淺談4G技術下新型監(jiān)控報警系統(tǒng)的設計

隨著信息技術的發(fā)展，無線通信已經普及，而我們通常的監(jiān)控手段仍是接觸式的。接觸式監(jiān)控的缺點是：接觸式控制大多通過有線網絡將采集的信息進行遠程傳送，成本較高，大大限制了使用范圍;適用范圍窄，靈活性差，在一些高危和不方便人員直接監(jiān)控的場合更加難以發(fā)揮作用;隨著現代電子技術的不斷發(fā)展，破解接觸式監(jiān)控的手段日益增多，從而大大降低接觸式監(jiān)控的安全性能。隨著社會經濟的蓬勃發(fā)展和生活水平日益提高，人們在追求生活質量的同時，對人身財產安全保障也提出了更新的要求，所以新型、性能更加優(yōu)越的防盜報警系統(tǒng)成為市場需求的一個主流。本系統(tǒng)就是針對傳統(tǒng)監(jiān)控報警產品的缺點開發(fā)的一套基于衛(wèi)星定位和4G技術的新型監(jiān)控報警系統(tǒng)，用于實現遠距離、準確和實時監(jiān)控報警和導航定位。

本系統(tǒng)以汽車為開發(fā)平臺，通過安裝傳感監(jiān)控裝置，收集信息傳遞給以單片機為中心的控制系統(tǒng)，經過分析處理后經由GSM(全球移動通信系統(tǒng))/GPRS(通用分組無線電業(yè)務)網絡，將報警信息通過電話、SMS(短信業(yè)務)或MMS(多媒體信息業(yè)務)等形式通知用戶，從而實現遠距離、準確和實時報警?，F在市場上的GPS(全球定位系統(tǒng))可實現精確的定位尋車及一般的導航，但是GPS的核心技術掌握在美國手中，如果一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，美國關閉應用，后果不堪設想，尤其不利于軍用，所以我們采用了GPS和我國自主研發(fā)的"北斗雙星"雙模導航定位技術。

1、硬件系統(tǒng)

本系統(tǒng)由MCU控制模塊、數據采集模塊、信息的接收和發(fā)送模塊、GPS模塊和北斗雙星定位模塊5部分組成。數據采集模塊利用不同的傳感器將采集到的信號送到MCU，MCU進行分析和處理后發(fā)出控制信息和報警指令給GSM模塊，然后通過GSM/GPRS網絡或北斗雙星向用戶傳遞報警信息，達到監(jiān)控報警的目的。系統(tǒng)將根據用戶的決策采取諸如遠程喊話示警、遙控拍照和切斷油路等操作保證車輛安全。同時，該系統(tǒng)還利用GPS和北斗雙星雙模定位的方法，實現全天候、高精度的實時導航定位，定位精度可達3m～10m。

MCU以串行通信的方式實現與GSM、GPS和北斗雙星終端的物理連接，并且留有與PC機的。RS-232串行通信接口。利用北斗雙星定位終端實現快速定位，并將位置信息通過GSM或者雙星簡短通信的方式發(fā)送到用戶和中心站，同時，北斗衛(wèi)星的雙向短報文通信功能可以實現區(qū)域報警。

1.1 MCU控制模塊

該模塊起著對傳感器報警信息和用戶控制信息的接收、分析和處理，是本系統(tǒng)的核心組成部分。它的設計包括電源部分、電平轉換部分、存儲器設計部分和外部接口部分(包括傳感器信號輸入、MCU控制外部設備信號輸出顯示、MCU與北斗雙星定位模塊和GSM模塊之間的通信接口)。

1.2 數據采集模塊

數據采集模塊中可供利用的有多種傳感器，如振動傳感器、壓力傳感器、開關式和斷線式傳感器等多種類型的傳感器，當汽車受到振動、車門被打開或者有人坐在座位上時就會產生不同的信息，將這些傳感器收集到的不同數據和信息輸入系統(tǒng)MCU，以供后續(xù)處理。

此模塊設計思路是充分利用車載已有的安全成熟的產品作為系統(tǒng)部分。其優(yōu)點是：系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性將大幅提高;可以較好地解決系統(tǒng)狀態(tài)控制問題，若僅考慮利用手機短信進行設防和解防，不僅很不方便，而且長期的額外信息費用也是不可忽視的;可在原有基礎上進行改裝，降低產品的成本，同時還可以合理有效地利用已有車載設備，使資源得到合理有效的配置。

1.3 信息的接收和發(fā)送模塊

以GSM模塊為核心，實現系統(tǒng)與用戶之間的信息交互，在系統(tǒng)中發(fā)揮了發(fā)送報警信息和接收用戶回應的功能。該模塊通過GSM網絡進行數據通信，無需設置運營中心，大大降低了生產推廣成本。此模塊的設計思路是：使用開放性較好的GSM模塊，并且嚴格執(zhí)行歐洲電信聯(lián)盟的GSM0707、GSM0705、GSM0338等規(guī)范和協(xié)議，方便系統(tǒng)軟件開發(fā)，并增強系統(tǒng)軟件的通用性。

