家庭远程监控报警系统的设计与实现.pdf

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1、欢迎网上投稿欢迎网上投稿微型机与应用2010年 第29卷 第21期随着人们生活水平的提高和网络的普及，尤其是近几 年 全 球 移 动 通 信 系 统GSM1短 信 技 术 的 发 展 和 居 住环境的改善，促使人们对家庭安全防范的意识得到空前的强化。在此领域中，针对传统家庭报警系统具有布线复杂、范围受局限等诸多 缺点，使 用无 线通 信设备 并将其安装于室内，不但不会 破坏 房间 原有布 局，而 且具有安装过程便捷、投入少、组网快速等优点。本文所设计的系 统 是 基 于CC11102的 无 线 传 输，利 用GSM网 络 对 控制信息和报警信息进行发送和接收，用户只要使用手机就可以实现远程监控

2、。系统主要由多个终端板和一个控制板组成。终端板可以安装在门、窗、电气设备上，通过终端板上的传感器和执行机构对监控设备进行监控。当监控设备发生异常情况时，就会以短信的形式将特定的状态信息和报警信息发送给用户，实现对家庭的远程控制。1系统设计系统由终端板(数据采集端)、控制板(数据接收端)、GSM模块组成，如图1所示。终端板将采集到的数据进行初步处理后发送给控制板，控制板将接收到的数据经过分析处理后发到用户手机上，用户可以通过手机实时了解家庭情况。控制板接收并分析用户的指令，把指令解析后发给指定的终端板，指定的终端板根据接收到的控制信息去控制执行机构，实现远程控制。2系统的硬件结构终端板和控制板都

3、采用CC1110芯片。终端板在无线通家庭远程监控报警系统的设计与实现马良川，张道信，朱 军，丁海松(安徽大学 电子科学与技术学院，安徽 合肥230039)摘要：介绍了基于无线收发芯片CC1110和GSM网络的无线监控报警系统，该系统由控制板和终端板组成。终端板连接各种传感器和执行机构作为数据采集点和控制端，控制板负责接收和分析各个终端板发送的数据，并通过GSM网络以短信形式将设备的状态或报警信息发给用户，而用户用短信形式将控制命令发送给控制板，实现对家庭远程的监控。关键词：CC1110；数据采集；GSM；无线通信；监控中图分类号：TN92文献标识码：A文章编号：1674-7720(2010)2

4、1-0027-04The design and implementation of household remote monitor systemMA Liang Chuan，ZHANG Dao Xin，ZHU Jun，DING Hai Song(College of Electrical Science&Technology，Anhui University，Hefei 230039，China)Abstract：The paper introduced a wireless control and alarm system based on the CC1110 and GSM netwo

5、rk.The system iscomposed by terminal board and control board respectively.The terminal board connects various sensors and action equipments asdata collection point and control port.Through receiving and analyzing data transmitted by the terminal board，the control boarddispatches status as well as al

6、arm messages to users through the GSM network in the form of text information.Whats more，inorder to realize the family remote monitoring，users also could send the control command to the control board in the form of textinformation.Key words：CC1110；data collection；GSM；wireless communication；monitor硬件

7、纵横Hardware Technique图1系统组成?控制板GSM模块终端板1终端板2终端板N传感器/执行机构1传感器/执行机构2传感器/执行机构N27微型机与应用2010年 第29卷 第21期信模块的基础上增加了各种传感器或执行机构。而控制板则在无线通信模块的基础上添加GSM模块控制电路。2.1 CC1110芯片的功能特点CC1110芯片是美国TI公司的一款1 GHz以下频带的低功耗射频(RF)片上系统解决方案。芯片内嵌多达32 KB的 在 系 统 可 编 程Flash存 储 器、4 KB的SRAM存储器、8通道814 bit A D转换器、1个16 bit定时器 和3个8 bit定 时器、

