（电路与系统专业论文）智能小区管理中心系统的研究与设计[电路与系统专业优秀论文].pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 ( 随着i t 技术的进步，智能小区陆续出现并得到了飞速的发展。它在传统住宅小 区的基础上，采用现代化的计算机技术、传感技术、数据传输技术、网络技术、自动 控制技术等各种先进的技术，不断提高住宅小区的智能化水平，增强小区安全防范的 能力，完善小区的信息管理功能。本课题提出了建立小区管理中心系统的设计构想， 并对设计方案、关键技术、系统功能等方面进行了研究和分析。 智能小区管理中心系统是整个小区的核心，存储着小区的各种数据信息，并且辅 助小区管理人员对小区的智能化管理，同时，监控小区住宅的安全状况，完成智能小 区的安全防范子系统、管理和监控子系统以及信息网络予系统的有机结合和资源共 享o 、移 论文的工作围绕着智能小区的管理中心系统的开发这一课题展开首先介绍了系 统的结构和组成。根据实际要求，提出了管理中心系统软件的设计目标，并进行了软 件的总体方案设计。接着详细介绍t d , 区中心管理软件系统各个模块的开发过程，内 容包括数据库模块设计，通过对多种数据库访问技术的比较，我们选择a d 0 技术作 为我们数据库访问接口，实现了小区各种数据的访问；通用多串1 3 类的开发，通过对 w i n d o w s 系统的线程和同步的研究，开发出了一个可靠的通用多串口类；视频监控模 块设计，通过对v f w 的研究，实现了智能小区远程视频监控的功能：电子地图和电 子巡更模块设计，通过对该模块的设计，提供了小区的自动管理和智能管理：g s m 报警模块设计，通过对g s m 协议的分析，完成了g s m 中文短消息的发送：以及远 程抄表模块设计等。通过对这些模块的设计，较好地解决了目前智能小区管理中心软 件系统的综合性不高、智能化程度有限的问题，并对将来小区的智能化水平的进一步 提高进行了探讨。 f 该系统在现场运行中稳定可靠，极大提高了小区的智能化水平，方便了小区的智 能管理，成功实现了智能小区的安全防范子系统、管理和监控子系统以及信息网络子 系统的智能化平台，并为智能小区今后的发展奠定了基础。j 关键词：智能小区 数据库 l 客户程序 一一。_ 孟脉 o l e - ls o l o l e d b d l l1 l 、 d b 使用o l ed b i 的数据库应h - - ，。v 1 。- 。- 用程序 一l 雌j 钧r 3 5 虬l 一。1 啪文件 、r 图5 5 a d o 体系结构 从图5 5 可以看出a d o 的底层是o l ed b ，不仅能访问关系型数据库，也可以访 问非关系型数据库，可以说这是现在最快速的数据库访问中间层。a d o 对o l ed b 的包装相当成功，对象模型简明扼要，没有点多余的东西，支持任何的o l ed b 服 务器，并且不损失o l ed b 的功能，还具有可扩展性，能够支持c o m 的扩展数据类 型，功能远超d a o 、r d o 。 综上所述，并考虑到小区的可扩展性，特别是网络方面的扩充，我们采用a d o 数 据库访问技术。 5 2 s 代码设计 a d o 对象模型包括以下几个关键对象【3 2 j ： 1 c o n n e c t i o n 对象 在数据库应用里操作数据源都必须通过该对象，这是数据交换的环境，c o n n e c t i o n 对象代表了同数据源的一个会话。借助于c o n n e c t i o n 对象的集合、方法和属性，可以 使用o p e n 和c l o s e 方法建立和释放一个数据源连接。使用e x e c u t e 方法可以执行一个 数据操作命令。通过操作t h ee r r o r s 集合可以获取和处理错误信息，操作 c o m m a n d 7 f i m e o u t 属性可以设置连接的溢出时间。 2 c o m m a n d 对象 c o m m a n d 对象是一个对数据源执行命令的定义，使用该对象可以查询数据库并返 华中科技大学硕士学位论文 回个r e e o r d s e t 对象，可以执行一个批量的数据操作，也可以操作数据库的结构。 