基于GSM短消息的家庭防盜報警系統(tǒng)設(shè)計

陳寧坡，馮彩虹，蔡凌云，王震洲，劉 婷

（1.河北科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.河北科技大學(xué)黨政辦公室，河北石家莊 050018；3.河北省電力公司電力科學(xué)研究院，河北石家莊 050018）

隨著城市流動人口的不斷增加，城市社會治安形勢日趨嚴峻。白天居住場所、夜間倉庫店鋪都可能處在無人留守的狀態(tài)，即使在農(nóng)村也會出現(xiàn)無人在家的情況，這就給犯罪分子留下了可乘之機。目前，采用的探測器等普通的防盜技術(shù)存在誤報率高、系統(tǒng)不穩(wěn)定等缺點，使得防盜系統(tǒng)并不能達到其目的，而存在的如觸摸感應(yīng)、鋼絲欄等方式的防盜系統(tǒng)，其具有一定的局限性且由于系統(tǒng)的一些不完善會造成失防、漏防等問題。

防盜報警系統(tǒng)是利用物理方法和電子技術(shù)等科技手段，自動監(jiān)測發(fā)生在布防監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的非法侵入行為，發(fā)出警報信號，并傳送發(fā)生報警區(qū)域的信息數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。針對上述防盜報警技術(shù)的不完整性和局限性，考慮家庭的需要，筆者采用GSM 網(wǎng)絡(luò)進行無線短消息通信，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。GSM 技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，可以很好地防止各種非法破壞行為［1－7］。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

短消息防盜報警系統(tǒng)設(shè)計中采用現(xiàn)場監(jiān)控和遠程報警相結(jié)合的方案實現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)硬件設(shè)計包括單片機核心控制模塊、紅外監(jiān)測模塊、斷線保護模塊、遙控布防撤防模塊、按鍵設(shè)置和顯示模塊、短信報警模塊、聲光報警模塊以及UPS電源模塊等。本系統(tǒng)以AVR 單片機作為控制核心，通過串口連接短信報警模塊、I／O 端口連接紅外傳感器監(jiān)測模塊、斷線開關(guān)模塊、遙控布防撤防模塊、按鍵設(shè)置和顯示模塊以及聲光報警模塊，而不間斷電源模塊可以在系統(tǒng)斷電時實現(xiàn)自動切換來達到系統(tǒng)安全穩(wěn)定不間斷的工作。軟件設(shè)計則利用C 語言程序編寫完成，單片機作為主控模塊來處理數(shù)據(jù)，并且通過指令實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。設(shè)備可直接安裝在門窗上部，注意遮光，減小誤報率。短信防盜報警系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖1所示［8－9］。

圖1 短信防盜報警系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖Fig.1 System block diagram of SMS anti－theft alarm system

無線遙控裝置實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備的開啟與關(guān)閉，無人在家時就開啟系統(tǒng)設(shè)備，報警系統(tǒng)就處在工作狀態(tài)。在系統(tǒng)設(shè)備工作時，若紅外監(jiān)測模塊接收到有信號變化時，單片機控制模塊通過3次查詢，確保信號的準確性，即把報警信息通過GSM 網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶手機或者警察局，實現(xiàn)遠程報警。此時現(xiàn)場的聲光報警模塊啟動，警示盜賊的非法侵入，實現(xiàn)現(xiàn)場報警，讓其在作案之前知難而退。此外，若有人事先知道報警裝置的存在，提前剪斷系統(tǒng)線，系統(tǒng)也可以通過斷線開關(guān)實現(xiàn)整個系統(tǒng)的遠程和現(xiàn)場報警。若此時整個電網(wǎng)斷電，此系統(tǒng)也可切換到備用電源供電狀態(tài)，達到系統(tǒng)設(shè)備的不間斷工作，讓犯罪分子無機可乘。同時，為了方便用戶的使用，按鍵模塊可以設(shè)置短信接收的源／目的地址，以便用戶更換短信接收手機號碼或者設(shè)置多個接收手機號碼，同時按鍵模塊也可以選擇發(fā)送短信的內(nèi)容，提示設(shè)置均在顯示模塊上顯示，用戶只需按提示設(shè)置即可，讓系統(tǒng)的可用性更高、更簡便。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

此系統(tǒng)中單片機主要完成對遙控射頻信號的接收，對I／O 端口進行輪循和控制以及通過串口與GSM 模塊通信。無線遙控裝置發(fā)出布防和撤防信號，單片機接收到信號變化則進入相應(yīng)的狀態(tài)。若進入布防狀態(tài)，當單片機檢測到PA1（單片機與熱釋電紅外監(jiān)測模塊的連接引腳），PA2（單片機與斷線開關(guān)模塊連接引腳）這2 個I／O 引腳中其中有1個在3s內(nèi)檢測3 次均為高電平時就會進行遠程報警和現(xiàn)場報警。系統(tǒng)主程序流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主程序流程圖Fig.2 Flow chart of system main program

