摘要：設(shè)計(jì)一種基于GPRS和51單片機(jī)的彩信報(bào)警系統(tǒng)。利用單片機(jī)技術(shù)、帶彩信協(xié)議GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊、圖像捕獲和圖像壓縮編碼功能模塊，實(shí)現(xiàn)原理圖設(shè)計(jì)到電路板設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。用單片機(jī)根據(jù)seNSor控制串口攝像頭圖像采集和壓縮處理，采集圖像通過(guò)彩信的格式發(fā)送到用戶(hù)手機(jī)，同時(shí)可以通過(guò)短信命令隨時(shí)查看系統(tǒng)狀態(tài)，或者攝像頭采集圖像，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況。
　　
　　國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的電子防盜報(bào)警系統(tǒng)方案往往是在用戶(hù)端通過(guò)電子設(shè)備檢測(cè)到盜竊等報(bào)警信息，然后通過(guò)通訊器經(jīng)線(xiàn)將信號(hào)自動(dòng)傳到報(bào)警中心來(lái)完成報(bào)警過(guò)程。這種報(bào)警中心往往存在很多局限。例如：報(bào)警中心地點(diǎn)和人員需固定，報(bào)警通信速度慢，反向查詢(xún)、控制等操作困難而專(zhuān)業(yè)，線(xiàn)斷線(xiàn)問(wèn)題難以解決，通信費(fèi)用、尤其是遠(yuǎn)程通信費(fèi)用較高，不利于組建遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，通信帶寬太小，加載信息量少，音視頻信號(hào)的技術(shù)手段應(yīng)用困難，很難應(yīng)用于家庭安防市場(chǎng)等等。
　　
　　而彩信業(yè)務(wù)自中國(guó)移動(dòng)從2002年9月正式推出以來(lái)，隨著彩信網(wǎng)絡(luò)工程的建立和不斷地優(yōu)化，彩信逐漸進(jìn)入了高速發(fā)展和穩(wěn)定應(yīng)用階段。所以人們?cè)絹?lái)越關(guān)注于依托中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、基于彩信業(yè)務(wù)來(lái)發(fā)展現(xiàn)代的電子防盜報(bào)警系統(tǒng)，從而能在此系統(tǒng)上發(fā)揮其隨時(shí)隨地監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)涵蓋范圍大、查詢(xún)控制等操作簡(jiǎn)便、費(fèi)用低、報(bào)警通信速度快、音視頻應(yīng)用簡(jiǎn)易等眾多優(yōu)勢(shì)，使其能廣泛應(yīng)用于家庭、辦公、工廠(chǎng)、商鋪等等各種場(chǎng)所。
　　
　　1、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　
　　1.1系統(tǒng)總線(xiàn)設(shè)計(jì)
　　
　　本彩信報(bào)警系統(tǒng)以普通AT89C52單片機(jī)和帶有彩信功能的無(wú)線(xiàn)模塊GPRS，前端設(shè)備可以根據(jù)控制攝像頭采集圖片，發(fā)送到用戶(hù)手機(jī)上，同時(shí)用戶(hù)可以通過(guò)短信命令隨時(shí)查看系統(tǒng)狀態(tài)，或者控制前端攝像頭采集圖像，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況。采用此方案設(shè)計(jì)的產(chǎn)品操作簡(jiǎn)單，為了降低成本，在zui小硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的功能盡可能用軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到降低成本，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。
　　
