城市安防系统无线网络化的实现方案

1、【Word版本下载可任意编辑】 城市安防系统无线网络化的实现方案 引言 目前，城市安防系统越来越受到人们的重视，客户对安防系统的功能和性能方面的要求也越来越高。 本文提出了一种基于GSM和Zigbee技术的无线安防系统，该系统的特点在于利用GSM和Zigbee无线网络优势，实现了安防系统的无线网络化，省去了繁琐的布线过程，实现了安防信息的多点、远距离传输，提高了安防系统的安全性、可靠性与隐蔽性。 1 系统方案 该系统方案主要设计特点是将Zigbee无线传感器网络与GSM网络相结合。使用无线网络不仅省去布线的麻烦，增加了安防传感器布局的灵活性，而且可以防止通信电缆被破坏，提高了安全性。整个系统构

2、造如图1所示。 图1 无线安防系统构造 系统把带有Zigbee协议的模块嵌入到被动红外、玻璃破碎、门磁、烟感及煤气泄露等安防设备中，作为无线传感器网络的一个节点。例如，当发生盗窃时，被动红外传感器检测到盗贼进入监控区域，它触发节点芯片的中断，从而激活节点芯片，芯片会自动通过Zigbee无线收发模块把打好的报警数据包发送出去。 Zigbee协调器是Zigbee网络与外部GSM网络的接口，作为系统的负责整个网络的管理以及数据的转发，它通过收发模块接收安防监控节点的数据，由嵌入式控制器对接收到的数据开展必要的处理，然后将其经过GSM网络发送到保安中心，实现快速安全报警。 整个系统主要可以分为Zigb

3、ee协调器和Zigbee无线传感器节点两部分。 更多安防系统方案，请参看维库技术资料网 https:/data 1.1 Zigbee协调器 Zigbee协调器作为整个系统的中心担负了许多任务，因此对负责管理这个中心的控制器要求较高。 而传统的单片机在某些方面已无法满足要求，ARM由于其高性能、低功耗、低成本的特点正是替代传统单片机的。本设计选用ARM9处理器STR912FW44X6芯片为，外围扩展一系列功能模块，整个硬件构造如图2所示。 图2 Zigbee协调器构造图 其中STR912FW44X6是主控芯片，它是由意法半导体公司推出的基于ARM966E_S内核的高性能嵌入式芯片，运算速度达96

4、MIPS，支持单周期DSP指令.片内集成了544kB的Flash及96kB的SRAM，支持以太网、USB、UART、12C和CAN通信，有80个GPIO、8通道1O位AI）C、3相电机控制器、看门狗定时器和9个可编程DMA通道。系统用1片UART收发芯片TI公司的TL16C550将GSM模块连接到ARMCPU的GPIO，实现GSM短消息报警发送。 GSM通信模块选用西门子公司的TC35i模块，该模块性能稳定，价格低廉，具备GSM无线通信的全部功能，支持TEXT和PDU模式的短消息编码方式。在RF收发器上，本设计选用TI公司的Zigbee射频收发芯片CC2420，CC242o采用OQPSK调制方

5、式，支持数据传输率高达250kbps，能够实现点对多点的快速组网。另外，协调器还根据实际需要设计了RS232接口、键盘显示和现场报警电路。 1.2 Zigbee无线传感器节点 Zigbee无线传感器节点由安防传感器和Zigbee终端设备组成，如图3所示。Zigbee终端设备选用TI公司的Zigbee射频收发芯片CC2430，CC2430具有很高的性价比，在单个芯片上整合了Zigbee射频（RF）、内存和微控制器。 它使用1个8位MCU（8051），具有128kB可编程闪存和8kB的RAM，还包含模拟数字转换器（ADC）、定时器、AES128协同处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时

6、器、上电复位电路、掉电检测电路和21个可编程IO引脚。 图3 Zigbee无线传感器节点构造图 2 Zigbee技术介绍 Zigbee是Zigbee联盟的产物，这个由国际上100多家软硬件公司组成的联盟致力于制定一个短距离、低功耗、低速率、低成本的无线传感器网络标准。无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是指由大量成本相对低廉的，具有感知能力、计算能力、实时通信能力的传感器节点组成的嵌入式无线网络，是当前众多领域的研究和应用热点。 3 系统软件实现 GSM通信模块TC35i通过AT命令来开展控制，数据传输采用短消息方式。AT指令和短消息的编码、解码方式是本系统软件

7、设计的关键，下面重点对两者作详细的介绍。 3.1 AT指令介绍 AT（Attention）指令集是调制解调器通信接口的工业标准，现在市场上大多数手机均支持GSM7.05规定的AT指令集。该指令集是ETSI（欧洲通信技术委员会）发布的，其中包含了对SMS的控制说明。一般的GSM模块都支持AT指令，因此计算机或单片机可以通过串口直接向GSM模块发送AT指令，来方便地实现短信息SMS的发送、接收和管理。 3.2 短消息的编码方式 对短消息的控制共有3种模式：BlockMode；PDUMode；TextMode.目前，PDUMode已取代BlockMode，TextMode不支持中文并且大多数手机不支

8、持这种模式。而国内现在手机和GSM模块都支持PDU模式，为满足系统的通用性，本系统短消息采用PDUMode.那么什么是PDU模式昵？简单地说是发送或接收手机SMS的一种方法。PDU串表面上是一串ASCII码，由o9、AF这些数字和字母组成。它们是8位字节的十六进制数，或者是BCD码十进制数。PDU串不仅包含消息本身，还包含很多其他信息，如SMS服务中心号码、目标号码、回复号码、编码方式和服务时间等。发送和接收的PDU串构造是不完全相同的。下面介绍短消息的PDU编码格式（表1，表2）。 SCA：短信中心的地址，例如*为+8613800290500； FO：文件字节头，发短信时设为11； MR：信

9、息类型，通常取00； DA：目的地址； 0A：发送方地址； PID：协议指示标志，通常取O0； DCS：数据编码方案，O0为7bit编码，F6为8bit编码，O8为双字节编码； VP：有效期限； UDL：用户数据长度，即实际短信内容长度； UD：用户数据，即短信内容； SCTS：短消息中心时间戳。 表1 发送短信息的PDU格式 表2 接收短信息的PDU格式 3.3 发送和接收短消息 要发送和接收短消息，利用GSM模块和手机之间开展信息交换，首先就要对信息开展PDU格式的编码和解码。本系统采用Unicode的编码形式。Unicode是一种统一的字符编码标准，采用双字节对字符开展编码.这种Unicode的特点是所有的字符是以两个字节表示，不仅中文使用两个字节，而且英文也使用两个字节表示。 PDU模式下短消息收发的步骤为：用“AT+CMGF=0”设置为PDU模式；用“AT+CMGS=长度”，后面跟PDU包发送短消息；用“AT+CMGR=序号”来读取接收到的短消息。 例如，需要发送信息“家中被盗！”到手单片机首先通过串口向GSM模块发送AT+CMGS=25，等待返回ASCII字符“”，再输出PDU数据串并以Ctrl+Z键结束。发送程序如下： 其短信息数据的PDU编码解析如下表3所示： 表3 短信息数据