3 p a r a m e t e r 对象 p a r a m e t e r 对象在c o m m a n d 对象中用于指定参数化查询或者存储过程的参数。借 助于p a r a m e t e r 对象的集合、方法和属性，可以通过设置n a m e 属性指定参数的名称， 通过设置v a l u e 属性可以指定参数的值，通过设置a t t r i b u t e s 和d i r e c t i o n 、p r e c i s i o n 、 n u m e r i c s c a l e 、s i z e 与t y p e 属性可以指定参数的信息，通过执行a p p e n d c h u n k 方法 可以将数据传递到参数里。 4 r e c o r d s e t 对象 如果执行的命令是一个查询并返回存放在表中的结果集，这些结果集将被保存在 本地的存储区里。r e e o r d s e t 对象是执行这种存储的a d o 对象。通过r e e o r d s e t 对象 可以操作来自数据提供者的数据，包括修改和更新行、插入和删除行。 5 f i e l d 对象 r e c o r d s e t 对象的一个行由一个或多个f i e l d s 对象组成，它保存了数据表各个字段 的名称、数据类型和值，这些值来自数据源的真正数据。为了修改数据源里的数据， 必须首先修改r e c o r d s e t 对象各个行里的f i e l d 对象里的值，最后r e e o r d s e t 对象将这 些修改提交到数据源。 6 e r r o r 对象 e r r o r 对象包含了a d o 数据操作时发生错误的详细描述。 7 p r o p e r t y 对象 p r o p e r t y 对象代表了一个由提供者定义的a d o 对象的动态特征。 a d o 的对象模型如图5 6 所示。 图5 6a d o 对象模型 华中科技大学硕士学位论文 通常情况下，基于a d o 的数据库访问有如下几个操作过程： 1 创建一个c o n n e c t i o n 对象。定义用于连接的字符串信息，包括数据源名称、 用户i d 、口令、连接超时、缺省数据库以及光标的位置。一个c o n n e c t i o n 对象代表 了同数据源的一次会话。可以通过c o n n e c t i o n 对象控制事务，即执行b e g i n t r a n s 、 c o m m i t t r a n s 和r o l l b a c k t r a n s 方法。 2 打开数据源，建立同数据源的连接。 3 执行一个s q l 命令。一旦连接成功，就可以运行查询了。可以用同步方式运 行查询，也可以异步地处理查询结果，a d o 会通知提供者后台提供数据。这样可以 让应用程序继续处理其他事情而不必等待。 4 使用结果集。完成了查询以后，结果集就可以被应用程序使用了。在不同的光 标类型下，可以在客户端或者服务器浏览和修改行数据。 5 终止连接。当完成了所有数据操作后，可以销毁这个同数据源的连接。 值得注意的是，在代码的编写过程中，我们应该尽量用t r y ，c a t c h 结构来打开并 操作数据库，否则，这些a d o 操作中出现的错误将引起程序的崩溃，所以需要在操 作过程中捕捉这些错误，并终止错误操作。在a d o 中，我们使用c o r ne r r o r 结构获 得捕获的错误信息。 上面所述的是a d o 数据访问的基本操作方法，在实际的开发过程中我们常常需 要存储较大的二进制数据对象【3 3 1 ，比如图象、音频文件或其它二进制数据，这些数据 我们称为二进制大对象b l o b ( b i n a r yl a r g eo b j e c t ) ，其存取的方式与普通数据有所区 别。例如在我们的小区数据库系统的开发过程中，如果能将住户的相片存放在我们的 数据库当中，将有助于我们对小区的管理。如小区的门口机的门禁系统的开启有三种 方式，其中一种就是住户呼叫管理中心，管理中心启动远程监视系统，住户的图象通 过监视系统传到小区中心，小区管理员再判断是否要开门。