CN103942902A - 基于gsm技术的远程家居防盗系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于GSM技术的远程家居防盗系统，该系统集成了GPRS网络，嵌入式控制技术，图像处理技术，无限通信等各种现代新技术，本系统将GSM模块和单片机、摄像头模块及语音模块有机地结合起来，该系统主要由单片机、电源电路、GSM模块、红外探测器、门磁传感器、上位机显示控制等组成。当传感器探测到非法信号时，单片机发送控制指令到移动通信模块，移动通信模块接到指令后调用预先设置好的报警短信息，利用GSM网络发送给用户手机，从而实现报警功能。当用户接到报警短信息后，可回复短信息到报警系统，系统通过判定用户回复的短信息内容，控制系统的执行机构实施相应防盗措施，如喊话或者鸣笛等。

Description

基于GSM技术的远程家居防盗系统

技术领域

本发明涉及一种基于GSM技术的远程家居防盗系统，属于通信监测控制领域。

背景技术

随着经济水平的不断发展，人们的生活水平正在逐步提高，在全国范围内建成了各式各样的现代化住宅小区。人们对家庭住宅的要求也越来越高，人们不仅希望拥有一个舒适、温馨的住所，而且对家庭住宅的安全性等方面也提出了更高的要求。另外，经济的快速增长也带来了很多的负面社会效应，如抢劫，入室盗窃等案件明显增长。因此，人们希望有一个更安全的生活住所，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，有些甚至利用一些现代化高科技作案手段，来实施犯罪活动。这使得以往那种依靠小区物业管理方式越来越不能满足人们对家庭住宅的防盗要求。而且传统的家庭防盗监控方式需要耗费较大的人力、物力及时间，并且效率低，不能保证随时随地、远距离对家庭的监控，更加难以保证家庭住宅的安全。

家居防盗系统，从用途和功能上来划分，可以分为视频监控和图像监控两种方式；从传输方式上来划分，又可以分为有线监控和无线监控两种方式。

随着GSM，GPRS，嵌入式技术等的不断发展，主要出现了“本地模拟图像防盗监控”，“基于PC机地多媒体防盗监控”等等。

(1)本地模拟图像监控

自从电视机、摄像机的诞生起，就出现了本地模拟图像防盗监控系统。它的传输方式是模拟方式，即采用视频电缆的形式，它的特点是传输的距离比较短，成本也比较高，适合监控较小的范围，如保安对家庭住宅小区某一重要楼宇的监控，但是它不能实现对整个小区的防盗监控，并且只能在控制中心查看所监控的图像，无法满足人们对家庭防盗实时性的要求。

(2)基于PC机的防盗多媒体监控

随着PC机地日益普及、数字视频压缩编码技术的不断成熟，使得基于PC机地多媒体防盗监控系统有了更进一步的发展。

它的工作原理是：在前端设置一台计算机和摄像头，对摄像头采集到得信息进行A/D转换，再通过网卡进行传输给监控终端的PC机，之后监控的终端利用特定的解压缩卡，解压图像数据，重现远程图像，从而实现对家庭的防盗监控。基于PC机地多媒体防盗监控系统无需人员在现场即可对家庭的监控现场进行监控，而且具有传输图像质量好、传送距离长等优点。因此，曾一度占据了防盗监控的主要市场。但它仍然存在一些缺点，例如稳定性差、功耗大、系统的兼容性比较差，而且还需要专人负责值守等。

发明内容

本发明提出了一种基于GSM技术的家居防盗系统。本系统将GSM模块和单片机、摄像头模块及语音模块有机地结合起来。完成单片机与GSM模块的通信并完成与摄像机头模块的通信，从而设计出功能强大的基于GSM技术的家庭防盗系统。

远程家庭防盗系统利用GSM通信平台的点对点短信息业务。当监视环境出现警情时，系统将报警信号通过短信息的方式发送给户主手机。当主人收到短信息后，可回复一条短信给报警系统，使报警系统实时监视家庭环境。

系统主要由单片机、电源电路、GSM模块、红外探测器、门磁传感器、上位机显示控制等组成，系统结构如图1所示。当传感器探测到非法信号时，单片机发送控制指令到移动通信模块，移动通信模块接到指令后调用预先设置好的报警短信息，利用GSM网络发送给用户手机，从而实现报警功能。当用户接到报警短信息后，可回复短信息到报警系统，系统通过判定用户回复的短信息内容，控制系统的执行机构实施相应防盗措施，如喊话或者鸣笛等。系统总体流程图如图2。

