基于3G的無(wú)線遠(yuǎn)程控制安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 將嵌入式系統(tǒng)與3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套基于3G技術(shù)的無(wú)線遠(yuǎn)程控制安防報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分為現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警板塊、煤氣防險(xiǎn)短信發(fā)送裝置和3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)射與顯示裝置3個(gè)部分。布防時(shí)，一旦出現(xiàn)陌生人影，現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警板塊就會(huì)將探測(cè)到的警情信號(hào)傳輸至3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)射與顯示裝置，并同時(shí)向用戶發(fā)送短信，且提示通過(guò)瀏覽器觀察屋內(nèi)情況。如果屋內(nèi)煤氣等易燃易爆氣體泄漏，則觸發(fā)煤氣防險(xiǎn)短信發(fā)送裝置，該裝置向用戶發(fā)出內(nèi)容上不同于前者的短信進(jìn)行報(bào)警，提示在手機(jī)瀏覽器上查看監(jiān)控信息。整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)大小可以靈活配置，具有較好的發(fā)展前景與實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞： 3G技術(shù)；ARM嵌入式系統(tǒng)；無(wú)線遠(yuǎn)程報(bào)警；CCD傳感器

　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們的生活需求也變得多樣化，對(duì)財(cái)產(chǎn)安全、人身安全等的需求應(yīng)運(yùn)而生，這使得智能安防報(bào)警系統(tǒng)與居民日常生活越來(lái)越緊密。目前，國(guó)內(nèi)絕大部分家庭都對(duì)家庭安防報(bào)警系統(tǒng)有所需求，大多數(shù)家庭需要能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控家庭情況并且可以達(dá)到安防目的的產(chǎn)品。以往的防盜窗不僅影響美觀而且?guī)?lái)許多問(wèn)題，如影響火災(zāi)救援通道、給犯罪分子提供便利的翻越條件等。而傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品多采用警鈴或短信等傳統(tǒng)報(bào)警方式，即當(dāng)警報(bào)發(fā)生時(shí)，通過(guò)聲光報(bào)警或發(fā)送報(bào)警短信進(jìn)行報(bào)警。雖然這類傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)具有成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠的特點(diǎn)，但由于傳輸網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備所限，其保密性、實(shí)時(shí)性較差，并且多數(shù)產(chǎn)品只能以簡(jiǎn)單地通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信的形式進(jìn)行報(bào)警[1]。本設(shè)計(jì)通過(guò)嵌入式設(shè)備與3G網(wǎng)絡(luò)模塊相連，利用3G網(wǎng)絡(luò)將聲音、視頻等各種信號(hào)發(fā)送至遠(yuǎn)程用戶手機(jī)終端上，用來(lái)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況，可以達(dá)到防盜防險(xiǎn)雙重作用。整個(gè)安防報(bào)警系統(tǒng)大小可以靈活配置，報(bào)警信息發(fā)送及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠，具有較好的發(fā)展前景與應(yīng)用價(jià)值。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
　本設(shè)計(jì)供單戶家庭使用，根據(jù)我國(guó)住宅建設(shè)的實(shí)際情況，為滿足新時(shí)期居民的居住要求，并充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和可靠性。根據(jù)系統(tǒng)的總體功能，將其劃分為探測(cè)傳感器模塊（利用單片機(jī)）、CCD攝像模塊、3G網(wǎng)絡(luò)無(wú)線收發(fā)模塊和ARM核心控制模塊等功能模塊。系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)工作原理
　本設(shè)計(jì)中的3G智能安防報(bào)警系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警模塊、煤氣防險(xiǎn)短信發(fā)送裝置和3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)射與顯示裝置3部分組成。現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警模塊一般安裝在需要進(jìn)行安防的地點(diǎn)，如門口、臥室內(nèi)等?，F(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警模塊上的熱釋紅外傳感器經(jīng)過(guò)檢測(cè)可以確定人影的到來(lái)。當(dāng)檢測(cè)到人影時(shí)，其立即啟動(dòng)自身聲光報(bào)警，可以達(dá)到震懾入侵者的目的，同時(shí)觸發(fā)3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)射與顯示裝置，向用戶發(fā)送短信，并提示用戶打開手機(jī)瀏覽器觀察屋內(nèi)情況。同樣，如果家中煤氣等易燃易爆氣體泄漏就會(huì)觸發(fā)設(shè)置于房間內(nèi)的煤氣短信發(fā)送裝置，與前者一樣，該裝置會(huì)自動(dòng)地往指定手機(jī)發(fā)送短信報(bào)警，并通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)對(duì)外發(fā)送視頻信號(hào)。用戶根據(jù)短信提示，打開手機(jī)瀏覽器就可以看到屋內(nèi)情況，進(jìn)行相關(guān)的處理。
1.2.1 現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警模塊
　本模塊使用的是AT89C2051單片機(jī)，接收到外部信息時(shí)，進(jìn)行處理，并且進(jìn)行相關(guān)的操作[2]，該模塊與3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)射與顯示裝置中主機(jī)相連。其系統(tǒng)主要由鍵盤、運(yùn)行指示燈、熱釋紅外傳感器、電源、蜂鳴器和單片機(jī)構(gòu)成，如圖2所示。圖中鍵盤1為設(shè)防鍵盤，鍵盤2為撤防鍵盤，鍵盤3為緊急報(bào)警鍵盤。

