應用GPS和GSM的智能防盜報警系統

汪子朝，葉建芳

(東華大學 信息科學與技術學院，上海 201620)

貴重物品安全問題一直是困擾人們的一個難題。人們外出時總是擔心家里重要物品是否丟失，盡管遠程視頻監控技術日益成熟，但是針對控制器的要求很高、視頻傳輸速度慢、成本高等問題還是讓人望而卻步。基于遠程視頻監控技術，只能知道物品丟失了，但物品究竟去了何方？又該如何尋找？本文運用GPS和GSM技術完成了基于STC12C5A08S2單片機控制器的物品安全報警系統的開發。該系統可在貴重物品移動超出一定范圍時發出警告，并能監控貴重物品的行蹤，為貴重物品的安全監控提供了一種便捷可靠的解決方案。

1 系統目標

初次記錄物品（汽車、保險箱等）所在地點的地理位置，包括經度、緯度和海拔高度。物品的坐標由GPS模塊提供，以此經度、緯度和海拔高度作為物品的基坐標，并將此坐標通過上位機軟件存儲，當物品的位置發生移動時，控制器將計算移動的距離，距離超過某一設定值(例如 10 m)時，通過 GSM模塊向物主發送短信，并且每隔一定的時間向物主手機發送物品當前位置的坐標，為追回物品提供引導，物主也可通過發送特定的信息，排除其移動物品所引發的報警。

2 系統設計

該監控系統的設計包括硬件和軟件兩部分。硬件部分由電源、GPS模塊、STC12C5A08S2單片機、TC35模塊構成。圖1給出了系統硬件部分的結構框圖，GPS負責接收物品位置信息，單片機負責將GPS信息解碼與計算，進而控制整個系統，TC35負責將各種信息發送到目標手機。51單片機作為核心來控制GPS和GSM模塊。GPS

接收到的經度、緯度等地理信息通過串口傳輸到51單片機，物品最初的地理信息經GPS接收、上位機軟件設置作為參照信息存儲到單片機的Flash中，同時上位機將目標手機號碼、要發送的短信內容發送給單片機進行存儲，單片機將每次接收到的地理信息解碼，與參照地理信息對比算出距離，兩者相差10 m時，則單片機通過另外一個串口向GSM模塊發送AT指令，向目標手機發送信息，通知安保人員物品位置被移動，并且將當前物品的準確位置信息發送給安保人員；安保人員也可以通過發送特定的字符命令，隨時獲得物品所在地的地理信息。STC12C5A08S2作為本系統的控制器，具有兩個串口分別與GPS、GSM通信，芯片AMS1117將5 V直流電壓轉換為3.3 V為GPS模塊供電。芯片LM2941S將5 V直流電壓轉換為4.2 V為GSM和單片機模塊供電。

3 GPS通信的實現

GPS模塊在系統中用來接收物品的地理信息，將這些信息傳送給單片機控制器，方便單片機做計算處理[1]。采用臺灣鼎新科技的royaltek LE3571作為GPS模塊，該模塊以SIRF3為主芯片。

模塊的引腳4和引腳5是標準的TTL接口，可以直接連接到單片機的UART，將GPS信息輸出到單片機。單片機對這些信息進行運算處理，再通過GSM系統將相關信息發送到指定的手機。模塊輸出信息數據每行開頭都是以字符‘$’作為起始標記，接著是信息類型，最后是數據，之間以逗號分隔開。一行完整的數據為：$GPRMC，080655.00，A，4546.40891，N，12639.65641，E，1.045，328.42，170809…A*60。這一串字符中4546.40891是經度，12639.65641是緯度。物品被移動的距離計算原理是：設第一點 A的經緯度為(LonA，LatA)，第二點B的經緯度為(LonB，LatB)，按照 0°經線的基準，東經度取正值(Longitude)，西經取經度負值(-Longitude)，北緯取90-緯度值(90-Latitude),南緯取 90+緯度值(90+Latitude)，經過上述處理后兩點的經緯度被記為(MLonA，MLatA)和(MLonB，MLatB)。根據三角公式，可計算得到A、B兩點的距離：