附图说明

图1远程家庭防盗系统结构图

图2远程家居防盗系统流程图

图3上位机软件流程图

实施方式

一、基于GSM技术的家居防盗系统的硬件设计

1.传感器网络

(1)传感器网络概述

传感器网络是由多个传感器节点，通过直线传输或通过路由器以多跳的方式发射到协调器上所组成的。该网络中的各个传感器可以安置在门窗上，通过检测来构成防盗系统。也可以分布在房间的多个地方，以实现区域覆盖。传感器网络家用TI的CC2431芯片作为协调器、终端及路由器等通信节点。通信软件设计中，使用了TI协议栈。

(2)CC2431芯片工作原理

CC2431是TI公司推出的带硬件定位引擎的片上系统(SOC)解决方案，能满足低功耗ZigBee/IEEE802.15.4无线传感器网络的应用需求。CC2431定位引擎基于RS-SI(ReceivedSignal Strength Indicator，接收信号强度指示)技术，根据接收信号强度与已知参考点位置准确计算出有关节点位置，然后将位置信息发送给接收端。相比于集中型定位系统，RSSI功能降低了网络流量与通信延迟，在典型应用中可实现3～5m定位精度和0.25m的分辨率。

2.单片机控制模块

(1)单片机控制模块概述

控制模块是本系统的主要组成部分，方案中采用MSP430系列单片机。控制模块中的单片机直接与传感器网络的协调器、报警模块和GSM相连，避免了串口通信，节省布板空间。

(2)MSP430单片机工作原理

MSP430系列单片机是TI在1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器。它将多个不公功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。

3.语音模块

语音模块的核心器件采用美国ISD公司的4002芯片。该芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。

4.GSM通信模块

(1)GSM通信模块概述

GSM通信模块由GSM模块配以适当的外围电路构成。国内使用的GSM模块有多种，本次设计使用杭州ZOGLAB公司的SIM300C GSM模块，涉及的有些相关技术参考了该公司提供的技术资料。

(2)GSM技术的优势

GSM是全球移动通信系统(Global System for Mobile communications)的简称。它的空中接口采用时分多址技术。自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80％以上。

GSM是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。所有用户可以在签署了″漫游协定″移动电话运营商之间自由漫游。GSM较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代(2G)移动电话系统。这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。

(3)SIM300C GSM模块的工作原理

SIM300C是SIMCOM推出的一个支持短信的工业级GSM模块，工作在EGSM900MHz，DSC1800MHz和PCS1900MHz频段，主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。适合开发一些GSM/GPRS的无线应用产品，应用范围十分广泛。SIM300C模块为用户提供了功能完备的系统接口，用户的主要工作集中在控制系统和人机界面方面。

二、基于GSM技术的家居防盗系统的软件设计

1.控制系统的软件设计

单片机控制系统开机运行初始化后，将处于不断地检测控制系统状态中。当检测到有报警信号时，若不需报警，系统则继续处于检测状态；若需要报警，系统将用报警函数向SIM300C发送AT命令给户主发送短信息，户主接听后，按照设定好的指令远程控制语音系统，播放设定语音信息。

2.控制模块软件设计

利用GSM模块的串行接口，向GSM通信模块发送AT命令，就可以达到控制GSM通信模块发送短信息的目的。必须注意的是，控制GSM模块时，必须注意发送AT指令的格式和步骤。AT即Attention，AT指令集，是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据电路终端设备发送的。通过发送AT指令来控制移动台(Mobile Station，MS)的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务及传真等方面的控制。每个指令执行成功与否都有相应的返回。其他的一些非预期的信息(如有人拨号进来、线路无信号等)，模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。

3.GSM模块控制程序

GSM模块默认波特率为9600，数据位0，停止位1，没有校验位。GSM内部模块没有控制器，不能编程，所以必须由单片机通过串口向模块发送AT命令来控制。模块上电启动，单片机向模块发送握手信号“AT”，当接受到模块发送的“OK”后，表示串口通讯正常，单片机向模块发送初始化命令：短信方式设置和短信服务中心地址。这样GSM模块的初始化设置完成，单片机询问GSM模块的信号质量，当信号质量强度满足要求后，模块进入正常工作状态，可接受单片机发送的命令、发出回复信息然后执行。当模块接受到用户发送的短信，便向单片机发送短信内容，单片机处理后便执行相应的操作。

报警事件产生后，系统通过GSM模块会不间断地向用户发送短信报警，等待用户做出回应，接受用户短信指令。如用户确认报警，可以播放报警语音信息，鸣笛等。

模块收到用户短信，向单片机发送“+CMTI：”SM”，1”，单片机接受到该命令后发送“AT+CMGR＝1”，读到短信命令；模块便将用户手机号码、短信内容和一些附加命令发送至单片机。单片机通过字符串比较命令确认用户手机身份和命令内容，执行相应操作，然后删除该条短信。