这时，如果在小区的管理 中心有一个各个住户照片的数据库系统，就可以方便管理员对住户的判断，这就是我 们要涉及的图象数据库的设计问题。a d o 技术对这种操作有很好的支持。 如我们有一张名为u s e r i n f o 的表，包含三个字段：i d ，l l s e m s m e ，o l d ，p h o t o 。其 中，i d 字段为i m 型，u s e m a l m e 字段为n v a r c h a r 型，o l d 字段也为i n t 型，p h o t o 则为 i m a g e 类型的字段，存储住户的照片信息。 b l o b 类型的数据无法用普通的方式进行存储，我们需要使用a p p e n d c h u n k 函数， a p p e n d c h u n k 包含在f i e l d 对象中，原型如下： h r e s u l t a p p e n d c h u n k ( c o n s tv a r i a n tt & d a t a ) ： 迪錾厦型主亘丝重型苤壁笪旦壁星婺塑莶塑三堂型垫塑墼笪绝坠基垫盟! 耋型 华中科技大学硕士学位论文 的变量，下面我们给出具体的代码并作简单的分析。 我们假设mp b m p b u f f e r 指针指向一块长度为m _ n f i l e l e n 的二进制数据。并且已 经成功打开了记录集对象m _ p r e c o r d s e t 。 c h a r + p b u f 。mp b m p b u f f e r ； v a r i a n tv a r b l o b ： s a f e a r r a y + p s a ； s a f e a r r a y b o u n dr g s a b o u n d 1 ； m _ p r e c o r d s e t - a d d n e w ( ) ； i f f p b u o r g s a b o u n d 0 i l b o u n d = 0 ： r g s a b o u n d 0 e e l e m e n t s = mn f i l e l e n ； p s a 2s a f e a r r a y c r e a t e ( v r - u 1 1 ，1 ，r g s a b o u n d ) ； f o r ( 1 0 n gi 2o ；i g c t f i e l d s o - g e t l t e m ( ”p h o t o ”) - a p p e n d c h u n k ( v a r b l o b ) ； i n , x , b l o b 类型的数据 m _ p r e c o r d s e t - u p d a t e o ； ，保存我们的数据到库中 对应于保存数据时我们所使用的a p p e n d c h u n k 函数，读取数据应该使用g e t c h u n k 函数，g e t c h u n k 的原型如下： v a r i a n t _ tg e t c h u n k ( 1 0 n gl e n g t h ) ； 给出数据的长度后g e t c h u n k 将返回包含数据的v a r i a n t 类型变量，然后我们可 以利用s a f e a r r a y a c c e s s d a t a 函数得到州a n t 变量中指向数据的c h a r + 类型的指针， 以方便我们的处理，具体代码如下。 l o n gi d a t a s i z e2m _ p r e c o r d s e t - g e t f i e l d s o - g e t l t e m ( ”p h o t o 。) - a c t u a l s i z e ； ，得到数据的氏度 i f ( i d a t a s i z e o 、 巡堕盥些盟 4 4 华中科技大学硕士学位论文 v a r b 。