8、2个UARTSPI、21个通用IO。基于CC1110的高性能无线收发器工作于433 MHz频段，频率稳定性好、灵敏度高、无线数据传输最大速度可达500 Kbs，同时采用低供电电压(2.3 V3.6 V)，从而降低了整个系统的使用功耗。2.2无线通信模块硬件设计CC1110芯 片 只 要 极 少 数 外 围 元 件 就能够搭建稳定可靠且功耗低的片上系统，大大简化了RF电路的设计过程。设计的传感器节点工作 在433 MHz频 段。图2是CC1110的 外 围 电 路 设 计，主 要 由CC1110芯 片、射 频 匹 配 电 路 和 其 他 外围 元 件 组 成。2.3 GSM模块连接电路本系统GS

9、M模 块 设 计 选 用 西 门 子 公 司 的TC35i 3。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，为 数 据、语 音、短 消 息 和 传 真 提 供 快 速、可 靠、安 全 的 传 输，方 便 用 户 的 应 用 开 发 及 设 计。TC35i在 休 眠 状 态 时 的 电 流 消 耗 为3.5 mA，空 闲 状 态时 为25 mA。TC35i有40个 引 脚，通 过 一 个ZIF(ZeroInsertion Force)连 接 器 引 出。这40个 引 脚 可 以 划 分 为五 类：电 源、数 据 输 入/输 出、SIM

10、卡、音 频 接 口 和 控制。TC35i的 数 据 输 入/输 出 接 口 是 一 个 串 行 异 步 收 发器，固 定 的 参 数 有：8 bit数 据 位 和1 bit停 止 位，无 校验 位，波 特 率 在300 b/s115 200 b/s之 间 可 选。GSM与 控 制 板 的 连 接 电 路 图 如 图3所 示。3系统的软件设计系统软件由终端板程序和控制板程序组成。终端板程序通过传感器对家用 电器、门、窗等 的当 前状态 进行实时采集，根据命令把监控设备状态数据发送给控制板或控制执行机构对监控设备进行准确的控制。控制板程序负责 对终 端板发 送的 数据 进行读 取、分 析，并 利

11、用GSM网络将结果实时地发送给用户，让用户及时了解家居状况；同时控制板接 收用 户的控 制命 令，并 将控制 命令解析后及时地发送给 指定的终端板，终端板通 过执 行机构对监控设备进行准确 的控制。3.1终端板的软件设计终 端 板 的 程 序 流 程 图 如图4示。首先CC1110进行I/O、无 线 模 块 等 系 统 的 初 始 化。为 了 减 少 终 端 板 的 损 耗，终端板每隔100 ms进行一次数据采样，并在控制板查询的时候把信息发送给控制板。终端板采集事务时序如图5所示。终端板每隔100ms进行一次数据采集，为 了减 少功 耗，数据 采集 完成后，传感器关闭。当需要采集数据时，传感

12、器再次打开。如图5所示，第一个100ms传感器工作5ms后关闭，第二个100ms时，传感器再次打开，工作5 ms后关闭。硬件纵横Hardware Technique图2无线收发模块VCC3.3VCC3.3D2LED1LED2R1R2470 0 123456789P1.2DVDDP1.1P1.0P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4RBIASAVDDAVDDRF_NRF_PAVDDXOSC_Q2XOSC_Q2AVDD272625242322212019101112131415161718DVDDP0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3/32Q1P2.4/32Q2P1.3P1.4

13、P1.5P1.6P1.7RESETDCOUPLAVDD_DREGGUARDU1R456 kC7LP13.9pF27nHLP43.9pF22nH27 nH220pFC9C8LP2LP322pFC11C12C108.2pF45.6pF27nHE1天 线CC1110X1C415pFC315pF32.768kHzC527pFC627pF26MHzX2R310 k100nFC11F363534333231302928图3GSM与控制板的连接电路图220 F470 10 k100100TC35iD4LEDVCCB1R16C22+Q32N930P12P16P17R14R15470F100 nFC16C171

