王健 賀先鋒
摘要:本系統(tǒng)針對于解決當(dāng)前高端別墅區(qū)住宅住宅安防問題,通過ZigBee與GSM物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),以PIC單片機(jī)為核心,設(shè)計實現(xiàn)了住宅門窗安防的遠(yuǎn)程報警系統(tǒng),并能夠同時語音播報報警信息。著重介紹了系統(tǒng)的硬件組成,實現(xiàn)功能和軟件設(shè)計等關(guān)鍵部分。
關(guān)鍵詞:PIc單片機(jī)zigBeeGSM語音播報
前言
當(dāng)今隨著人們生活質(zhì)量的提高,人們對住宅安防的需求越來越高。尤其是對那些有季節(jié)性、時間性居住的高端別墅區(qū)住宅(如三亞、北戴河等的別墅住宅)的安防已成為家庭和物業(yè)管理特別考慮的問題。本系統(tǒng)是基于ZigBee與GSM物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),以微處理器為核心,設(shè)計實現(xiàn)了住宅門窗安防的遠(yuǎn)程報警系統(tǒng),通過在住宅門/窗安裝無線報警單元,一旦門/窗被撬開或者窗戶受振動被打破,報警短信會同時發(fā)送給物業(yè)管理中心以及住宅業(yè)主,同時在住宅內(nèi)同步播報報警信息。借助于這一報警系統(tǒng)能夠使業(yè)主不受時間和地域的限制,及時的了解住宅的安全狀況。
一、系統(tǒng)總體方案
總體設(shè)計方案是以Microchip公司的PIC16F628A微處理器作為控制器來控制整個監(jiān)測報警系統(tǒng)。本住宅安防遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)主要由三部分組成,分別是基于zigBee技術(shù)的無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)、基于PICl6F628A微處理器的中央處理系統(tǒng),以及基于GSM技術(shù)的手機(jī)短信報警系統(tǒng)。利用zigBee技術(shù)實現(xiàn)中央處理單元與住宅門窗安防報警信息及門窗位置信息的無線通信,利用數(shù)碼管顯示系統(tǒng)當(dāng)前監(jiān)測狀態(tài)。一旦發(fā)生報警,數(shù)碼管顯示相關(guān)報警信息,并有同步報警信息語音播報,同時控制GSM模塊發(fā)送報警短信到物業(yè)管理中心以及住宅業(yè)主的手機(jī)上,從而實現(xiàn)防偷盜住宅安防的遠(yuǎn)程報警。系統(tǒng)實現(xiàn)原理框圖如圖1所示,其中S1為門磁傳感器,S2為加速度全向振動傳感器。
系統(tǒng)的硬件設(shè)計
1、ZigBee無線報警監(jiān)測系統(tǒng)
ZigBee無線報警監(jiān)測系統(tǒng)由ZigBee無線報警單元和ZigBee無線接收單元組成。無線報警單元用于接收門/窗報警信息并無線傳送給中央處理系統(tǒng)。無線報警單元由一個ZigBee模塊,一個門磁傳感器S1以及一個加速度全向振動傳感器S2組成,安裝在住宅門/窗的適當(dāng)位置。
當(dāng)門/窗被打開時,門磁傳感器s1輸出一個從0到1的電平跳變;當(dāng)窗戶受到敲擊振動時,加速度全向振動傳感器s2也會輸出一個從0到1的電平跳變。只要監(jiān)測到有從0到1的電平跳變,ZigBee報警單元就向中央處理系統(tǒng)發(fā)送信號。發(fā)送的信號包含兩部分內(nèi)容:一個是門/窗的位置信息,即:這是幾號門/窗;另一個是報警類型信息,即:門/窗是被打開了或是窗戶玻璃被振動打碎了。每個門/窗上安裝一個ZigBee無線報警單元,根據(jù)住宅門窗總數(shù)來確定ZigBee無線報警單元的個數(shù),本系統(tǒng)最多可以安裝255個。zigBee無線報警單元如圖3所示。
2、中央處理系統(tǒng)
中央處理系統(tǒng)主要由PICl6F628A微處理器,ZigBee模塊,數(shù)碼管以及語音芯片等組成。PIC16F628A進(jìn)行系統(tǒng)無線報警信息的監(jiān)測、GSM手機(jī)短信模塊的控制以及數(shù)碼管和語音芯片的控制。ZigBee模塊用于接收ZigBee無線報警單元發(fā)送過來的報警信號。四個數(shù)碼管中的其中兩個數(shù)碼管顯示是幾號門/窗有報警信號;另外兩個數(shù)碼管顯示報警信息的類型,01表示窗戶玻璃被打碎了,02表示門/窗戶被打開了。語音芯片ISD2540同步播報報警語音信息。語音模塊電路單元如圖4所示。
3、GSM手機(jī)短信報警系統(tǒng)
GSM手機(jī)短信報警系統(tǒng)主要由GSM模塊及232電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。該系統(tǒng)由PIC16F628A微處理器進(jìn)行控制。一旦有報警信息發(fā)生,GSM模塊就會立刻發(fā)送手機(jī)報警短信到物業(yè)管理中心以及住宅業(yè)主的手機(jī)上。系統(tǒng)可方便更改報警短信發(fā)送的多個目標(biāo)手機(jī)的手機(jī)號。通過按鍵輸入手機(jī)號,利用數(shù)碼管顯示輸入手機(jī)號碼,并通過指示燈來指示當(dāng)前系統(tǒng)是屬于監(jiān)測狀態(tài)或者是輸入手機(jī)號碼狀態(tài)。中央處理系統(tǒng)及GSM報警系統(tǒng)如圖5所示。
