遠程紅外安防監(jiān)控管理系統(tǒng)總體設計方案

摘 要：介紹了基于移動GSMGPRS 網絡的遠程紅外監(jiān)控管理系統(tǒng)的總體設計方案。本系統(tǒng)采用C8051F15 作為核心處理器，完成對無線紅外、門磁、煙霧傳感器的數據采集；通過嵌入TCPIP 協議的GPRS 模塊，完成與監(jiān)控中心的數據通信和數據傳輸；安裝基于B/S 結構的集中監(jiān)控中心的終端監(jiān)控軟件，完成上行的告警查詢、下行遠程控制等。最終實現遠程實時監(jiān)控功能。

　　隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術的進步，人們對辦公場所的安全提出了更高的要求。特別對于企業(yè)而言，防火防盜更是必不可少的安全防范事件。針對傳統(tǒng)的安防成本比較高、且實時性不強、集中管理控制困難、難以對安全隱患問題進行排查預警等情況； 現基于單片機技術和移動通信網絡開發(fā)出一種實時、無線、便于管理、成本低廉的主動防護遠程紅外監(jiān)控管理系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)組成及功能

　　1.1 系統(tǒng)組成

　　整個系統(tǒng)主要由現場監(jiān)控端、移動傳輸網絡和監(jiān)控中心三部分組成。現場監(jiān)控端包括監(jiān)控主機、傳感器（包括紅外傳感器、煙霧傳感器和門磁傳感器）、攝像頭和GPRS 通信模塊。傳輸網絡借由移動通信的GSMGPRS 網絡，完成遠程通信。監(jiān)控中心由可靠的DCN/DDN 專線、監(jiān)控計算機以及手機、無線瀏覽器等組成，網上運行TCP/IP 協議。

　　1.2 系統(tǒng)功能

　　以單片機為核心處理芯片的監(jiān)控主機將采集到的傳感器的輸出數據，進行分析、檢測和識別后，將告警信息本地存儲并通過移動網絡上，實時傳送到監(jiān)控中心；經過監(jiān)控中心的應用服務器和數據庫服務器上的程序處理和分析后，將告警短信和彩信發(fā)送到使用者的手機上，使用者可以通過Internet 或者手機WAP上網就可直接瀏覽、查詢監(jiān)控對象的參數和狀態(tài)。

　　手機、計算機發(fā)出的有權限的控制命令通過ZSMGPRS 和Internet 傳輸到監(jiān)控中心轉發(fā)給監(jiān)控主機執(zhí)行。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

　　2 現場監(jiān)控端

　　2.1 硬件組成

　　現場監(jiān)控端為獨立監(jiān)控子系統(tǒng)，主要硬件組成是監(jiān)控主機（主控芯片為F8051C015）、GPRS 通訊模塊（西門子MC35i）和無線傳感器。它可以采集紅外、門磁、煙感、視頻抓拍等設備的狀態(tài)及環(huán)境參數；采用USSD、SMS、GPRS 結合Internet 的傳輸方式將數據定期上傳集中監(jiān)控中心，實時上傳告警信息；接收并實時處理網絡用戶或者手機用戶通過集中監(jiān)控中心下發(fā)的控制命令。

　　2.1.1 監(jiān)控主機

　　監(jiān)控主機通過16 路DI 口控制數字量采集單元，15 路AD 口控制模擬量采集單元，UART0 口連接GPRS 通訊模塊， UART1 口連接掉電復位模塊AT89C2051;通過RS232RS485 連接1-4 路的視頻抓拍監(jiān)控板，現場調試或者連接其他的接口單元；SMBUS 總線連接遠程升級單元，1-4 路的開關電源接口板，連接UPS 電源接口板，連接電機接口板，1-4路的視頻抓拍監(jiān)控接口板。

圖2 硬件組成架構圖

　　監(jiān)控主機的核心部分是C8051F015 單片機，它的P34 與MC35i 的15 腳（IGT）相連接，用于開啟MC35i 模塊；C8051F015 的TXDRXD 腳和MC35i的TX0/RX0 相連， 進行數據的輸入輸出； MC35i模塊通過RS-232 接口各引腳輸出的信號有RXD、CTS、DSR、DCD、RING,輸入的信號為TXD、RTS、DTR.MC35i 的數據接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU2T RS-232 接口電路標準，工作在CMOS 電平（2.65 V） .數據接口配置為8 位數據位、1 位停止位、無校驗位。C8051F015 片內集成了2304 字節(jié)的內部數據存儲器和32K 字節(jié)的閃存，10 位的ADC 模塊和兩個12 位的DAC 和兩個模擬比較器，外部有豐富的I/O 資源，內部有一個全雙工UART、SPI 總線和I2C/SMBus,可實現和外部的通訊。它帶有交叉開關模塊，通過設置可以控制寄存器將片內的計數器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC 轉換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內部的其他數字信號配置為出現在端口I/O 引腳。這就允許用戶根據自己的需求選擇通用端口I/O 組合，簡化硬件電路上的設計，提高系統(tǒng)的可靠性，降低生產成本。

