fā)出求救。
2．1．2 無(wú)線接收／發(fā)送模塊
    為了使探測(cè)點(diǎn)的信號(hào)更穩(wěn)定有效地傳送到主控器，采用無(wú)線傳輸方式。該無(wú)線模塊采用PT2262／PT2272編解碼芯片對(duì)，載波選用工業(yè)專(zhuān)用頻段315 MHz，其穩(wěn)定性好，有效距離遠(yuǎn)。
2．1．3 串口攝像頭模塊
    該攝像頭是一款內(nèi)置JEPG壓縮功能的數(shù)字輸出攝像設(shè)備，采用30萬(wàn)像素實(shí)現(xiàn)邏輯控制的數(shù)字圖像采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)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(jié)合最適應(yīng)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(bǔ)償、黑度校正、RGB色彩插值補(bǔ)償、Gamma參數(shù)補(bǔ)償和色調(diào)、飽和度補(bǔ)償功能。
2．1．4 GPRS彩信模塊
    本設(shè)計(jì)使用PTM100廣州譜泰公司研制的內(nèi)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(xiàn)數(shù)據(jù)、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(shù)據(jù)口符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，使語(yǔ)音傳輸、短消息和彩信發(fā)送、無(wú)線終端與服務(wù)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(zhuān)為嵌入式應(yīng)用提供的高性價(jià)比ARM7微處理器LPC2132作主控器。它采用ARM公司的16／32位RISC結(jié)構(gòu)，內(nèi)核是ARM7TDMI -S，超小LQFP64封裝，128位寬度接口／加速器，實(shí)現(xiàn)工作頻率高達(dá)60 MHz。其內(nèi)嵌64 KB的高速FLASH存儲(chǔ)器和16 KB的SRAM，具有豐富的外設(shè)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(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)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(dú)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(biāo)準(zhǔn)UART、2個(gè)高速I(mǎi)2C接口、SPI和具有緩沖作用及數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變功能的SSP。它內(nèi)含向量中斷控制器，可配置中斷優(yōu)先級(jí)和向量地址，片內(nèi)Boot裝載程序可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)／在線應(yīng)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(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、RFID碼感應(yīng)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(jī)的語(yǔ)音播放功能非常強(qiáng)大，所以本系統(tǒng)運(yùn)用了它的語(yǔ)音特色，添加了許多信息提示語(yǔ)音。只需調(diào)用函數(shù)庫(kù)即可實(shí)現(xiàn)音頻編程或自錄語(yǔ)音資源以實(shí)現(xiàn)獨(dú)具特色的語(yǔ)音播放及語(yǔ)音識(shí)別功能。
    凌陽(yáng)單片機(jī)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(qū)動(dòng)喇叭放音。
2．2．2 RFID碼感應(yīng)模塊
    傳統(tǒng)的機(jī)械鎖用萬(wàn)能鑰匙很容易就能打開(kāi)，這是現(xiàn)代防盜系統(tǒng)的最大缺陷，為了解決這個(gè)問(wèn)題本系統(tǒng)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(jī)了。本設(shè)計(jì)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，用戶設(shè)計(jì)方便、快速。當(dāng)有IC卡靠近感應(yīng)線圈時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始檢測(cè)卡的RFID號(hào)，檢測(cè)正確后基站芯片U2270B輸出低電平給單片機(jī)，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(jié)構(gòu)的微處理器。SPCE061A里內(nèi)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(yǔ)音、數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別等領(lǐng)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(yǔ)音和多中斷源等特性實(shí)現(xiàn)了一款多功能且安全可靠的電子鎖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    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(cè)是否有來(lái)電和新短信信息，當(dāng)有來(lái)電時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)掛斷電話，然后判斷是不是超級(jí)用戶：是，啟動(dòng)攝像頭拍照，并發(fā)送給超級(jí)用戶；不是，系統(tǒng)將不理睬，繼續(xù)檢測(cè)。當(dāng)是短消息時(shí)，判斷是否是超級(jí)用戶：不是，判斷短信內(nèi)容是“888888 ”否，是則系統(tǒng)綁定該號(hào)碼為超級(jí)用戶，并回復(fù)“超級(jí)用戶綁定成功”；是，判斷短信內(nèi)容是否是“bf”或“cf”，是“bf”系統(tǒng)進(jìn)入布防狀態(tài)，并回復(fù)“布防成功”，是“cf”系統(tǒng)撤防，回復(fù)“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(bào)警處理，當(dāng)任意一個(gè)傳感器被觸發(fā)后，系統(tǒng)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(jí)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(jìn)入歡迎主界面，等待IC卡靠近感應(yīng)線圈。當(dāng)檢測(cè)有IC卡靠近時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始驗(yàn)證RFID碼，RFID碼正確時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出語(yǔ)音提示“感應(yīng)鎖開(kāi)鎖成功”，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間超過(guò)設(shè)定值并且在10 s延時(shí)時(shí)間內(nèi)還未開(kāi)鎖，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警聲。在設(shè)定時(shí)間或10 s延時(shí)時(shí)間內(nèi)開(kāi)鎖成功后，系統(tǒng)進(jìn)入主菜單界面。主菜單界面設(shè)有修改密碼和時(shí)間調(diào)整兩個(gè)子選項(xiàng)，進(jìn)入可以修改密碼和調(diào)整時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)
    為了彌補(bǔ)現(xiàn)有家庭防盜系統(tǒng)的不足，本文設(shè)計(jì)的集數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控于一體的安防系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)有非法侵入時(shí)發(fā)出報(bào)警，攝像頭拍攝現(xiàn)場(chǎng)圖片并傳回主控芯片，系統(tǒng)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將拍下的圖片發(fā)送到用戶手機(jī)上，以實(shí)現(xiàn)信息驗(yàn)證、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(wàn)能鑰匙或其他開(kāi)鎖工具行竊的現(xiàn)象。整個(gè)設(shè)計(jì)不僅安裝簡(jiǎn)單、方便，使用安全性高，信息驗(yàn)證強(qiáng)，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?/p>