基于GPRS彩信模块的多功能家庭安防系统

摘要：现有家庭安防系统最大的弊端是不能及时的对报警信息进行有效的验证，从而出现误报、错报的问题。为了克服这个问题，采用彩信图片的形式将报警现场的情况及时地反映到用户的手机屏幕上。此外，为了进一步增强系统的防盗安全性，设计了双重电子锁，该锁采用RFID码感应技术和用户开锁时间规律，有效地克服盗贼用万能钥匙开锁的现象。经试验测试达到了预期的效果。
关键词：GPRS彩信；串口摄像头；双重电子锁

0 引言
    随着电子技术的飞速发展，报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。而各种防盗报警系统之间的主要区别是在于如何让分机与主机、分机与用户之间进行通信。目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定电话拨号、以太网、GSM短信等。但它们有各自的缺点：
    (1)固定电话拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断电话线或恶意占线，使其在关键时刻失灵；
    (2)以太网同样面临着线路被切断的隐患，且不易普及；
    (3)GSM短信报警系统没有信息的过滤，从而产生误报、错报，给用户带来极大的不便。
    针对以上通信方式的缺点，设计了基于GPRS彩信模块的多功能家庭安防系统，该系统解决了这些隐患，让家庭防盗更及时、使用更方便。它不再依赖有线电话执行报警，而是借助最可靠、最成熟的GPRS移动网络，以最直观的彩信图片和电话形式，直接把报警现场的情况反映到您的手机屏幕上。它采用主动式红外线传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便，并配置烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。另外，为了克服盗贼用万能钥匙开锁的现象，设计了一款双重电子密码锁，该电子锁由RFID码电子感应锁和语音提示的电子密码锁组合而成。

1 设计的基本思路
    在设计的过程中，根据设计的内容将整个设计分成两个模块：主控电路模块和双重电子锁模块。两个模块分别由ARM芯片和凌阳单片机控制。
    首先将超级用户的号码存入SIM卡中，当入侵信号被传感器探测到后，无线模块立即启动，并将入侵信号发送至ARM7处理器，处理器接到信号后立即启动串口摄像头拍照，拍照后的图片信号处理后由GPRS彩信模块发送给超级用户，同时将入侵的地点及触发的传感器以短信的形式发送给用户，使用户能及时的报警。主控模块方框图如图1所示。

    如图2所示，电子锁原始密码和用户设定密码已存于外部存储器E2PROM内，用户要开门需先用电子感应钥匙开RFID码感应锁，当感应锁成功开锁时，系统将发出语音提示“感应锁开锁成功”，然后输入先前设定的密码，密码正确后，系统发出语音提示“开锁成功”，否则提示“输入密码错误”。输入密码三次以上错误，系统将报警并自锁30 min。整个开锁时间不能超过30 s，否则系统发出警报声，以防止盗贼在短时间内利用万能工具开锁。系统待机时能在液晶上显示时间、日期和星期等信息，实现友好的人机界面。

2 系统硬件设计
2．1 主控模块电路
    主控模块由传感器模块、无线接收／发送模块、串口摄像头模块、GPRS彩信模块和ARM7处理器模块五部分组成。
2．1．1 传感器模块
    (1)烟雾传感器
    本设计选用离子式烟雾传感器，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。
    (2)人体接近传感器
    该传感器能检测到的范围为1 m，可以将其安放在窗户两边，当有盗贼破窗而入时，该传感器会触发。
    (3)门磁传感器
    为防止非法人员破门进入住户，可在门上安装该传感器，该传感器由永磁体和干簧管两部分组成，将其分别安装在门边和门框上，当永磁体与干簧管的距离大于5 mm(即门边和门框距离大于5 mm)，门磁传感器触发。
    (4)紧急按钮
    住户生活中的意外难免会发生，遇到此种情况，住户可立即按下设在起居室的紧急按钮，发出求救。
2．1．2 无线接收／发送模块
    为了使探测点的信号更稳定有效地传送到主控器，采用无线传输方式。该无线模块采用PT2262／PT2272编解码芯片对，载波选用工业专用频段315 MHz，其稳定性好，有效距离远。
2．1．3 串口摄像头模块
    该摄像头是一款内置JEPG压缩功能的数字输出摄像设备，采用30万像素实现逻辑控制的数字图像采集处理系统的设计原理和实现方法。图像具有640×480，320×240，160×128的多种分辨率，输出完整的JEPG并结合最适应的网络协议，将图像通过RS 232／RS 485串口输出。另外，其带有自动的像素缺陷补偿、黑度校正、RGB色彩插值补偿、Gamma参数补偿和色调、饱和度补偿功能。
2．1．4 GPRS彩信模块
    本设计使用PTM100广州谱泰公司研制的内置TCP／IP协议和MMC彩信协议的GPRS模块。该模块可以快速安全地实现数据、语音等的传输，可工作在GSM 900 MHz，DCS 1 800 MHz和PCS 1 900 MHz三个频段，RS 232数据口符合ETSI标准GSM0707。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，使语音传输、短消息和彩信发送、无线终端与服务器之间的数据传输更加快速、可靠。