1.4 GPS模塊

GPS技術在軍用和民用方面的應用都很成熟，通過使用GPS和北斗雙星雙模定位的方法，可以大大提高導航定位的精度。

1.5 北斗雙星定位終端

利用此終端實現快速定位，并將位置信息通過GSM和雙星簡短通信兩種方式發(fā)送到用戶和中心站，并且利用雙星簡短通信實現區(qū)域報警。主要功能是：快速定位，為服務區(qū)域內的用戶提供全天候、實時定位服務，定位精度與GPS相當;短報文通信，一次可傳送多達120個漢字的信息;精密授時，精度達20ns。
　　
2、軟件設計

本系統(tǒng)軟件主要參照歐洲電信聯(lián)盟的GSM0707、GSM0705、GSM0338等規(guī)范和協(xié)議，結合標準的AT指令集設計編輯而成，并且通過RS-232串口收發(fā)來實現MCU與GSM模塊、CPS模塊和北斗雙星導航定位終端的雙向通信。經過大量試驗，該軟件在系統(tǒng)上運行穩(wěn)定，其通用性和移植性都很好。系統(tǒng)軟件設計流程。

主要流程及相關程序敘述如下：

a)首先初始化MCU使其進入正常的工作方式，程序通過MCU的UART接口控制GSM模塊，串口的初始化函數為serial-init()，分別對MCU和GSM模塊、北斗雙星導航定位終端、GPS模塊以及PC機的外部顯示處理接口進行了詳細的定義和說明。同時，對相應的傳感器和控制引腳的輸入或輸出方式進行了正確的設置。

b)為了正確建立MCU和GSM模塊之間的通信，檢測串口通信速率，在合理設置MCU后，由單片機發(fā)出ATE檢測信號，若通信建立不正確，則繼續(xù)檢測，等待GSM回應OK確定通信正常建立。

c)為使GSM模塊能在符合用戶要求的條件下工作，需對其進行初始化，包括關閉振動和鈴聲、設置短信內存、模式、提示方式等。

d)進入工作模式，包括兩方面工作內容：

一是檢測各個傳感器，先檢測報警級別高的傳感器，若有報警信號送來，則有MCU控制編輯和發(fā)送手機短信(或者打電話)通知用戶;

二是檢測是否有新短信或來電，有則讀回并解碼執(zhí)行用戶通過短信發(fā)來的命令或核實用戶來電后控制GSM模塊自動應答。由于從串口讀取大量數據時不免存在誤碼，為防止執(zhí)行錯誤命令，MCU將連續(xù)重復讀取同一條短信兩次，兩次相同時才執(zhí)行短信中的命令，否則重新讀此短信。

3、系統(tǒng)功能和性能

a)用戶密碼設置：用戶可編輯短信"更改密碼****"到GSM模塊，在用戶接到短信回饋"執(zhí)行成功"或"執(zhí)行失敗"后即可獲知更改密碼的執(zhí)行情況。

b)更改用戶：用戶可通過編輯短信"更改用戶****"(后4位為設定的密碼)，在用戶接到短信回饋時可判定結果。

c)短信報警：當車輛安全受到外界威脅時，車載傳感器收集信息后將信息交由MCU判定威脅級別后，發(fā)出指令控制GSM模塊編輯手機短信如"車門開"、"車被盜"等在第一時間通知用戶。

d)MMS圖像監(jiān)控：當用戶收到車輛安全情況受到威脅時，可編輯短信"拍照"給車載電話，MCU收到命令后控制GSM模塊拍照并在第一時間通過GPRS網絡發(fā)送給用戶，方便用戶了解車輛安全具體情況。

e)遠程監(jiān)聽和喊話示警：當用戶接收到報警短信后可以直接撥打車載電話，系統(tǒng)將自動接通電話方便用戶進行監(jiān)聽，或經由系統(tǒng)自帶的功放和揚聲器進行擴音喊話示警。

f)遠程制動：當用戶接收到短信或通過電話監(jiān)聽發(fā)現車輛受到威脅時，可以編輯短信"熄火"到車載電話，系統(tǒng)將會自動切斷油路，使汽車停止行駛。

g)遠程遙控暖車：用戶可編輯手機短信"暖車"到GSM模塊，MCU將控制現有繼電器提前進行暖車。

h)北斗雙星導航定位：快速定位;短報文通信;精密授時。

i)區(qū)域通信和報警：當某輛汽車的本系統(tǒng)監(jiān)測到險情后，可利用北斗雙星的簡短通信功能給鄰近的系統(tǒng)發(fā)送報警信息，共同提高安全防護級別，防止險情擴散。

j)GPS與北斗雙模定位：系統(tǒng)留有GPS模塊的外部接口，可利用GPS結合和北斗雙星的定位數據進行差分比較以獲得更加精確的導航和定位信息。

k)隨著GIS(地理信息系統(tǒng))的不斷發(fā)展，系統(tǒng)信息處理能力將會得到不斷提高，可以實現更加高效的實時導航定位和跟蹤尋跡。

4、結束語

本設計是集傳統(tǒng)車載式防盜報警單元、北斗雙星導航定位終端、GPS模塊、GSM/GPRS網路和GIS于一體的新型高科技監(jiān)控報警和導航定位產品。系統(tǒng)在功能、實用性、可靠性及易用性等多方面均符合廣大用戶的迫切需求。同時，隨著我國私人汽車需求量的迅速增大和經濟的快速發(fā)展，這一系統(tǒng)的市場前景非常廣闊，市場潛力非常巨大！