1.2.2 煤氣防險(xiǎn)短信發(fā)送裝置
　本裝置由電源、傳感器、中央處理器STM32F101C8T6、GPRS裝置和聲光報(bào)警等子模塊組成，用來(lái)完成對(duì)室內(nèi)可燃性氣體的監(jiān)測(cè)與報(bào)警。通過(guò)氣體傳感器MQ-4來(lái)獲取室內(nèi)環(huán)境中的可燃性氣體濃度及其他相關(guān)環(huán)境參數(shù)，中央處理模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的相關(guān)參數(shù)閾值判別氣體是否泄漏，若室內(nèi)天然氣發(fā)生泄漏，則通過(guò)GPRS模塊向用戶手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信，并與3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)射與顯示裝置中主機(jī)通信，以便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警的功能。圖3為STM32F101C8T6芯片的周邊電路。

1.2.3 3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)射與顯示裝置
　為了節(jié)省開發(fā)時(shí)間，本設(shè)計(jì)中的3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)射與顯示裝置使用ARM11開發(fā)板實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，經(jīng)過(guò)分析系統(tǒng)信號(hào)數(shù)量與類型，采用的開發(fā)板是基于德州儀器（TI）OMAP3530處理器的DevKit8000。OMAP3530處理器集成了600 MHz的ARM Cortex-A8內(nèi)核及430 MHz的具有高級(jí)數(shù)字信號(hào)處理算法的DSP核，并提供了豐富的外設(shè)接口。DevKit8000提供了完善的軟件開發(fā)平臺(tái)，支持Linux-2.6.28及WinCE 6.0操作系統(tǒng)，并包含完善的底層驅(qū)動(dòng)程序[3-4]。
　ARM 11開發(fā)板系統(tǒng)分析現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警裝置及煤氣傳感器短信發(fā)送裝置所傳送信號(hào)的邏輯關(guān)系。如果同時(shí)具有信號(hào)的時(shí)候則通過(guò)ARM 11開發(fā)板對(duì)CCD傳感器的視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮，然后利用與之相連的無(wú)線路由器與服務(wù)器對(duì)接。同時(shí)，將壓縮后的視頻信號(hào)傳送至服務(wù)器上，再通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)模塊將整個(gè)系統(tǒng)與3G網(wǎng)絡(luò)相連，最后可以利用3G手機(jī)訪問(wèn)瀏覽器的方式看到整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)情況。為了便于調(diào)試，在開發(fā)板上設(shè)計(jì)了一個(gè)觸摸屏，可以看到現(xiàn)場(chǎng)情況。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1 現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警模塊軟件設(shè)計(jì)
　現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警模塊使用的是AT89C2051單片機(jī)，使用的編程調(diào)試軟件是Keil。軟件流程圖如圖4所示。程序首先將AT89C2051初始化，開啟每個(gè)需要使用的引腳并使之處于正確的功能狀態(tài)下，此時(shí)讀取按鍵1、2的鍵值。如果按鍵2被按下，則直接循環(huán)回初始化步驟；如果按鍵1按下，則繼續(xù)讀取鍵3端口數(shù)據(jù)；若鍵3按下，則直接聲光報(bào)警，否則就從熱釋紅外傳感器接口處讀取數(shù)據(jù)。如果有人影信號(hào)，則進(jìn)行聲光報(bào)警，并通過(guò)端口P1.4向ARM開發(fā)板傳輸開關(guān)量信號(hào)；沒(méi)有人影信號(hào)則直接返回初始化。