2．1．5 ARM7处理器模块
    采用Phlips公司专为嵌入式应用提供的高性价比ARM7微处理器LPC2132作主控器。它采用ARM公司的16／32位RISC结构，内核是ARM7TDMI -S，超小LQFP64封装，128位宽度接口／加速器，实现工作频率高达60 MHz。其内嵌64 KB的高速FLASH存储器和16 KB的SRAM，具有丰富的外设资源：2个32位定时器(带4路捕获、4路比较通道)；1个10位8路A／D转换器，转换时间低于2．44μs；1个10位DAC；PWM通道(6路输出)；47路GPIO；9个边沿或电平触发的外部中断引脚；具有独立电源和时钟的RTC；多个串行接口，包括2个工业标准UART、2个高速I2C接口、SPI和具有缓冲作用及数据长度可变功能的SSP。它内含向量中断控制器，可配置中断优先级和向量地址，片内Boot装载程序可实现在系统／在线应用编程(ISP／IAP)，具有空闲和掉电两种低功耗模式，并可通过外部中断唤醒。
2．2 双重电子锁模块
    双重电子锁模块由键盘显示模块、语音放大模块、密码存储模块、时钟模块、RFID码感应模块和SPCE061A处理器模块六个模块组成。
2．2．1 语音放大模块
    凌阳单片机的语音播放功能非常强大，所以本系统运用了它的语音特色，添加了许多信息提示语音。只需调用函数库即可实现音频编程或自录语音资源以实现独具特色的语音播放及语音识别功能。
    凌阳单片机SPCE061A自带双通道DAC音频输出，DAC输出为电流型输出，经音频放大器放大后，即可驱动喇叭放音。
2．2．2 RFID码感应模块
    传统的机械锁用万能钥匙很容易就能打开，这是现代防盗系统的最大缺陷，为了解决这个问题本系统采用先进的RFID技术。RFID密码钥匙中嵌入了64位全球惟一码ID芯片，有7亿种组合，几乎无法破解，这样小偷再无可乘之机了。本设计的RFID解码芯片采用市面上常用的TE-MIC系列U2270B基站芯片。该芯片外围电路简单，具有多种供电模式，用户设计方便、快速。当有IC卡靠近感应线圈时，系统开始检测卡的RFID号，检测正确后基站芯片U2270B输出低电平给单片机，否则为高电平。在平时不工作的情况下可以由U2270B控制其工作在低功耗状态。
2．2．3 SPCE061A处理器模块
    SPCE061A是凌阳公司推出的一款继μ’nSP(Microcontroller and Signal Processor)系列产品SPCE500A等之后的又一款16位结构的微处理器。SPCE061A里内嵌32 KB的闪存(FLASH)。与SPCE500A相比，以μ’nSP为核心的SPCE061A微控制器，适用于数字语音、数字语音识别等领域。
    本系统的双重电子锁模块采用该芯片作为主控器，利用该芯片的高速、语音和多中断源等特性实现了一款多功能且安全可靠的电子锁。

3 系统软件设计
    系统软件部分包括主控电路模块程序流程图和电子锁模块程序流程图两部分。
3．1 主控模块程序部分
    主控模块程序部分包括主控模块主程序和主控模块中断子程序，分别如图4和图5所示。

3．1．1 主控模块主程序
    在主控模块主程序中系统一直在检测是否有来电和新短信信息，当有来电时系统会自动挂断电话，然后判断是不是超级用户：是，启动摄像头拍照，并发送给超级用户；不是，系统将不理睬，继续检测。当是短消息时，判断是否是超级用户：不是，判断短信内容是“888888 ”否，是则系统绑定该号码为超级用户，并回复“超级用户绑定成功”；是，判断短信内容是否是“bf”或“cf”，是“bf”系统进入布防状态，并回复“布防成功”，是“cf”系统撤防，回复“撤防成功”。
3．1．2 主控模块中断子程序
    主模块中断子程序用来进行报警处理，当任意一个传感器被触发后，系统将进入该程序段，启动摄像头拍照，然后将拍下的图片和触发的地点发送给绑定的超级用户。
3．2 电子锁模块程序
    电子锁模块程序流程图如图6所示。

    程序初始化后进入欢迎主界面，等待IC卡靠近感应线圈。当检测有IC卡靠近时，系统开始验证RFID码，RFID码正确时，系统发出语音提示“感应锁开锁成功”，同时开始计时，当时间超过设定值并且在10 s延时时间内还未开锁，系统将发出报警声。在设定时间或10 s延时时间内开锁成功后，系统进入主菜单界面。主菜单界面设有修改密码和时间调整两个子选项，进入可以修改密码和调整时间。

4 结语
    为了弥补现有家庭防盗系统的不足，本文设计的集数据采集、报警、远程监控于一体的安防系统，当监控现场有非法侵入时发出报警，摄像头拍摄现场图片并传回主控芯片，系统通过GPRS网络将拍下的图片发送到用户手机上，以实现信息验证、远程实时监控的功能。另外，为了使系统安全性更高，加入了双重电子密码锁，该电子锁杜绝了小偷用万能钥匙或其他开锁工具行窃的现象。整个设计不仅安装简单、方便，使用安全性高，信息验证强，而且该系统性能优异，成本低廉，具有很大的发展潜力。