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

前言

        火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與城市火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心的一個(gè)中間設(shè)備，它完成火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和城市火災(zāi)報(bào)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(bào)警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心只有通過(guò)火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器才能將整個(gè)城市的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)連成一個(gè)火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到快速掌握城市火警動(dòng)態(tài)的目的。城市火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)的組成如圖1所示。

        傳統(tǒng)的城市火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)一般是基于PTSN網(wǎng)絡(luò)（公用電話網(wǎng)）通過(guò)DTMF信號(hào)進(jìn)行通訊的?；馂?zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器利用modem芯片發(fā)送和接收DTMF信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心利用語(yǔ)音卡等設(shè)備發(fā)送和接收DTMF信號(hào)，利用PTSN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的城市火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)低成本，通訊可靠性高的特點(diǎn)，所以得到了廣泛的應(yīng)用。但在實(shí)際使用過(guò)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(shí)會(huì)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(dú)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(yùn)行。如果能利用無(wú)線GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)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(fèi)又很貴，所以一直不能得到實(shí)際的應(yīng)用。
如今，隨著無(wú)線移動(dòng)通訊技術(shù)的快速發(fā)展，基于GSM網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線移動(dòng)通訊技術(shù)日益完善，通訊可靠性進(jìn)一步提高，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面得到擴(kuò)大，而且通訊資費(fèi)也已經(jīng)與有線電話相當(dāng)，甚至更低。所以在城市火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)中利用GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊應(yīng)該是切實(shí)可行的。

1、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器的工作原理

1.1 報(bào)警發(fā)送

        網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器通過(guò)RS232/485通訊接口時(shí)刻監(jiān)聽著火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)出的各種報(bào)警信號(hào)，當(dāng)接收到火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送來(lái)得報(bào)警信息時(shí)，監(jiān)控器將進(jìn)行聲音、指示燈提示，顯示屏顯示當(dāng)前報(bào)警內(nèi)容，同時(shí)進(jìn)入報(bào)警發(fā)送延時(shí)。

        在延時(shí)階段，用戶可以通過(guò)鍵盤操作對(duì)報(bào)警信息的真?zhèn)芜M(jìn)行確認(rèn)，監(jiān)控器再將經(jīng)過(guò)人工確認(rèn)的報(bào)警信息轉(zhuǎn)換為規(guī)定的通訊格式上傳至城市火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心，監(jiān)控器的指示燈、顯示屏同時(shí)顯示通訊過(guò)程中的提示信息。如果在延時(shí)階段用戶沒有進(jìn)行任何判別操作，延時(shí)結(jié)束，監(jiān)控器向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心發(fā)送未經(jīng)過(guò)人工確認(rèn)的報(bào)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(gè)監(jiān)控中心號(hào)碼撥號(hào)，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(biāo)號(hào)碼。如果呼叫了所有目標(biāo)號(hào)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(yuǎn)程設(shè)置監(jiān)控器的工程參數(shù)：自動(dòng)報(bào)名時(shí)間、監(jiān)控器時(shí)間、報(bào)警延時(shí)、振鈴和回鈴次數(shù)。對(duì)監(jiān)控器進(jìn)行點(diǎn)名呼叫、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)值班人員進(jìn)行查崗。

        當(dāng)監(jiān)控器檢測(cè)到呼叫的電話，并經(jīng)過(guò)“握手驗(yàn)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(guò)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(guò)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(bào)警延時(shí)、監(jiān)控器時(shí)間、用戶密碼、查閱歷史紀(jì)錄。

2、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器的硬件設(shè)計(jì)

        主要包括GSM模塊接口電路、DTMF信號(hào)解調(diào)電路、上位機(jī)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(jì)中使用GSM模塊完成和固定電話之間DTMF信號(hào)的傳輸， 由于GSM網(wǎng)絡(luò)支持通過(guò)GSM模塊通過(guò)信令發(fā)送DTMF信號(hào)，但不支持GSM模塊直接解碼DTMF信號(hào)，所以在監(jiān)控器的設(shè)計(jì)中必須增加DTMF解碼電路，對(duì)GSM模塊音頻輸出接口輸出的信號(hào)進(jìn)行解碼。