4.短信息的接收程序设计

(1)用户授权手机的确认

防盗系统通过设置授权手机号码来识别“主人”身份，因为系统接收到的短信息中编码格式是包含发送者即用户的手机号码，而且手机号码这个位置是相对固定的，系统需要对收到的手机号码和预置的手机号码进行验证，通过验证的信息，系统才执行相应的动作。新防盗系统第一次开机后，进入无权限用户状态，任何一个用户都可以对系统进行操作，此时通过发送授权手机号码的相应短信息，就可以将用户权限号码写入系统。

(2)短信息的存储

在系统设计中，为了能达到手机用户和系统互动操作的目的，给系统设计了五种互动提示短信息。分别为：植入手机号码短信息提示、报警短信息提示、替换报警密码短信息提示、控制报警短信息提示、复位报警系统短信息提示。要使这些互动提示短信息能准确无误的发送给手机用户，则在编程建立字符表时，这些内容都要严格按照短信息发送的格式，即把每个汉子都转换为对应的Unicode码，存储在单片机程序存储器ROM指定的位置以备调用。

(3)短信息的接收与解析

在使用时，我们如果不对接收到的“长”短信息进行溢出控制，将造成程序的混乱。如果接收过程中检测到数据计数器超值，那么处理该条短信息时就应该对前面数据进行覆盖。由于失去了该信息的完整性，所以也可以认为是舍弃该条信息。根据设定的参数可知，数据是直接由串口传递至单片机。由于信息传递具有连续性，可以用一个接收超时标志。从数据接收开始，在两个或者多个接收周期没有接收到新的数据，即没有引发接收中断则停止数据的接收。随后由单片机对数据进行处理并对数据缓冲区清零。

5.短信息的发送程序设计

发送短信息程序是先发送手机号码，等接收到返回标志“＞”后，发送短信息内容，最后发送结束符。短信息发送成功后会返回“OK”，由此可以判断短信息是否发送成功，如果失败需要再次发送。

6.身份识别系统程序

身份识别系统分为三个状态：监控状态、睡眠状态和修改密码状态。系统上电后对I²C总线初始化，从ROM中读取密码放入程序寄存器，直接进入监控状态。进入监控状态后等待按键按下，分别有数字按钮、确认按钮、退格按钮和启动按钮。如果用户密码输入正确则系统进入睡眠状态，睡眠状态时系统等待按键输入，如密码再一次输入正确，用户获得修改密码权限，确认新密码输入后系统会将新密码存入ROM中，传送完毕后自动退回至休眠状态，五路什么状态用户按下启动按钮可直接进入监控状态。

7.上位机软件编程

上位机(检测计算机)的主要功能是实现接受发送UDP或者TCP协议的IP包，以实现与GPRS终端的IP协议通信，实现通信后，上位机预留接口，针对不同类型的应用数据格式与协议，实现远程数据监控。

上位机的编程语言采用面向对象的Visual C++编程语言。VC++的MFC类库中提供了CAsynSocket这样一个套接字，用它来实现Socker编程。CAsynSocket类用DoCallBack函数处理MFC消息，当一个网络时间发生时，DoCallBack函数按网络世家类型：FD_READ、FD_WRITE、FD_ACCEPT、FD_CONNECT、分别调用OnReceive、OnSend、OnAccept、OnConnect函数。由于MFC把这些事件处理函数定义为虚函数，所以要生成一个新的C++类，以重载这些函数，做法如下：以Public方式继承CAsyncSocket类，生成新类MySock，为MySock类添加虚函数OnReceive、OnSend、OnConnect。

上位机软件的流程(以TCP为例)如图3所示。

8.报警策略

为了区分不同的情况，可以设置多条不同短信。每条短信表示不同检测器检测到的不同信号。微处理器则根据检测到的不同信号，将存储在卡中的相应短信发送到远程的监控计算机或手机上。

Claims (4)

1.一种基于GSM技术的远程家居防盗系统，该系统由单片机、电源电路、GSM模块、红外探测器、门磁传感器、上位机显示控制等部分组成。

2.根据权利要求1所述的基于GSM技术的远程家居防盗系统，其特征在于采用了GPRS网络，嵌入式控制技术，图像处理技术，无限通信等各种现代新技术。

3.根据权利要求1所述的基于GSM技术的远程家居防盗系统，其特征在于对摄像头采集到得信息进行A/D转换，再通过网卡进行传输给监控终端的PC机，之后监控的终端利用特定的解压缩卡，解压图像数据，重现远程图像，从而实现对家庭的防盗监控。

4.根据权利要求1所述的基于GSM技术的远程家居防盗系统，其特征在于无需人员在现场即可对家庭的监控现场进行监控，而且具有传输图像质量好、传送距离长等优点。