　　設(shè)計(jì)的硬件電路主要由三部分組成：圖像捕獲和圖像壓縮編碼部分通過(guò)串口攝像頭實(shí)現(xiàn)；主控制器處理圖像數(shù)據(jù)和任務(wù)控制用AT89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)；帶彩信協(xié)議GPRS模塊無(wú)線(xiàn)部分。在設(shè)計(jì)中使用電路圖，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先設(shè)計(jì)了硬件的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示：　　　　
　　采用單片機(jī)AT89C52為核心組成彩信報(bào)警系統(tǒng)，AT89C52具有快速8051內(nèi)核、8kBFlashE2PROM、256BIDATARAM，符合該硬件要求；彩信報(bào)警功能，采用GPRSModule的MC55芯片，帶彩信協(xié)議棧MMS功能；利用串口攝像頭實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)捕獲和圖像壓縮存儲(chǔ)功能。
　　
　　1.2單片機(jī)接口設(shè)計(jì)
　　
　　AT89C52單片機(jī)接口中，作為只要一組串口，GM8123可以將一個(gè)全雙工的標(biāo)準(zhǔn)串口擴(kuò)展成3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口，并能通過(guò)外部引腳控制串口擴(kuò)展模式。該芯片母串口和子串口的工作波特率可由軟件調(diào)節(jié)，而不需要修改外部電路和晶振頻率，它的外部控制少，應(yīng)用靈活，編程使用簡(jiǎn)單，適用于大多數(shù)有串口擴(kuò)展需求的系統(tǒng)。所以利用GM8123為AT89C52擴(kuò)展出3組串口，可以與串口攝像頭和GPRS模塊進(jìn)行連接通信。如圖2所示。
　　
　　1.3GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊硬件設(shè)計(jì)
　　
　　由于現(xiàn)場(chǎng)圖片需要以彩信的形式發(fā)送，所以選用了帶有彩信功能的無(wú)線(xiàn)模塊，這里選用的GPRS模塊是西門(mén)子的MC55［5］.GPRS模塊和單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信主要是通過(guò)端口TXD0與TXD1之間，RXD0與RXD1之間的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)完成。其中GPRS模塊上的TXD0口是用于接收從單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，而單片機(jī)上的擴(kuò)展TXD2端口是用于向GPRS模塊傳送數(shù)據(jù)的。GPRS模塊上的RXD0口是用于向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)的擴(kuò)展RXD2口則是用于接收從GPRS模塊傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)。
　　
　　GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊硬件部分的電路原理圖如圖3所示。　　　　
　　1.4串口攝像頭
　　
　　ZSV-01P串口攝像頭是一款具有視頻采集和圖像壓縮功能的攝像頭，具有130萬(wàn)像素CMOS攝像頭，zui大分辨率可達(dá)到1280×960，是一個(gè)內(nèi)含有拍攝控制、視頻捕捉、圖像數(shù)據(jù)采集、圖像JPEG壓縮、串口通訊等功能的齊全的工業(yè)用圖像采集設(shè)備，zui大串口通訊速率可達(dá)115.2kbs［6］。本設(shè)計(jì)采用的帶有串口的攝像頭，主機(jī)通過(guò)串口以約定的協(xié)議對(duì)攝像頭進(jìn)行控制。主機(jī)與相機(jī)是一種主從關(guān)系，相機(jī)的操作命令由主機(jī)發(fā)出，主機(jī)可以控制相機(jī)的輸出格式、分辨率，相機(jī)向主機(jī)發(fā)送響應(yīng)消息。具體參數(shù)：
　　
　　（1）接口：主機(jī)與相機(jī)之間為RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，波特率為57600，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)校驗(yàn)，1位停止位。
　　
　　（2）圖像格式：相機(jī)輸出的圖像格式為JPEG.
