基于無線GSM的倉庫安全監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)(圖)

糧食、種子、蔬菜、食品在貯藏期間，對環(huán)境溫、濕度有特定要求，往往需要專人負(fù)責(zé)，稍有疏忽就會(huì)使所存物品變質(zhì)或腐爛，造成不必要的損失。基于無線GSM的倉庫安全監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)就是針對倉庫、糧庫等場所進(jìn)行溫濕度和安全監(jiān)控及報(bào)警而設(shè)定的方案。當(dāng)庫內(nèi)溫濕度不適宜商品貯存或發(fā)生火災(zāi)、漏水等危險(xiǎn)情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)通過GSM網(wǎng)絡(luò)把報(bào)警信息以短信和電話的方式傳送到管理員手機(jī)或集中監(jiān)控中心，使倉庫管理員可以在第一時(shí)間了解到報(bào)警情況并及時(shí)做出相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)對無人值守倉庫的遠(yuǎn)程控制。本系統(tǒng)采用GSM技術(shù)，用戶無須另外組網(wǎng)，節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用，且通信不受距離限制，覆蓋范圍廣，只要有GSM網(wǎng)絡(luò)的地方都可以使用，可靠性高。

系統(tǒng)的工作原理及組成
本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由安全監(jiān)測報(bào)警終端，GSM無線網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心三部分組成。安全監(jiān)測報(bào)警終端通過傳感器檢測安全指標(biāo)，利用GSM無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，將報(bào)警信息發(fā)送給監(jiān)控中心。另一方面，監(jiān)控中心可以向安全監(jiān)測報(bào)警終端發(fā)送查詢和控制短信命令，安全監(jiān)測報(bào)警終端收到命令后，將根據(jù)命令要求返回當(dāng)前的狀態(tài)信息給監(jiān)控中心或?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的操作，如打開排風(fēng)扇、關(guān)閉除濕機(jī)等。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

另外，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模大小不同，可以采用單房間監(jiān)控或多房間集中監(jiān)控的方式。單房間監(jiān)控是對一個(gè)房間范圍內(nèi)的多個(gè)布控點(diǎn)進(jìn)行溫、濕度和安全監(jiān)控，需要一個(gè)安全監(jiān)測報(bào)警終端和多個(gè)溫濕度傳感器。這時(shí)，監(jiān)控中心可以是一部手機(jī)。但如果需對眾多監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行集中管理，單純通過用戶手機(jī)就力不從心了，監(jiān)控中心就需要配備PC和手機(jī)模塊的組合，通過專門的管理平臺(tái)接收各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的報(bào)警信息，進(jìn)行統(tǒng)一集中的管理。我們在這里只討論單房間監(jiān)控的情況，即只討論安全監(jiān)測報(bào)警終端的設(shè)計(jì)。

硬件設(shè)計(jì)
安全監(jiān)測報(bào)警終端主要包括主控制器PIC18F452單片機(jī)、TC35i無線通信模塊、各種傳感器（溫濕度傳感器、煙霧傳感器等）、繼電器控制開關(guān)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)采用PIC18F452單片機(jī)為核心，配合各種傳感器作為采集設(shè)備，用以檢測各種安全信息，當(dāng)出現(xiàn)警報(bào)時(shí)，通過TC35i模塊給管理員手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信或打電話。管理員通過手機(jī)發(fā)送的控制命令也是通過GSM網(wǎng)絡(luò)到達(dá)TC35i，再傳到單片機(jī)，單片機(jī)分析處理后，再執(zhí)行相應(yīng)的操作。其中，單片機(jī)采用串行通信口與TC35i通信，通過固態(tài)繼電器控制排風(fēng)扇等設(shè)備。TC35i和SIM（Subscriber Identification Module）卡之間主要通過CCCLK和CCIO兩根信號(hào)線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

1 PIC18F452單片機(jī)
PIC18F452是Microchip公司推出的一款16位結(jié)構(gòu)的高性能增強(qiáng)型閃存微控制器，采用精簡指令集（RISC）設(shè)計(jì)，有兩級流水線，最高運(yùn)行頻率可達(dá)到10MIPS，能夠滿足系統(tǒng)對及時(shí)性的要求；單片機(jī)內(nèi)部有32KB的Flash程序存儲(chǔ)器，1.5KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和256B的EEPROM，存儲(chǔ)容量大，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展；中斷資源豐富，提供18個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級，并且中斷優(yōu)先級可配置，便于系統(tǒng)對多種/多個(gè)信息采集設(shè)備的處理；單片機(jī)內(nèi)部集成了看門狗電路，省去了設(shè)計(jì)看門狗電路的麻煩，且抗干擾性強(qiáng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖2 安全監(jiān)測報(bào)警終端原理框圖

