基于GSM網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器的設(shè)計

前言

        火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器是火災(zāi)報警系統(tǒng)與城市火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心的一個中間設(shè)備，它完成火災(zāi)報警系統(tǒng)和城市火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心之間的信息轉(zhuǎn)發(fā)。城市火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心只有通過火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器才能將整個城市的火災(zāi)報警系統(tǒng)連成一個火災(zāi)報警監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，達到快速掌握城市火警動態(tài)的目的。城市火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)的組成如圖1所示。

        傳統(tǒng)的城市火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)一般是基于PTSN網(wǎng)絡(luò)（公用電話網(wǎng)）通過DTMF信號進行通訊的?；馂?zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器利用modem芯片發(fā)送和接收DTMF信號，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心利用語音卡等設(shè)備發(fā)送和接收DTMF信號，利用PTSN網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的城市火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)低成本，通訊可靠性高的特點，所以得到了廣泛的應(yīng)用。但在實際使用過程中也發(fā)現(xiàn)了一些不足，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器使用的電話線如果與用戶電話線同線時會出現(xiàn)影響用戶正常通話的情況，為了通訊可靠需要開通獨立的專用電話，這又增加了另布電話線等額外工作量。而且有線連接的電話線也更容易受到人為等外界因素的影響，出現(xiàn)線路通訊故障而影響到系統(tǒng)的可靠運行。如果能利用無線GSM網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器與監(jiān)控中心的通訊應(yīng)該是很好的選擇。但出于早期的GSM網(wǎng)絡(luò)通訊可靠性不高，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面也比較窄，而且通訊資費又很貴，所以一直不能得到實際的應(yīng)用。
如今，隨著無線移動通訊技術(shù)的快速發(fā)展，基于GSM網(wǎng)絡(luò)的無線移動通訊技術(shù)日益完善，通訊可靠性進一步提高，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面得到擴大，而且通訊資費也已經(jīng)與有線電話相當，甚至更低。所以在城市火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)中利用GSM網(wǎng)絡(luò)進行通訊應(yīng)該是切實可行的。

1、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器的工作原理

1.1 報警發(fā)送

        網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器通過RS232/485通訊接口時刻監(jiān)聽著火災(zāi)報警控制器發(fā)出的各種報警信號，當接收到火災(zāi)報警控制器發(fā)送來得報警信息時，監(jiān)控器將進行聲音、指示燈提示，顯示屏顯示當前報警內(nèi)容，同時進入報警發(fā)送延時。

        在延時階段，用戶可以通過鍵盤操作對報警信息的真?zhèn)芜M行確認，監(jiān)控器再將經(jīng)過人工確認的報警信息轉(zhuǎn)換為規(guī)定的通訊格式上傳至城市火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心，監(jiān)控器的指示燈、顯示屏同時顯示通訊過程中的提示信息。如果在延時階段用戶沒有進行任何判別操作，延時結(jié)束，監(jiān)控器向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心發(fā)送未經(jīng)過人工確認的報警信息。

       如果數(shù)據(jù)沒有上傳成功，監(jiān)控器重新選擇另一個監(jiān)控中心號碼撥號，顯示屏顯示重新上傳信息。如此重復(fù)，直到將數(shù)據(jù)成功上傳或呼叫完所有的目標號碼。如果呼叫了所有目標號碼，數(shù)據(jù)也沒有成功上傳，顯示屏顯示上傳失敗信息。

1.2 接收數(shù)據(jù)

        監(jiān)控中心可以遠程設(shè)置監(jiān)控器的工程參數(shù)：自動報名時間、監(jiān)控器時間、報警延時、振鈴和回鈴次數(shù)。對監(jiān)控器進行點名呼叫、對現(xiàn)場值班人員進行查崗。

        當監(jiān)控器檢測到呼叫的電話，并經(jīng)過“握手驗證”確定了呼叫電話的合法性后，監(jiān)控器指示燈、顯示屏顯示通訊過程中的提示信息，監(jiān)控器開始接收監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)接收完成后，監(jiān)控器將對數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結(jié)果返回給呼叫方，通訊結(jié)束。

1.3 監(jiān)控器設(shè)置

        用戶可以通過鍵盤和顯示屏設(shè)置工程參數(shù)：振鈴和回鈴次數(shù)、用戶編碼、城市代碼、報警延時、監(jiān)控器時間、用戶密碼、查閱歷史紀錄。

2、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器的硬件設(shè)計

        主要包括GSM模塊接口電路、DTMF信號解調(diào)電路、上位機接口電路、LCM電路、電源電路及MCU控制電路，硬件框圖如圖2所示。
 
        在監(jiān)控器的設(shè)計中使用GSM模塊完成和固定電話之間DTMF信號的傳輸， 由于GSM網(wǎng)絡(luò)支持通過GSM模塊通過信令發(fā)送DTMF信號，但不支持GSM模塊直接解碼DTMF信號，所以在監(jiān)控器的設(shè)計中必須增加DTMF解碼電路，對GSM模塊音頻輸出接口輸出的信號進行解碼。