2.1.2 無線傳感器和攝像頭

　　無線傳感器與監(jiān)控主機的通信， 采用的是PT2262 芯片發(fā)射，PT2272 接收，數據通過74LS245芯片與C8051F015 的I/O 口進行連接。當出現異常情況時，相應的傳感器發(fā)出觸發(fā)信號，由無線發(fā)射模塊通過無線方式將觸發(fā)信號送到監(jiān)控主機的無線接收模塊，核對信息無誤后，通過RS232 串口將報警信息發(fā)送到監(jiān)控主機。

　　無線傳感器類型包括：門磁傳感器、紅外探測傳感器和煙霧傳感器。

　　無線門磁采用海曼的MC-31,該傳感器監(jiān)測門的開關狀態(tài)，發(fā)射特定的315MHz 無線電波，將信號傳輸到監(jiān)控主機后，經過放大、調制后為開關信號，單片機進行判斷后決定要不要報警。該傳感器動作距離≥ 16mm, 室內傳輸距離20 米， 開關耐壓為100VDC,負載電流≥0.5A.無線紅外探測傳感器采用GH-608,它報警輸出NC/NO 可選，LED ON/OFF可選擇；阻燃ABS 外殼，全方位自動溫度補償；采用動態(tài)閥值調節(jié)技術和SMT 工藝制造，抗RFI、EMI 干擾；三級脈沖計數可調節(jié)，方便不同的環(huán)境安裝。 無線煙感采用的是HM-602PC,它是可自動復位/斷電復位可選的紅外光電傳感器，采用微處理器控制，聯網輸出NC / NO 可選且LED 指示報警；采用SMT 工藝和金屬屏蔽罩，可抗電磁和射頻干擾，穩(wěn)定性強。

　　攝像頭：（VG-P501）采用的是RS232 接口串行通訊，與單片機的SUART1 相連，直接觸發(fā)攝像頭的抓拍。抓拍有兩種方式：一當門磁、紅外和煙感任何一個傳感器報警之后，將報警信息和攝像頭相連，觸發(fā)攝像頭自動抓拍，并將圖片發(fā)送到集中監(jiān)控中心，用戶可以通過網頁或者手機WAP 上網來查詢圖片；二集中監(jiān)控中心直接下發(fā)抓拍的控制命令后，攝像頭拍抓后將圖片上傳。

　　2.1.3 GPRS 模塊

　　該系統(tǒng)的GPRS 通訊模塊采用了西門子公司的MC35i 模塊，并將其嵌入TCPIP 協議，使模塊和集中監(jiān)控中心連接。MC35i 啟動電路由開漏三極管和上電復位電路組成，與單片機34 腳相連。模塊上電10ms 后（電池電壓須大于3V），為使之正常工作，必須在15 腳加時長至少為100ms 的低電平信號，且該信號下降沿時間小于1ms.啟動后，15 腳的信號應保持高電平。

　　MC35i 為EGSM900 和GSM1800 雙頻GPRS模塊，支持數據、語音、短消息和傳真業(yè)務；電源采用3. 3 ~4. 8 V 的單一電源， 可采用單片機的3. 3V 電源，通過RS-232 雙向總線直接與單片機的UART0 相連， 利用AT 命令進行數據和命令的傳輸。GPRS 數據接收速率最高可達85.6kbps, 發(fā)送速率可達21.4 kbps[5].

　　2.2 軟件設計

　　當監(jiān)控主機上電以后，主機進行初始化，同時通過AT 指令對MC35i 進行初始化。初始化完成后，主機采用循環(huán)的方式采集傳感器的數據，并對數據進行判斷。

　　GPRS 模塊初始化：單片機發(fā)送AT 指令設置和控制GPRS 的主要設置有以下：設置波特率為4800b/s,指令：AT+IPR=4800,默認的通信速度為9600b/s;設置網關為移動夢網，指令：AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET";設置移動終端的類別為B 類，指令：AT+CGCLASS="B",同時監(jiān)控多種業(yè)務，但只能運行一種業(yè)務，即在同一時間只能使用GPRS 上網，或者使用GSM 的語音通信；激活GPRS 功能，指令：AT+CGACT=1,1.