2 TC35i通信模塊
TC35i是Siemens公司推出的新一代支持中文短信息的工業(yè)級GSM通信模塊，構(gòu)成如圖3所示。其主要由四部分構(gòu)成：GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源部分和Flash存儲(chǔ)器。其中，GSM基帶處理器是整個(gè)模塊的核心，由一個(gè)C166CPU和一個(gè)DSP處理器內(nèi)核控制模塊內(nèi)各種信號(hào)的傳輸、轉(zhuǎn)換、放大等處理過程。射頻天線部分主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，外部射頻信號(hào)與內(nèi)部基帶處理器之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換，匹配電源為處理器以及射頻部分提供所需的電源，40芯的ZIF(Zero Insertion Force)插座為用戶提供包括電源、數(shù)據(jù)輸入輸出、SIM卡音頻接口和控制等的接口。

TC35i模塊還自帶RS232通信接口，可以方便地與PC、單片機(jī)連接；可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，信號(hào)好。該模塊向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。它支持TEXT和PDU模式的短消息，本系統(tǒng)采用支持中文短消息的PDU模式。

3 傳感器單元
傳感器單元是系統(tǒng)的又一關(guān)鍵組成部分，決定著系統(tǒng)的報(bào)警靈敏度和誤報(bào)率。本系統(tǒng)包括了溫濕度傳感器、煙霧傳感器和水浸傳感器。

溫濕度傳感器SHT10是一款高度集成的數(shù)字溫濕度傳感器，采用專利的CMOSens技術(shù)，可抵御來自外界的影響，即使將傳感器浸入到液體中也不會(huì)受到損害；此外，溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起，使測量精度提高并且可以精確得出露點(diǎn)值，并且不會(huì)產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化而引起的誤差。
煙霧傳感器是無線離子式煙霧傳感，這是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器。它在內(nèi)外電離室里面有放射源，電離產(chǎn)生的正、負(fù)離子在電場的作用下向正負(fù)電極移動(dòng)。正常情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動(dòng)，電流、電壓就有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，產(chǎn)生信號(hào)。

水浸傳感器采用支架式針式探頭傳感器，根據(jù)電極浸水阻值（水浸阻值）變化原理，由專用集成芯片進(jìn)行信號(hào)放大、整形、比較，輸出高低電平。

4 繼電器控制單元
單片機(jī)通過控制相應(yīng)I/O腳輸出電平的高低來控制繼電器的吸合和斷開，從而控制排風(fēng)機(jī)等設(shè)備的開關(guān)。本系統(tǒng)的繼電器選用JGX-50F型固態(tài)繼電器，它是與微電子技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的一種新型無觸點(diǎn)電子開關(guān)器件，具有開關(guān)無觸點(diǎn)、無火花、無噪聲、耐震動(dòng)、壽命長、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。JGX-50型繼電器輸入電流為5～40mA，關(guān)斷電壓1.5V，額定輸出電流50mA，輸出電壓范圍為20～220V，滿足系統(tǒng)的要求。

圖3 TC35i功能框圖

軟件流程
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于單片機(jī)的編程。通過向TC35i寫入不同的AT指令，能完成多種功能，如檢測卡座中是否插入了SIM卡、GSM網(wǎng)絡(luò)登錄，讀取SIM卡上的電話號(hào)碼，發(fā)送SMS消息，接收SMS消息，控制繼電器輸出等。其主程序流程如圖4所示。其中，初始化的工作包括設(shè)置串口速率、GSM無線網(wǎng)絡(luò)登錄以及設(shè)置短消息模式為PDU等，PDU編碼即按PDU的編碼規(guī)則產(chǎn)生相應(yīng)的PDU串。PDU模式收發(fā)短信可以使用3種編碼：7bit、8bit和UCS2編碼，這里我們采用的是UCS2編碼。其中，中斷1來自傳感器的，中斷2來自Tc35i模塊。

圖4 單片機(jī)程序主流程

結(jié)語
本系統(tǒng)是全無線系統(tǒng)，不用布線，安裝方便。特別適用于倉庫等有線網(wǎng)絡(luò)不能到達(dá)的地方。而且系統(tǒng)成本不高，易于推廣。同時(shí)，由于系統(tǒng)傳感器的可裁減性，通過配備不同的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)其他特定場合如機(jī)房、養(yǎng)殖室等的安全報(bào)警，有著廣泛而誘人的應(yīng)用前景。