o b = m _ p r e c o r d s e t - g e t f i e l d s o - g e t l t e m ( ”p h o t o ”1 - g e t c h u n k ( i d a t a s i z e ) ； i f f v a r b l o b v t 一( v t a r r a yv t u 1 1 ) ) 笋t l 断数据类型是否正确 c h a r + p b u f = n u l l ； s a f e a r r a y a c c e s s d a t a ( v a r b l o b p a r r a y , ( v o i d ”) & p b u 0 ；，得到指向数据的指针 ，”在这里我们可以对p b u f 中的数据进行处理 + s a f e a r r a y u n a c c e s s d a t a ( v a r b l o b p a r r a y ) ； 通过上述程序代码，我们实现了b l o b 数据在数据库中的存取，借助于这一技术 我们成功地实现了将住户的图象照片信息存储在数据库系统中。 一- 4 5 华中科技大学硕士学位论文 6 管理中心功能软件模块开发 管理中心功能软件模块是智能小区管理中心软件系统的高层次的应用模块，主要 包括视频监控模块、语音处理模块、电予地图模块、电子巡更模块、g s m 报警模块、 远程抄表模块以及其他相关模块等。本节介绍了这些模块的设计构想和实现过程。 6 1 视频监控模块 视频监控是智能小区系统的一个重要功能1 3 4 】，管理中心需要随时掌握小区重要地 点的安全状况，并对突发事件作出及时的响应，因此，一个远程监控系统对于小区的 安全运行有着重要的作用，同时，管理中心端可以存储远程的图象信息和视频信息， 方便了小区的管理。视频监控示意图如图6 1 所示。 复 固 用 苴 墨 兀 f 理中心计算o 6 1 1v f w 简介 图6 1 视频监控模块框图 v f w ( v i d e of o rw i n d o w s ) 是m i c r o s o f t l 9 9 2 年推出的关于数字视频的一个软件 包，它能使应用程序数字化并播放从传统模拟视频源得到的视频剪辑。w i n d o w s 9 5 以 后的版本中，自动安装了v f w ，因此我们可以方便地使用它。v i s u a l c + + 在支持v f w 方面提供有v f w 3 2 1 i b 、m s a c m 3 2 1 i b 、w i n m m 1 i b 等类似的库。特别是它提供了功能强 大、简单易行的窗口类a v i c a p 。a v i c a p 为应用程序提供了一个简单的、基于消息的 接口，使之能访问视频和波形音频硬件，并能在将视频流捕获到硬盘上的过程中进行 控制。 签鉴堑要坠塞望塑垫墼鱼堑! ! ! ! 蹩= 塑塑鎏塑童塑堕塑壅型二尘些! 苎堡! ! 华中科技大学硕士学位论、文 ( 2 ) 动态地同视频和音频输入器件连接或断开；( 3 ) 以o v e r l a y 或p r e v i e w 模式对输 入的视频流进行实时显示；( 4 ) 在捕获时可指定所用的文件名并能将捕获文件的内容 拷贝到另一个文件：( 5 ) 设置捕获速率；( 6 ) 显示控制视频源、视频格式、视频压缩 的对话框：( 7 ) 创建、保存或载入调色板；( 8 ) 将图像和相关的调色板拷贝到剪贴板： ( 9 ) 将捕获的一个单帧图像保存为d i b 格式的文件。其中，a v i c a p 为我们提供了 视频显示的两种模式。( 1 ) 预览( p r e v i e w ) 模式：该模式使用c p u 资源，视频帧先 从捕获硬件传到系统内存，接着采用g d i 函数在捕获窗中显示。在物理上，这种模式 需要通过v g a 卡在监视器上显示。( 2 ) 迭加( o v e r l a y ) 模式：该模式使用硬件迭加 进行视频显示，迭加视频的显示不经过v g a 卡，迭加视频的硬件将v g a 的输出信 号与其自身的输出信号合并。形成组合信号显示在计算机的监视器上只有部份视频 捕获卡才具有视频迭加能力。 与普通s d k 编程一样，视频捕获编程也要涉及到视频捕获的结构、宏、消息和函 数。让编程人员感到轻松的是，发送a v l c a p 窗口消息所能完成的功能都能调用相应 的宏来完成。