　　短信的收發(fā)：利用主機中斷服務程序判斷是收取還是發(fā)送消息，短消息采用PDU 編碼，實現方式也采用AT 指令。收取步驟：分析短消息內容，得出指令后，執(zhí)行控制操作，再封裝返回的短消息。發(fā)送步驟：

　　調用預存的短信指令，控制GPRS 模塊給指定號碼發(fā)送短消息，發(fā)送失敗則重復操作，直至成功。

　　彩信的發(fā)送：攝像頭采集GPRS 模塊建立WAP 連接GPRS,用標準WAP 無線會話協議進行編碼后的消息作為一個WSP POST 內容發(fā)送出去。WAP 網關用HTTP 協議將內容傳送給MMSC 的中繼器，中繼器再傳至MMSC 的服務器。服務器將信息的內容將轉換成MIME 的格式后數據存儲、數據分析、路由尋址，得到用戶終端信息，同時通過同一個WAP 連接對發(fā)起方做出響應。

　　終端的軟件流程如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖。

3 集中監(jiān)控中心

　　3.1 功能介紹和組成

　　集中監(jiān)控中心通過GPRS 網絡和遠程監(jiān)控主機進行連接，對監(jiān)控主機實時上傳的各種信息和數據進行分析檢測處理，把過濾后的有效信息傳送給監(jiān)控中心的服務器。服務器將接收的數據進行處理，通過文字、圖形、聲音等各種人機接口方式顯示監(jiān)控對象的狀態(tài)和告警信息，并對數據進行存儲生成報表和對告警信息進行統(tǒng)計分析。使用者通過計算機Internet 或者手機WAP 上網登陸客戶端，根據權限進行各種數據的查詢和管理；并且可發(fā)送控制命令，由監(jiān)控中心通過GSMGPRS 網絡轉發(fā)給監(jiān)控主機執(zhí)行。

　　集中監(jiān)控中心有兩臺服務器：監(jiān)控應用服務器和數據庫服務器。監(jiān)控應用服務器裝有監(jiān)控中心的軟件，并采用ASP. Net 的開發(fā)出Web 頁面，通過安裝微軟的IIS 來搭建Web 信息發(fā)布系統(tǒng)。數據庫服務器安裝Windows 2000 Server 操作系統(tǒng)，并安裝SQL Server2000 數據庫管理軟件和數據分析處理軟件。兩臺服務器采用網絡地址轉換（NAT）技術，是對外網的IP只有一個。

　　監(jiān)控中心軟件采用Socket 連接方式完成監(jiān)控終端和監(jiān)控中心的通信，根據預設好的通信協議接收和發(fā)送數據?；谠撓到y(tǒng)時效性強，監(jiān)控地點分散，系統(tǒng)結構采取的是B/S 結構，在Web 瀏覽器上直接瀏覽Web 服務器進行工作。

　　3.2 軟件實現

　　集中監(jiān)控中心的軟件采用模塊化設計，是采用Visual C++語言和SQL Server 進行開發(fā)，軟件系統(tǒng)主要分為以下三個部分：系統(tǒng)管理，終端管理，查詢統(tǒng)計。

　　（1） 系統(tǒng)管理包括：用戶管理、權限管理、個人資料管理、修改登陸密碼四個模塊。

　　用戶管理：提供給用戶一個可登陸、監(jiān)視、管理的軟件應用平臺；權限管理：設定權限給不同級別的用戶；個人資料管理：修改管理者的姓名，手機號碼等個人資料；修改登陸密碼：修改網頁登陸密碼和修改手機WAP 登陸密碼。

　?。?） 終端管理包括：終端信息管理、布撤防配置管理、告警手機管理三個模塊。

　　終端信息管理：記錄終端的信息、狀態(tài)、配置，可查詢終端和監(jiān)控中心的連接情況，可實時根據要求查詢監(jiān)控現場的情況，可顯示終端各單元的工作情況；布撤防配置管理：通過控制指令可實現對終端的遠程控制（布防撤防）。告警手機管理：可添加或刪除告警手機，且可設置告警級別。

　?。?） 查詢統(tǒng)計包括：日志查詢、控制記錄查詢、告警記錄查詢、監(jiān)控圖片查看四個模塊。

　　日志查詢：記錄了登陸網頁的時間和用戶；控制記錄查詢：可查詢控制終端的名稱、時間、類型等。

　　告警記錄查詢：查詢到告警時間、恢復時間、終端當前狀態(tài)等。監(jiān)控圖片查詢：可對一段時間的拍抓圖像進行查詢。

圖4 監(jiān)控中心軟件結構。

　　4 結語

　　該系統(tǒng)基于移動網絡，支持SMSGPRS 兩種傳輸方式，提供可靠通信保障，實時性強。傳感器采取無線方式，無需布線，易于安裝。監(jiān)控軟件能實現各種歷史告警的信息進行查詢、統(tǒng)計和打印；各種告警信息都將自動保存且不能隨意修改、刪除。系統(tǒng)能進行自診斷（如系統(tǒng)掉電等），能直觀的顯示故障內容，實用性強。該系統(tǒng)已在重慶移動各營業(yè)廳試商用。