 
2.1 DTMF信號(hào)解碼電路

        通過(guò)DTMF信號(hào)編解碼專用集成芯片MT8888C實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)解碼，MT8888C具有適合與MSC51系列單片機(jī)接口的讀寫信號(hào)，其信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)模塊的RING引腳會(huì)輸出相應(yīng)的電平變化信號(hào)給MCU檢測(cè)。

2.3上位機(jī)接口電路

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

2.4電源電路

        以市電220VAC供電，通過(guò)變壓器隔離出路低壓交流電源，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，分別為GSM模塊，單片機(jī)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(jī)，該單片機(jī)內(nèi)置兩個(gè)USRT接口，分別分配給GSM模塊和上位機(jī)通訊使用。使用看門狗電路確保程序的可靠運(yùn)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(jì)

        單片機(jī)通過(guò)AT指令對(duì)TC35i模塊進(jìn)行初始化和發(fā)送DTMF信號(hào)[2]。由MT8888C解碼TC35i模塊輸出的DTMF信號(hào)。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(yǔ)言實(shí)現(xiàn)[3]，開發(fā)速度快、結(jié)構(gòu)化強(qiáng)、可維護(hù)性好。

        單片機(jī)上電復(fù)位后首先進(jìn)行初始化，包括設(shè)置串口工作方式、波特率、以及變量和標(biāo)志位初值。然后，通過(guò)串口1對(duì)TC35i模塊初始化，檢查如SIM卡情況、GSM網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度等。然后監(jiān)控器就進(jìn)入檢測(cè)循環(huán)，檢測(cè)是否收到了火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送來(lái)的報(bào)警信號(hào)和外部電話呼入信號(hào)。

        如果收到了火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送來(lái)的報(bào)警信號(hào)后，就顯示提示信息，等待用戶進(jìn)行人工確認(rèn)，在人工確認(rèn)或延時(shí)時(shí)間已到后，就通過(guò)AT命令控制TC35i模塊撥號(hào)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(bào)警信號(hào)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(hào)，就重新?lián)芴?hào)呼叫監(jiān)控中心進(jìn)行上傳。完成后就返回檢測(cè)循環(huán)。

        如果檢測(cè)到有外部電話呼入，就對(duì)模塊RING腳輸出的振鈴信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，等待固定的振鈴次數(shù)后就接通電話，對(duì)呼入電話進(jìn)行合法性驗(yàn)證，同時(shí)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(jī)返回檢測(cè)循環(huán)；如果確認(rèn)是監(jiān)控中心的電話就等待接收監(jiān)控中心發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)命令，并對(duì)命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，完成后返回檢測(cè)循環(huán)。

4、結(jié)果及分析

         分別把三臺(tái)樣機(jī)放置在三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了為其一個(gè)月的試運(yùn)行測(cè)試，測(cè)試期間由值班人員每天不定期人為制造上傳報(bào)警數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。

        試運(yùn)行測(cè)試得到的結(jié)果是比較好的，只有2號(hào)和3號(hào)樣機(jī)在試運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了共計(jì)3次的上傳失敗情況，分析原因主要是因?yàn)檫\(yùn)行行期間設(shè)置的目標(biāo)電話號(hào)碼過(guò)少，只設(shè)置了2個(gè)目標(biāo)電話號(hào)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(yùn)行測(cè)試表明，實(shí)際的運(yùn)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(bào)警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器采用GSM網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音信道完成了與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心的通訊，形象的說(shuō)就是移動(dòng)電話與固定電話間的語(yǔ)音通訊。GSM網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器在設(shè)計(jì)中既考慮到與現(xiàn)有城市火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)的兼容性（考慮到一些老用戶不會(huì)馬上淘汰原來(lái)得PTSN設(shè)備），也考慮到了通訊的是實(shí)時(shí)性和可靠性。這樣，新的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器既能無(wú)縫的與原有城市火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)兼容，同時(shí)完成了向GSM網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)，而且監(jiān)控中心無(wú)須升級(jí)，節(jié)省改造成本。