例如，s e n d m e s s a g e ( h w n d c a p ，w mc a pd r i v e rc o n n e c t , 0 0 l ) 与c a p d f i v e r c o n n e c t ( h w n d c a p ，o ) 的作用相同，都是将创建的捕获窗同视频输入器 件连接起来。 6 1 2 利用n 实现视频监控 1 ) 视频捕捉初始化 这一部分主要完成检测视频卡驱动程序是否支持v f w ，以及建立视频采集窗口， 并将视频采集窗口连接到视频卡驱动程序。只有当驱动程序支持v f w 接口时，后续 的操作才有可能，因此这一步是很必要的 3 5 】。当检测到驱动程序支持v f w 接口后， 我们建立了一个视频采集窗口，该窗口用来接收视频捕捉驱动程序传来的数据和消 息。v f w 提供c a p c r e a t e c a p t u r e w i n d o w 函数用于建立视频采集窗口。调用成功则返 回视频捕捉窗口的句柄，否则返回n u l l 。 视频采集窗口建立后，我们需要将建立的视频捕捉窗口与视频设备驱动程序相 连。程序如下所示： b o k 。c a p d r i v e r c o n n e c t ( h w n d c a p ，n l n d e x ) ； 其中，h w n d c a p 为创建视频采集窗1 2 1 时，所返回的视频捕捉窗口的句柄，n h d e x 为 检测视频卡驱动程序后，查询得到的视频卡驱动程序的索引号。 2 ) 视频捕捉设置、 一一 4 7 华中科技大学硕士学位论文 v f w 下视频捕捉参数的设置可以通过调用函数或弹出对话框的形式来实现。一般 视频驱动程序允许设置的参数包括视频显示刷新率、视频源选择、视频格式、视频显 示格式等p “。 3 ) 图像保存 在管理中心端，我们有时需要对监控到的静态图象或动态图象进行存盘，以备以 后查询或管理。a v i c a p 为我们提供这样的能力，我们可以用程序代码来实现保存单 帧静态图像和保存动态图象的操作，分别如下所示： c a p f i l e s a v e d i b 0 a w n d c a p ，d i b f i l e n a m e ) ；将静态图象保存到文件 e a p f i l e s e t c a p t u r e f i l e o a w n d c a p ，a v i f i l e n a m e ) ； 设置存盘文件名 c a p c a p t u r e s e q u e n c e ( h w n d c a p ) ； 开始a v i 动态存盘 4 ) 设置回调函数 v f w 通过回调函数来通知程序视频事件的发生，比如捕捉一帧图像成功的消息、 捕捉出错的消息等。通过回调函数，我们可以获得捕获到的图象的原始数据，通过对 原始数据的处理，我们可以使获得的视频数据满足我们的特定要求。：w i c a p 的回调 甬数中包括视频流回调函数，应用程序在视频的流捕获中利用该函数访问捕获的原始 数据：图象帧回调函数，应用程序在预览的模式下可以利用该函数访问待显示的图象 数据。 a v i c a p 利用c a p s e t c a l l b a e k o n v i d e o s t r e a m 0 消息宏函数设置流回调函数，利用 c a p s e t c a l l b a c k o n f r a m e 0 宏函数设置帧回调函数。回调函数设置后，流回调函数在视 频流捕获的每帧图象存盘之前被w i n d o w s 调用，帧回调函数在预览的图象显示之前 被调用。回调函数是由w i n d o w s 操作系统来调用的消息响应函数，a v i c a p 子集中的 回调函数是在采集卡的驱动程序向w i n d o w s 发出中断的消息时由w i n d o w s 来响应的。 回调函数及时地反映了诸如帧图象地捕获完成、采集卡的状态改变、捕获后台线程让 出c p u 控制权等重要信息，在应用程序中有着重要的应用。 5 ) 结束捕捉 结束捕捉时应该做一些清除工作。