3 GSM 模塊發(fā)送短消息的AT指令和PDU編碼

3.1 GSM 模塊發(fā)送短消息的AT指令

在此次設(shè)計的系統(tǒng)中，采用的GSM 短信通信模塊為Motorola GPRS模塊G24。該模塊具備GSM無線通信的全部功能，并提供標準的UART 串行接口，支持GSM 07.05所定義的AT指令集的指令［10］。AT 指令流程圖如圖3所示。

使用AT 指令可非常方便地發(fā)送和接收短消息及進行短消息中心地址設(shè)置等。指令長度較短，占用字節(jié)空間小。通過結(jié)合MCU 控制給G24模塊發(fā)送AT 指令便可實現(xiàn)遠距離無線通信。

G24支持的AT指令集符合GSM 07.05 和GSM 03.40標準，指令的格式如下。

1）所有的AT 指令（除重復(fù)命令以外）都由AT開頭。指令都以回車符〈CR〉結(jié)束，但發(fā)送短消息的指令最后以〈CTRL〉＋〈Z〉結(jié)束；

2）應(yīng)答均由〈CR〉〈LF〉開始，并由〈CR〉〈LF〉結(jié)束；

3）如果指令的句法是正確的，得到G24返回字符串是“OK”；

4）如果指令的句法是錯誤的，得到G24返回字符串是“ERROR”。

用串口助手調(diào)試時，其發(fā)送和返回的AT 指令如表1所示。

圖3 G24發(fā)送短消息的AT 指令流程圖Fig.3 Flow chart of G24AT command sending a short message

表1 串口調(diào)試的內(nèi)容Tab.1 Content of the serial debugging

在軟件編程中，通過串口發(fā)送以上命令，并在發(fā)送完成后對G24模塊的返回值進行判斷，當判斷返回值是正確的情況下才進行下一個命令的發(fā)送，否則一直發(fā)送此命令，直到G24模塊返回正確的返回值為止。

3.2 短消息PDU 格式分析及編碼程序設(shè)計

根據(jù)GSM 07.05 的定義，發(fā)送短消息常用Text和PDU（protocol data unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）模式。使用Text模式收發(fā)短信實現(xiàn)起來相對簡單，但卻具有不能收發(fā)中文短信的缺點；而PDU 模式被大多數(shù)手機支持，且編碼方式即支持中文短信也支持英文短信。PDU 編碼由構(gòu)成消息的信息數(shù)據(jù)包組成，它包含源／目的地址、服務(wù)時間、編碼方式、協(xié)議類型和消息等，消息長度（TP－UD）段達140字節(jié)，所以在UCS2編碼方式下，可發(fā)送短消息的最大字符數(shù)是70個［11－12］。本系統(tǒng)采用UCS2編碼，由于短消息內(nèi)容只是起到一個向人們報警傳遞信息的目的，所以設(shè)計的傳遞警情的短消息內(nèi)容相對簡單，發(fā)送的短消息字符數(shù)不會超過70個，因此程序生成的PDU 編碼不涉及發(fā)送兩條短消息的問題，符合UCS2標準編碼原理。

1）UCS2 編碼原理

UCS2編碼的機制是將短消息中的單字符轉(zhuǎn)變?yōu)?6位的Unicode字符，即4位十六進制數(shù)據(jù)形式的字符串。消息以編碼后的格式內(nèi)容發(fā)送。

2）發(fā)送PDU 串的編制分析

通過UCS2編碼得到消息的中英文Unicode碼后，就可以進行發(fā)送PDU 串的編制。PDU 串實際上是代表信息、命令消息的ASCII碼串，由十六進制數(shù)據(jù)‘0’～‘9’，‘A’～‘F’組成。PDU 串除了包含所發(fā)送的消息本身外，還包含很多其他參數(shù)信息，如短信服務(wù)中心號碼、編碼方式、目標手機和發(fā)送短信手機號及等待時間等信息。現(xiàn)在用1個例子說明發(fā)送PDU 串的結(jié)構(gòu)和編碼方式。

例：08 91 68 31 08 30 11 05F0 11 00 0D91 68 51 38 91 65 31F7 00 08C2

18 5BB6 4E2D67 09 4E0D90 1F4E4B5B A2FF 0C8BF7 6CE8 61 0FFF 01

參照規(guī)范，具體分析如表2所示。

根據(jù)以上的命令格式，單片機PDU 編碼的子程序設(shè)計如下。

表2 PDU 串的結(jié)構(gòu)和編排方式說明Tab.2 Structure of the PDU string and presentation description