14、2345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221BATT+MICN2BATT+MICP2BATT+MICN1BATT+MICP1BATT+EPN1GNDEPP1GNDEPN2GNDEPP2GNDSYNCGNDEMERGOFFPOWERVDDLPPOWERCCGNDVDDCCVCCBATT_TEMP CCCLKIGTCCIODSR0CCRSTRING0CCINRXD0DCD0TXD0DTR0CTS0RTS0SIMGNDSIMVCCSIMCLKSIMIOSLMRSTSIMIN28欢迎网上投稿欢迎网上投稿微型

15、机与应用2010年 第29卷 第21期终端板发送的数据包格式如表1所示。导言表示数据包开始，终端板的标识符包含终端板的识别码，用于控制板区分哪个终端板发送的数据。终端板接收正确的数 据包 后，解析 数据 包，如 果是查 询命令，终端板将 设备 的状态 信息 发送 给控制 板；如 果是控制命令，终端板控制执行机构，对设备进行控制，并将控制结果反馈给终端板。控制板把终端板返回的结果发送给用户。3.2控制板的软件设计控 制 板 的 主 程 序 流 程 图 如 图6所 示，串 口 中 断 程序 流 程 如 图7所 示。首 先CC1110进 行I/O、无 线 模块、串 口、GSM模 块 的 初 始 化。

16、终 端 板 每 隔200 ms查询 一 次 终 端 板 的 数 据，当 监 控 设 备 异 常 或 用 户 查 询 监控 设 备 当 前 状 态 时，控 制 板 将 终 端 板 的 状 态 信 息 或 报警 信 息 通 过GSM网 络 发 送 给 用 户。当 用 户 需 要 控 制监 控 设 备 时，将 控 制 信 息 以 短 信 形 式 通 过GSM网 络发 送 给 控 制 板，控 制 板 分 析 处 理 命 令 信 息 后 将 控 制 指令 发 送 给 指 定 的 终 端，指 定 的 终 端 通 过 控 制 执 行 机 构实 现 对 设 备 的 控 制。控制板发送的数据包格式如表2所示。导

17、言表示数据包的开始。时间信息用于终端板和控制板的 时间 同步。命 令包 含控 制 板 对 终 端 板 发 送 的 指令，其中还包括终端板的识别码。结束标志表示一个数据包的结束。每个终端板的识别码不相同，当终端板接收到数据 包后，首先进 行时 间同 步，然后 解析 数据包 中的 数据，判断命 令中 的识别 码 是 否 与 自 身 的 识 别 码 相同，如果相同 则进行 命令 响应；不相同 则在 时间同 步后放弃此数据包。3.3 GSM模块启动和数据处理GSM模块的 启动：在GSM模 块 上 电 后，必 须 给IGT一个大于100 ms低电平，模块才启动。本系统在不降低系统可靠性的前提下，使用软件

18、方法启动，通过CC1110硬件纵横Hardware Technique图5终端板采集事务时序 100 ms100 ms5 ms5 ms图4终端板的程序流程图开始系统初始化无线初始化，系统进入接收状态定时器是否达到100ms？YYN传感器数据采集是否收到控制板的控制信息或查询命令？分析数据，时间同步，执行命令，进入发送状态，应答响应数据是否发送完毕？系统进入接收状态YNN表1终端板数据包导言终端板的标识符数据结束标志表2控制板发送数据格式导言时间信息命令结束标志图7控制板串口中断程序流程图分析用户发送的命令中断开始，保存相关数据是否处在接收状态等待进入接收状态进入发送状态，发送用户控制命令命令是