如释放分配的内存，断开捕捉窗口与视频捕捉 驱动程序的连接，清除视频捕捉窗口等。例如： c a p d r i v e r d i s c o n n e e t ( h w n d c a p ) ； d e s t r o y w i n d o w ( h w n d c a p ) ； c c a p t u r e w n d 窗口类为捕获数字视频流及其相关操作提供了很大的方便，在本系 统的开发中，我们利用这个窗口类，有效地实现了对小区重要地段的远程视频监控工 一_ - _ - - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ 一 4 8 整个视频采集的流程图如图6 2 所示。 创建视频捕获窗口 注册系统回调函数 设置捕获窗口相关参数 连接视频采集设备 获取视频采集设备的能力及状态信息 设置捕获窗口的显示模式 捕获图象到缓存或文件井进行处理 终止视频捕捉并断开与视频采集设备的连接 6 2 语音处理模块 图6 2 视频采集流程图 智能小区的语音通信包括：住户与小区管理中心、门口机与小区管理中心、住户 与住户之间的语音通信以及对远程语音信息的监控。在本系统的开发中，我们单独采 用了一根音频线，实现了语音通信的功能。各个住户分机、门口机和小区管理中心通 过音频线互相连接，实现了小区内的语音通信。 ， 在语音通信模块的设计中，我们遇到的一个常见问题就是干扰和噪声对语音信号 的影响，因此我们设计了一个语音处理模块对干扰和噪声进行抑制。本节就噪声对语 音信号的影响以及语音增强进行讨论。 语音增强的目的就是要去掉含噪语音信号中的噪声和干扰的影响。语音增强的应 用场合，一般可以分为两种：一种是双信道的情况，另一种是单信道的语音增强，语 音和噪声存在于同一信道中，这是最常见也最难处理的一种情形。一般双信道的语音 增强，可以采用自适应滤波的技术；而单信道的语音增强系统，一般可采用谱相减， 相关相减以及子空间分解的方法i 圳。 谱相减法是从含噪语音中去除噪声的估计，从而得到干净语音的功率谱或幅度谱 的一种方法p 。设s 。( 打) 是加窗后的语音信号，它是短时平稳的，d 。( 珂) 是加窗后的与 s 。( ”) 不相关的加性噪声，则加窗后的含噪语音可表示为： 4 9 华中科技大学硕士学位论文 ：。一 y 。( ) = s w ( n ) + d ，( n ) ( 6 1 ) 将式( 6 1 ) 两边做d f t ，并利用d w ( n ) 与s 。( ”) 不相关的性质，可得： i y ( m ) i2 = ；s ( 圳2 + l d ( 0 1 2 ( 6 2 ) 式( 6 2 ) * l d ( m ) 1 2 不能直接且精确的得到，因而通常用e i d ( m ) 1 2 】来近似： l 雪( m ) 1 2 = 1 w ) 1 2 一z t l d ( m ) 1 2 】 ( 6 3 ) 由于人耳对语音的幅度比较敏感，而对语音的相位不敏感，所以通常用含噪语音的相 o(删)=西r(m)(6-4) 雪( 研) = p ( 珊) - 。一。佃= p ( 历) i 。砷l 枷 ( 6 5 ) 便的，将含噪语音作为滤波器的输入，滤波器的输出则为纯净语音的一个估计。 雪( 小) = 】，( 肌) 日( 埘) = y c 州，( m a x ( 瞥， “4 c s s ， 叫州辫，矿 蝴漉艉引6 - - 6 ) 札1 “辫锕黜璇氲龇瑚粮岘 必须注意的是式(中，一 二二有可能出现负值，因此，通常在出现 i y ( m ) i “ 负值的这些频率上将h 俪) 置为0 ，或一个很小的正数芦，来实现噪声底线。改变 k ，斫日p 可以实现残余噪声和语音信号失真的折中。通常。k 取1 5 ，渑过改变k 值可 以控制对噪声的过度估计。当口= 1 时，为幅度谱相减，当口= 2 时，为功率相减。 谱减法可以较大幅度地减少噪声的干扰，但在估计的纯净语音中，不可避免的会 出现一定数量的“音乐噪声”。为了抑制这种“音乐噪声”，以使之更易为听者所接收， 人们提出了各种改进方法，如语音休止期间的信号衰减，帧间幅度谱平均，降低帧间 信号波动，时频滤波等。这里我们运用人耳听觉模型的遮蔽效应来进一步抑制噪声。 