4 結(jié) 語

建立了一種基于GSM 短消息防盜報警系統(tǒng)設(shè)計，考慮了生活中的各方面因素，完善了市場上的家庭防盜報警系統(tǒng)設(shè)備。另外可根據(jù)人們需要，完善系統(tǒng)設(shè)置與攝像頭監(jiān)控設(shè)備相連的接口或系統(tǒng)自身設(shè)計圖像采集功能，在有警報發(fā)出后記錄當時的影像或者向收信人發(fā)送彩信。該報警裝置的最大特點就是安裝方便、操作簡單、智能性高、誤報率低。

／References：

［1］ 陳 亮，李汪洋，吳國樟.基于SMS遠程監(jiān)控系統(tǒng)［J］.計算機科學(xué)，2011，38（10A）：421－422.CHEN Liang，LI Wangyang，WU Guozhang.Remote control system based on SMS［J］.Computer Science，2011，38（10A）：421－422.

［2］ 孫 昕，朱善安.智能監(jiān)控防盜報警系統(tǒng)［J］.電子技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用，2012（2）：28－30.SUN Xin，ZHU Shan＇an.Intelligent monitoring security alarm system［J］.Electronics Design ＆Application，2012（2）：28－30.

［3］ 周丙臣，張鐵壁，張學(xué)軍.數(shù)據(jù)融合技術(shù)在火災(zāi)報警系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報，2011，32（2）：120－123.ZHOU Bingchen，ZHANG Tiebi，ZHANG Xuejun.Application study on fire alarm system based on dat a fusion technology［J］.Journal of Hebei University of Science and Technology，2011，32（2）：120－123.

［4］ 周美麗，李建新，白宗文.基于GSM 多功能防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（23）：167－168.ZHOU Meili，LI Jianxin，BAI Zongwen.Design of multi－functional anti－theft alarming system based on GSM module［J］.Modern Electronics Tecnique，2011，34（23）：167－168.

［5］ 高 放，杜 云，馮建武.基于GSM 網(wǎng)絡(luò)短消息的汽車防盜報警系統(tǒng)設(shè)計［J］.河北工業(yè)科技，2009，26（3）：182－184.GAO Fang，DU Yun，F(xiàn)ENG Jianwu.Design of automobile antitheft system based on SMS of GSM network［J］.Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2009，26（3）：182－184.

［6］ 汪東強.探尋中國防盜報警行業(yè)發(fā)展之路［J］.中國公共安全，2012（13）：150－152.WANG Dongqiang.Exploraing China＇s anti－theft alarm industry development road［J］.China Public Security，2012（13）：150－152.

［7］ 王 曄，牛小龍.基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計［J］.電腦知識與技術(shù)，2012（4）：873－874.WANG Ye，NIU Xiaolong.Design of an anti－theft alarm system based on GSM［J］.Computer Knowledge and Technology，2012（4）：873－874.

［8］ 謝衛(wèi)華，宋蟄存.基于單片機的家庭智能防火防盜系統(tǒng)的設(shè)計［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2009，22（6）：148－149.XIE Weihua，SONG Zhecun.A design of the intelligent fire alarm system of household base on microcontroller［J］.Development ＆Innovation of Machinery ＆Electrical Products，2009，22（6）：148－149.

［9］ 孟軍英，吳愛燕，林立忠.嵌入式網(wǎng)關(guān)在遠程監(jiān)控中的應(yīng)用研究［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報，2011，32（5）：488－491.MENG Junying，WU Aiyan，LIN Lizhong.Study on embedded gateway for remote vido monitoring［J］.Journal of Hebei University of Science and Technology，2011，32（5）：488－491.

［10］ 余 臻.基于AT 指令集的遠程通信的實現(xiàn)［J］.廈門大學(xué)學(xué)報，2004，43（2）：166－169.YU Zhen.Remote communication based on AT command sets［J］.Journal of Xiamen University，2004，43（2）：166－169.

［11］ 陳冬林，譚云蘭.基于GSM 短消息的編碼方法及其編程實現(xiàn)［J］.計算機與現(xiàn)代化，2006（3）：115－117.CHEN Donglin，TAN Yunlan.Coding method and programming of SMS based on GSM［J］.Computer and Modernization，2006（3）：115－117.

［12］ 吳 剛，朱 一.短信服務(wù)PDU 收發(fā)技術(shù)研究［J］.裝備制造技術(shù)，2008（12）：75－77.WU Gang，ZHU Yi.Research of SMS PDU transceiver technology［J］.Equipment Manufactring Technology，2008（12）：75－77.