三、軟件設(shè)計
系統(tǒng)的中央處理系統(tǒng)在平時不斷的檢測各zigBee無線報警單元所傳送的報警信號,當(dāng)出現(xiàn)報警信號時,中央處理系統(tǒng)接收到報警信號,會自動向業(yè)主和物業(yè)發(fā)送報警短信,同時在中處理器的數(shù)碼管上顯示出現(xiàn)報警信號的門窗號,并語音播報報警短信的內(nèi)容。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計使用的是單片機(jī)的匯編語言設(shè)計完成的,包括GSM模塊通信軟件,單片機(jī)程序設(shè)計等。
1、GSM模塊通信軟件實現(xiàn)
下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)所使用的無線通訊模塊都是帶串口的GsM模塊。標(biāo)準(zhǔn)的GSM模塊都支持GSM07.05所定義的AT命令集的指令。因此通過串口向GSM模塊發(fā)送AT指令可以設(shè)置短信中心號碼、短信格式、短信接收對象和方式等。短信格式一般分為TEXT與PDu,本系統(tǒng)采用PDU模式進(jìn)行發(fā)送和接收中文短信息。以向移動用戶“15901186423”發(fā)送中文信息“1號窗戶被打開了”為例,其發(fā)送短信息的相關(guān)AT指令如下:
AT+CSCA=“13800100500”
AT+CMGF=0
AT+CMGS=033
>0891683108100005F011010D91685109116824F300080012003153F77A97623773BB7483788E4E8630020A
以上一串代碼表示從手機(jī)發(fā)出的PDU串,其中PDU由SMSC地址和TPDU構(gòu)成,上面范例中輸入的PDU解釋如下:
08:SMSC地址字節(jié)長度(包含91)
91:SMSC地址格式(91表示國際格式)(在前面加‘+)
683108100005FO:SMSC地址(+8613800100500)(北京移動短消息心)
11:基本參數(shù)
01:消息基準(zhǔn)值TP-MR\
OD:目標(biāo)地址數(shù)字個數(shù)(十進(jìn)制,不包含91和F)
91:目標(biāo)地址格式
685109116824F3:目標(biāo)地址(+8615901186423)
00:協(xié)議標(biāo)示TP-PID
08:用戶信息編碼格式TP-DCS(08表示UCS2編碼)
00:有效期TP-VP
12:用戶信息長度
003153F77A97623773BB7483788E4E8630020A:1號窗戶被打開了。
2、單片機(jī)程序設(shè)計
系統(tǒng)程序流程軟件設(shè)計的主要集中在在于單片機(jī)的編程,其中有以下幾個方面:
主程序開始時要對模塊初始化,初始化主要包括設(shè)置串口速率,異步高速通信模式,并且允許串口連續(xù)接收,并關(guān)閉中斷控制寄存器,在本系統(tǒng)中波特率設(shè)置為9600bps,無校驗位,8個數(shù)據(jù)位。其中初始化程序如下:
BSFSTATUS,RPO
MOVLWB'00000010'
MOVWFTRISB
MOVLWB'00000000'
MOVWFTRISA
BCFSTATUS,RPO
MOVLWB'00000001'
MOVWFPORTA
BSFSTATUS,RP0;設(shè)置波特率,異步串口
MOVLW19H;設(shè)置波特率為9600
MOVWFSPBRG
MOVLWB'00100100'
MOVWFTXSTA;異步模式高速使能發(fā)送
BCFSTATUS,RPO
MOVLWB'10010000'
MOVWFRCSTA;串行端口使能
允許連續(xù)接受
MOVLWB'00000000'
MOVWFINTCON;中斷控制寄存器
GOTOINPUTNO1
發(fā)送短消息子程序,單片機(jī)開始工作之后,自動的對ZigBee的報警信號循環(huán)檢測,如果檢測到報警信號,則單片機(jī)通過AT命令控制GSM模塊同時向業(yè)主和物業(yè)管理中心發(fā)送報警短消息,完成短信報警的工作。
數(shù)碼管顯示和語音播報程序,在單片機(jī)控制GsM模塊發(fā)送完短消息后,程序進(jìn)入語音播報和數(shù)碼管顯示的子程序,在數(shù)碼管上會顯示發(fā)送報警信息的玻璃的位置,并通過外接的音響設(shè)備循環(huán)的播報所發(fā)送的報警信息,引起人們的警示。至此完成整個遠(yuǎn)程報警過程。
四、結(jié)束語
本設(shè)計基于zigBee與GSM物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),以微處理器為核心,設(shè)計實現(xiàn)了住宅門窗安防的遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)住宅防盜安防的無人值守,不受時間和地域限制,特別適用于季節(jié)性度假別墅住宅的防盜安防,具有實際應(yīng)用前景和市場推廣價值。在目前國內(nèi)別墅住宅區(qū)廣泛存在的情況下,本作品有望具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。