摘要：設(shè)計一種基于GPRS和51單片機(jī)的彩信報警系統(tǒng)。利用單片機(jī)技術(shù)、帶彩信協(xié)議GPRS無線通信模塊、圖像捕獲和圖像壓縮編碼功能模塊，實現(xiàn)原理圖設(shè)計到電路板設(shè)計開發(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，采集圖像通過彩信的格式發(fā)送到用戶手機(jī)，同時可以通過短信命令隨時查看系統(tǒng)狀態(tài)，或者攝像頭采集圖像，監(jiān)控現(xiàn)場情況。
　　
　　國內(nèi)傳統(tǒng)的電子防盜報警系統(tǒng)方案往往是在用戶端通過電子設(shè)備檢測到盜竊等報警信息，然后通過通訊器經(jīng)線將信號自動傳到報警中心來完成報警過程。這種報警中心往往存在很多局限。例如：報警中心地點(diǎn)和人員需固定，報警通信速度慢，反向查詢、控制等操作困難而專業(yè)，線斷線問題難以解決，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，音視頻信號的技術(shù)手段應(yīng)用困難，很難應(yīng)用于家庭安防市場等等。
　　
　　而彩信業(yè)務(wù)自中國移動從2002年9月正式推出以來，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。所以人們越來越關(guān)注于依托中國移動網(wǎng)絡(luò)、基于彩信業(yè)務(wù)來發(fā)展現(xiàn)代的電子防盜報警系統(tǒng)，從而能在此系統(tǒng)上發(fā)揮其隨時隨地監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)涵蓋范圍大、查詢控制等操作簡便、費(fèi)用低、報警通信速度快、音視頻應(yīng)用簡易等眾多優(yōu)勢，使其能廣泛應(yīng)用于家庭、辦公、工廠、商鋪等等各種場所。
　　
　　1、系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　
　　1.1系統(tǒng)總線設(shè)計
　　
　　本彩信報警系統(tǒng)以普通AT89C52單片機(jī)和帶有彩信功能的無線模塊GPRS，前端設(shè)備可以根據(jù)控制攝像頭采集圖片，發(fā)送到用戶手機(jī)上，同時用戶可以通過短信命令隨時查看系統(tǒng)狀態(tài)，或者控制前端攝像頭采集圖像，監(jiān)控現(xiàn)場情況。采用此方案設(shè)計的產(chǎn)品操作簡單，為了降低成本，在zui小硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的功能盡可能用軟件程序來實現(xiàn)，以達(dá)到降低成本，滿足市場需求。
　　
　　設(shè)計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串口攝像頭實現(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)實現(xiàn)；帶彩信協(xié)議GPRS模塊無線部分。在設(shè)計中使用電路圖，在設(shè)計的過程中，首先設(shè)計了硬件的結(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；利用串口攝像頭實現(xiàn)現(xiàn)場捕獲和圖像壓縮存儲功能。
　　
　　1.2單片機(jī)接口設(shè)計
　　
　　AT89C52單片機(jī)接口中，作為只要一組串口，GM8123可以將一個全雙工的標(biāo)準(zhǔn)串口擴(kuò)展成3個標(biāo)準(zhǔn)串口，并能通過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
　　
　　由于現(xiàn)場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線模塊，這里選用的GPRS模塊是西門子的MC55［5］.GPRS模塊和單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信主要是通過端口TXD0與TXD1之間，RXD0與RXD1之間的數(shù)據(jù)傳輸來完成。其中GPRS模塊上的TXD0口是用于接收從單片機(jī)傳來的數(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130萬像素CMOS攝像頭，zui大分辨率可達(dá)到1280×960，是一個內(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)計采用的帶有串口的攝像頭，主機(jī)通過串口以約定的協(xié)議對攝像頭進(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，無校驗，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表示分包傳輸時一幅完整圖片采集流程。　　　　
　　2、軟件設(shè)計
　　
　　2.1模塊軟件設(shè)計
　　
　　軟件采用標(biāo)準(zhǔn)的C語言構(gòu)造，由KeilC51編譯器編譯。系統(tǒng)軟件設(shè)計包括兩部分：一是單片機(jī)對各個功能芯片的控制字的寫入和單片機(jī)串口擴(kuò)展程序；二是GPRS數(shù)據(jù)接收發(fā)程序設(shè)計。
　　
　　2.1.1單片機(jī)與GPRS無線模塊
　　
　　程序這個程序主要是完成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TCP通訊，此服務(wù)的客戶內(nèi)容包括IP、地址以及遠(yuǎn)方主機(jī)的TCP端口號等所傳輸?shù)男畔ⅰ?br />　　
　　該程序的主程序是對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子程序。
　　
　　2.1.2單片機(jī)攝像頭的控制過程。
　　
　　主機(jī)獲取攝像頭圖像時操作：（1）打開串口；（2）開始采集圖像，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
　　
　　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};//需要三個子串口
　　
　　主程序中定義：
　　
　　TMOD=0x20;//定時器1工作在方式2
　　
　　IE=0x90;//開串行口中斷
　　
　　SCON=0xc0;//串行口工作在方式3
　　
　　TH1=0xf8;//裝入定時器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，整個控制過程是：定義和初始化各個元器件的控制字和端口，然后單片機(jī)發(fā)送命令通過串口來檢查和控制各個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
　　
　　本設(shè)計選擇中深微電子公司的串口攝像頭實現(xiàn)了圖像捕獲和圖像壓縮編碼于一體，簡化了電路的復(fù)雜性，帶彩信協(xié)議GPRS模塊無線部分選用SIEMENS公司的MC55，該模塊性能穩(wěn)定、可靠、操作方便。通過實驗驗證該報警系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，用戶可以隨時隨地用手機(jī)遠(yuǎn)程遙控，拍攝現(xiàn)場的照片并發(fā)送到手機(jī)或者電子里。可以外接多種無線傳感器報警，例如煙感、無線門磁、紅外人體感應(yīng)器、煤氣傳感器等，實現(xiàn)多種觸發(fā)方式的報警，并具有圖像移動偵測功能，能對移動的物體自動觸發(fā)報警，具有一定的實用價值。