　　
　　（3）圖像分辨率可以是：640×480、320×240、160×120、352×288、176×144.圖像分辨率越高，則圖像數(shù)據(jù)量越大。圖4表示分包傳輸時(shí)一幅完整圖片采集流程。　　　　
　　2、軟件設(shè)計(jì)
　　
　　2.1模塊軟件設(shè)計(jì)
　　
　　軟件采用標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言構(gòu)造，由KeilC51編譯器編譯。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括兩部分：一是單片機(jī)對(duì)各個(gè)功能芯片的控制字的寫(xiě)入和單片機(jī)串口擴(kuò)展程序；二是GPRS數(shù)據(jù)接收發(fā)程序設(shè)計(jì)。
　　
　　2.1.1單片機(jī)與GPRS無(wú)線(xiàn)模塊
　　
　　程序這個(gè)程序主要是完成GPRS模塊與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，單片機(jī)有51系列的，設(shè)定的單片機(jī)串行口工作方式為模式1，8位UART，數(shù)據(jù)傳輸率為可變；定時(shí)器1的工作方式為模式2，數(shù)據(jù)傳輸率設(shè)置為9600b/s，晶振為11.0592MHz.我們傳輸?shù)闹饕茿T指令，包括所撥的號(hào)碼，DNS服務(wù)的IP地址，GPRS服務(wù)提供商的密碼，接入GPRS服務(wù)的APN.當(dāng)然還需要建立一個(gè)TCP通訊，此服務(wù)的客戶(hù)內(nèi)容包括IP、地址以及遠(yuǎn)方主機(jī)的TCP端口號(hào)等所傳輸?shù)男畔ⅰ?br />　　
　　該程序的主程序是對(duì)AT指令進(jìn)行發(fā)送和接收，在完成發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)是分別調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序和數(shù)據(jù)接收子程序，而這里共包括3個(gè)子程序：數(shù)據(jù)發(fā)送子程序、數(shù)據(jù)接收子程序以及延時(shí)子程序。
　　
　　2.1.2單片機(jī)攝像頭的控制過(guò)程。
　　
　　主機(jī)獲取攝像頭圖像時(shí)操作：（1）打開(kāi)串口；（2）開(kāi)始采集圖像，設(shè)置圖像分辨率；（3）獲取圖像數(shù)據(jù)；（4）結(jié)束采集圖像；（5）關(guān)閉串口。步驟（3）獲取圖像可以循環(huán)執(zhí)行。如果重新設(shè)置圖像分辨率應(yīng)重新執(zhí)行步驟（2）。
　　
　　2.1.3單片機(jī)串口擴(kuò)展程序設(shè)計(jì)
　　
　　與之相關(guān)聯(lián)的各端口狀態(tài)和含義為：
　　
　　（1）sbitMS=P3^6;//GM8123工作模式控制
　　
　　（2）sbitRESET=P3^7;//GM8123復(fù)位引腳控制
　　
　　（3）unsignedcharSendBuff［5］={0x67，0xbc，0xc9};//需要三個(gè)子串口
　　
　　主程序中定義：
　　
　　TMOD=0x20;//定時(shí)器1工作在方式2
　　
　　IE=0x90;//開(kāi)串行口中斷
　　
　　SCON=0xc0;//串行口工作在方式3
　　
　　TH1=0xf8;//裝入定時(shí)器1初值，設(shè)置主機(jī)工作波特率為7200bs
　　
　　P1=0x00;//置GM8123命令字地址
　　
　　SBUF=Contr_data;//設(shè)置GM8123子串口波特率為19200bs，母串口波特率為115200bs
　　
　　因此，整個(gè)控制過(guò)程是：定義和初始化各個(gè)元器件的控制字和端口，然后單片機(jī)發(fā)送命令通過(guò)串口來(lái)檢查和控制各個(gè)Sensor和串口攝像頭及MCC55的工作。
　　
　　2.2程序流程
　　
　　系統(tǒng)上電后首先初始化單片機(jī)，設(shè)置串行口的波特率和定時(shí)器；然后初始化GM8123、各種Sensor傳感器；接著執(zhí)行MC55上電，然后初始化MC55.
　　
　　系統(tǒng)程序流程如圖5所示。　　　　
　　3、結(jié)語(yǔ)
　　
　　本設(shè)計(jì)選擇中深微電子公司的串口攝像頭實(shí)現(xiàn)了圖像捕獲和圖像壓縮編碼于一體，簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜性，帶彩信協(xié)議GPRS模塊無(wú)線(xiàn)部分選用SIEMENS公司的MC55，該模塊性能穩(wěn)定、可靠、操作方便。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，用戶(hù)可以隨時(shí)隨地用手機(jī)遠(yuǎn)程遙控，拍攝現(xiàn)場(chǎng)的照片并發(fā)送到手機(jī)或者電子里。可以外接多種無(wú)線(xiàn)傳感器報(bào)警，例如煙感、無(wú)線(xiàn)門(mén)磁、紅外人體感應(yīng)器、煤氣傳感器等，實(shí)現(xiàn)多種觸發(fā)方式的報(bào)警，并具有圖像移動(dòng)偵測(cè)功能，能對(duì)移動(dòng)的物體自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，具有一定的實(shí)用價(jià)值。