GPS將地理信息通過UART傳送給單片機，單片機根據式（1）計算得到A、B兩點的距離，并將計算結果通過單片機的UART口傳送給GSM模塊，最后將物品移動距離的信息發送給目標手機。

4 GSM在系統中的應用

GSM模塊TC35在系統中接收單片機發送的相關命令，將需要發送的短信內容發送到指定的手機[3]。TC35可工作在雙頻（900/1800），電源范圍為直流 3.3～4.8 V，電流消耗在休眠狀態時為3.5 mA，空閑狀態時為25 mA，發射狀態時為 300 mA(平均)，峰值2.5 A；可傳輸語音和數據信號,功耗在EGSM900(4類)和GSM1800(1類)分別為2 W和1 W，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM卡電壓為3 V/1.8 V，帶有TTL電平輸入輸出，可選波特率為 300 b/s～115 kb/s，自動波特率為1.2 kb/s～115 kb/s。它支持Text和 PDU格式的短消息 SMS(Short Message Service)，可通過 AT命令或關斷信號實現重啟和故障恢復。可直接連接到單片機串口，通過串口向TC35發送命令就可以實現打電話和發短信的功能。TC35通常的外圍電路設計如圖2所示，管腳1～5是電源引腳，接 4.2 V電壓；6～10腳接地；15腳是啟動引腳，此引腳保持50 ms低電平觸發，就可啟動TC35；18腳和 19腳是 UART， 用來與 STC12C5A08S2單片機通信，實現短信的發送；24～29腳用來連接SIM卡；32腳是GSM信號指示燈，當GSM搜索網絡成功，32腳輸出高電平，點亮LED。單片機通過AT指令與TC35通信。

圖3 軟件流程框圖

5 軟件設計

軟件流程框圖如圖3所示。本系統的軟件設計包含上位機軟件設計和STC12C5A08S2單片機的軟件設計，上位機軟件要處理的任務是將初次的定位信息、目標手機號碼、要發送的短信內容發送給單片機，讓單片機將這些信息存儲起來，軟件上面能顯示初次的地理信息。當上位機軟件設置好后，系統即可與PC斷開，單獨執行任務，上位機軟件只是在最初的階段起作用。單片機軟件要實現與PC、GPS、TC35的通信，與PC之間的通信只有一次，就是最開始設置目標手機號碼、短信內容、傳輸基座標。與GPS通信比較簡單，因為GPS會每隔1 s自動地向單片機發送地理信息，單片機只需要做好接收工作、計算工作。與TC35之間的通信關鍵是如何使用AT命令來控制TC35。根據GSM的定義,短信息的發送和接收模式共有3種：Block模式、基于AT命令的Text模式和基于AT命令的PDU模式。使用Block模式需要模塊生產廠家提供驅動支持,而用于中英文短信息傳送應使用PDU模式,只傳送英文短信息使用Text模式。Text模式的短信息發送和接收比較簡單,如不需要傳送中文則最好采用Text模式發送和接收短信息。采用Text模式發送接收短信息的步驟分為初始化GSM模塊、發送文本短信息和接收短信息。而對于發送和接收中文或中英文混合的短信息必須采用PDU模式,根據GSM的定義，只要軟件上按照PDU格式解讀或編寫相應的數據格式即可接收或發送短消息。PDU格式的收發最多為70個漢字字符，中文字符按照UNICODE進行編碼。

GSM和GPS的快速發展和日趨成熟，為本監控報警系統的開發提供了有力的技術支持。該系統體積為90 mm×60 mm×20 mm，價格便宜，使用方便。測試結果表明，監控距離為100 m時，在GSM信號正常的情況下，響應時間不足1 min，誤報率<1%，能夠實現物品安全的實時監控，人們將不再擔心外出時重要物品遺失，具有很好的市場前景。

[1]郭良金.GPS衛星定位及若干問題的分析[J].中國西部科技，2010，9(22)：10，92.

[2]孫德輝，衛革，楊揚.基于 ARM的GPRS遠程數據傳輸系統的設計[J].自動化技術與應用，2010，29(7)：26-28.

[3]何光禹，李太全.基于 TC35 i GSM模塊的 SMS設計和應用[J].現代電子技術，2010，33(16)：157-159，163.