 
2.1 DTMF信號解碼電路

        通過DTMF信號編解碼專用集成芯片MT8888C實現(xiàn)DTMF信號解碼，MT8888C具有適合與MSC51系列單片機接口的讀寫信號，其信號輸入接口就與GSM模塊音頻輸出接口連接，如圖3所示。

 
2.2 GSM模塊接口電路

        GSM模塊采用西門子的TC35i模塊[1]。TC35i模塊具有標準的MODEM串行控制接口，MCU使用AT命令控制其工作，有電話呼入時模塊的RING引腳會輸出相應(yīng)的電平變化信號給MCU檢測。

2.3上位機接口電路

        監(jiān)控器通過RS232/RS485接口與上位機通訊。為了避免上位機通過接口電路輸入干擾噪聲，影響DTMF電路的工作，使用光藕對接口信號隔離。

2.4電源電路

        以市電220VAC供電，通過變壓器隔離出路低壓交流電源，經(jīng)過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，分別為GSM模塊，單片機系統(tǒng)和光藕隔離部分供電。

2.5 MCU控制電路

        采用WINBOND的W77E58P單片機，該單片機內(nèi)置兩個USRT接口，分別分配給GSM模塊和上位機通訊使用。使用看門狗電路確保程序的可靠運行，使用外部RAM作為發(fā)送數(shù)據(jù)的緩存器，EEPROM保存工作參數(shù)。

3、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器的軟件設(shè)計

        單片機通過AT指令對TC35i模塊進行初始化和發(fā)送DTMF信號[2]。由MT8888C解碼TC35i模塊輸出的DTMF信號。終端設(shè)備軟件工作流程如圖4所示。

 
        監(jiān)控器控制程序使用C51語言實現(xiàn)[3]，開發(fā)速度快、結(jié)構(gòu)化強、可維護性好。

        單片機上電復(fù)位后首先進行初始化，包括設(shè)置串口工作方式、波特率、以及變量和標志位初值。然后，通過串口1對TC35i模塊初始化，檢查如SIM卡情況、GSM網(wǎng)絡(luò)信號強度等。然后監(jiān)控器就進入檢測循環(huán)，檢測是否收到了火災(zāi)報警控制器發(fā)送來的報警信號和外部電話呼入信號。

        如果收到了火災(zāi)報警控制器發(fā)送來的報警信號后，就顯示提示信息，等待用戶進行人工確認，在人工確認或延時時間已到后，就通過AT命令控制TC35i模塊撥號呼叫監(jiān)控中心，如果呼叫失敗就重復(fù)呼叫，呼叫成功后就將通信固定格式組成的DTMF報警信號發(fā)送到監(jiān)控中心。如果監(jiān)控中心接收失敗，沒有發(fā)回接收響應(yīng)信號，就重新?lián)芴柡艚斜O(jiān)控中心進行上傳。完成后就返回檢測循環(huán)。

        如果檢測到有外部電話呼入，就對模塊RING腳輸出的振鈴信號進行計數(shù)，等待固定的振鈴次數(shù)后就接通電話，對呼入電話進行合法性驗證，同時顯示相應(yīng)的提示信息。如果不是監(jiān)空中心呼入的電話就掛機返回檢測循環(huán)；如果確認是監(jiān)控中心的電話就等待接收監(jiān)控中心發(fā)來的數(shù)據(jù)命令，并對命令進行相應(yīng)的處理，完成后返回檢測循環(huán)。

4、結(jié)果及分析

         分別把三臺樣機放置在三個現(xiàn)場進行了為其一個月的試運行測試，測試期間由值班人員每天不定期人為制造上傳報警數(shù)據(jù)，測試結(jié)果統(tǒng)計如表1所示。

        試運行測試得到的結(jié)果是比較好的，只有2號和3號樣機在試運行過程中出現(xiàn)了共計3次的上傳失敗情況，分析原因主要是因為運行行期間設(shè)置的目標電話號碼過少，只設(shè)置了2個目標電話號碼（全部設(shè)置怕影響正常的通訊），網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心電話占線所至。運行測試表明，實際的運行應(yīng)該可以得到滿意的效果。

5、結(jié)論

        基于GSM網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器采用GSM網(wǎng)絡(luò)的語音信道完成了與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心的通訊，形象的說就是移動電話與固定電話間的語音通訊。GSM網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器在設(shè)計中既考慮到與現(xiàn)有城市火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)的兼容性（考慮到一些老用戶不會馬上淘汰原來得PTSN設(shè)備），也考慮到了通訊的是實時性和可靠性。這樣，新的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器既能無縫的與原有城市火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)兼容，同時完成了向GSM網(wǎng)絡(luò)的升級，而且監(jiān)控中心無須升級，節(jié)省改造成本。