19、否发送完毕进入接收状态，接收终端返回信息中断恢复，恢复保存数据YYN？N图6控制板主程序流程图?N开 始系统初始化，开定时器，进入接收状态定时器是否达到200ms？发送1号终端板查询状态命令命令是否发送完毕？准备接收1号控制板当前状态通过GSM模块，向用户发送报警信息NYYY1号板状态是否正常？N29微型机与应用2010年 第29卷 第21期表3短信发送常用指令命令ATATE0AT+CNMIAT+CMGFAT+CMGRAT+CMGD描述与GSM握手，是否连接正常关闭回显显示刚收到的短消息短信格式选择读取指定位置的短信删除短信内部定时器给出大于100 ms的低电平，以降 低硬 件成本。GSM正常

20、启动后通过AT4命令进行操 作。常 用的AT命令如表3所示。为了节 省GSM的 控制和 短 信 发 送 的 时 间，ATE0命令表示在系统初始化后关闭回显。AT+CMGF用来选择发 送 短 信 的 格 式，当AT+CMGF=0时，用 来 发 送 中 文 短信，AT+CMGF=1时，用来发送英文短信。本文主要介绍发送中文短信如：AT+CMGS=230011000D91683189898989F90008A708665A4E0A597DFF01其中，AT+CMGS用来发送短信，AT+CMGS=23表示要发送23位十六进制数，发 送的 短信 是用ASCII表 示的 十六进制，不包括初始的2个0。等待

21、GSM模块返回“”后，将短信输出给GSM模块，GSM将短信发出。短信发送格式如表4所示。经过试验验证，本系统可以很好地实现家庭设施的控 制和 报警。终 端板 可以与 各种 传感 器和动 作 机 构 连接，具有很好的通用性。当要添加新设备时，只要加一个终端板就可以，整个系统有非常好的可扩展性。而且本系统不局限于家庭应用，针对 移动 设备，在 控制 板上外接一个GPS模块，可将卫星定位信息实时地发给用户，可以实现移动设备的控制和报警。此外，由于有覆盖广、性能稳定的GSM网络的支持，可以确保控制信息的快速性和准确性。参考文献1 GSM 03.40.Technical realization of t

22、he short message servicepoint-to-pointS.European Telecommunications StandardsInstitute(www.etsi.org).1994.2 Texas Instruments Incorporated.CC1110 datasheer EB/OL.http：/ Siemens Corporation.TC35i hardware interface description EB/OL.http：/，2003-11-12.4 SiemensCorporation.TC35iATcommandsetEB/OL.http：/

23、，2005-09-09.5 GSM03.38.Alphabetsanslanguage-specificinformation S.Eu-ropean Telecommunications Standards Instiute(www.etsi.org).1999.(收稿日期：2010-06-03)作者简介：马 良 川，男，1987年 生，硕 士 研 究 生，主 要 研 究 方 向：基于单片机、DSP的系统智能识别和控制。表4短信发送格式字符0011000D91683189898989F90008A708665A4E0A597DFF01描述短信发送导言2接收短信号码+8613989898989

24、短信编码方式(Data coding scheme)5短信有效期短信内容编码ASCII个数晚上好！硬件纵横Hardware TechniqueJ.现代电力，2005，22(6)：53-56.5COHEN T.Leadership challenges in clinical and informationservices J.Biomedical Instrumentation and Technology，2003，37(4)：259-262.(收稿日期：2010-06-09)作者简介：赵 艳 东，女，1976年 生，博 士，副 教 授，主 要 研 究 方 向：时滞系统及非线性系统的最优控制。张 兴 隆，男，1984年 生，硕 士 研 究 生，主 要 研 究 方 向：基于表面声波传感器的轮胎压力测试系统的设计。(上接第26页)8 KUO S M，LEE B H著.实 时 数 字 信 号 处 理M.卢 伯 英译.北京：中国铁道出版社，2005.9楼 顺 天.基 于Matlab的 系 统 分 析 与 设 计M.西 安：西 安电子科技大学出版社，2005.(收稿日期：2010-07-13)作者简介：郭 来 功，男，1980年 生，硕 士，讲 师，主 要 研 究 方 向：数字系统设计。(上接第23页)30