5 0 华中科技大学硕士学位论文 人耳的遮蔽效应是指当两个响度不等的声音作用于人耳时，响度较高的频率成分 的存在会影响到对响度较低的频率成分的感受，使其变得不易察觉。也就是说，语音 信号能遮蔽与其同时进入听觉系统的一部分能量较小的噪声信号，从而使这部分噪声 不为人所感知【3 9 l 。噪声要被感知，它必须超过一定的阈值，这个阈值称为遮蔽闽值。 基于此，我们并不需要完全将噪声消除( 完全消除噪声的结果往往会带来语音信号的 更大失真和可懂度的下降) ，而只需将存在的残余噪声抑制到遮蔽阈值门限以下，从 而使噪声不被感知。 整个系统的实现可以分为以下几个步骤： 1 ) 谱分解：含噪语音经过加窗，并通过f f t 转换到频域，从而得到幅度谱。 2 ) 语音噪声检测和噪声估计：这个模块用语音激活检测技术( v a d ) 来检测该帧是 语音还是噪声，并用噪声帧更新对噪声的估计。 3 ) 谱相减：利用谱相减方法抑制含噪语音中的噪声。 4 ) 计算噪声的遮蔽阈值：通过谱相减法得到的语音用来对遮蔽阈值进行估计。通过 人耳对频率的选择效应和它的遮蔽特性的模型，计算噪声遮蔽阈值。 5 ) 加权滤波：将谱减法得到的语音作为滤波器的输入，滤波器的特性是根据第4 步 中计算的噪声遮蔽阂值来确定的。 6 ) 傅立叶逆变换：改进的语音频谱与原始的含噪语音的相位相结合，并通过i f f t 转 换到时域中。增强的语音信号通过重叠相加法重构。 整个计算过程可用图6 3 来表示。 图6 3 改进的谱减法语音增强方框圈 华中科技大学硕士学位论文 其他的语音增强的方法，可参考文献【4 0 , 4 1 。通过对语言增强的研究，我们可以进 一步对小区内的语音通信模块进行加强，减小语音通信过程中噪声的干扰，提高小区 中心与住户或门口机的语音信息交换的可靠性和舒适性。同时，可以为小区进一步的 智能化，如小区中心端说话人识别等，提供参考。 6 3 电子地图和电子巡更模块 电子地图模块也是智能小区系统的一个重要模块，它为小区其他功能的实现提供 了基础，在这个基础上我们实现了可视化报警显示以及电子巡更的功能。本系统采用 的地图为已经存在的地图文件。当一个地图打开后，我们第一步就是对地图进行编码， 满足我们后续的要求 4 2 1 。考虑到后续操作的要求( 报警灯的显示和巡更路线的管理) ， ! 我们仅对门口机所在的位置进行在地图上的定标，将各个门口机与地图上的坐标对应 起来，同时，与一个详细地图相关联，做到总体粗略地图和局部详细地图的共同支持。 门口机号只能从住宅编号数据库中获得，避免了地图上的点与门口机号对应不起来的 情况。同时，我们可以在地图上通过鼠标的操作完成门口机的添加、修改和删除的工 作。地图的编码操作将地图文件转化成了我们所需要的数字信息，报警灯显示和巡更 路线设置等功能的实现就可以直接利用地图的编码信息，而不需要在地图上做任何其 他的设置。 在完成电子地图的编码后，我们就可以实现电子巡更，本系统的电子巡更的设置 包括建立巡更路线、设置巡更路线详细信息、设置具体排班和生成数据库这四个步骤。 我们提供了两种方式来实现上述的功能，一种方式是纯文字方式，全部工作都基于对 数据库的直接操作；另一种方式是图形方式，我们直接在电子地图上通过鼠标来完成 巡更路线的设置，使设置工作便捷、合理。其设计思想为，首先输入路线号，如果该 路线存在，则显示出巡更路线的具体设置：如果该巡更路线不存在，则不显示，用户 可以通过鼠标来添加门口机到该巡更路线数据库中，并设置各个门口机的详细信息， 这些信息包括到达时间、误差范围和巡更员i d 等。这里我们提供了两种方式的设置， 一种是手动设置，要求管理员对每个门口机的这些信息都进行设置：一种是自动设置， 华中科技大学硕士学位论文 用户只用设置巡更路线中第一个门口机的到达时间，并提供各个门口机之间的时间间 隔和误差范围，系统自动根据各个门口机在路线中出现的先后顺序将门口机的详细信 息设置。在巡更路线设置好后，我们需要将它与具体的巡更日期相关联，并自动生成 巡更数据库。这样，我们就完成了巡更排班的设置。 巡更排班可以打印出来，分发给巡更员，巡更员根据巡更排班的信息，在指定日 期的指定时间，到达指定门口机，刷卡，刷卡信息经由门口机传到管理中心，中心根 据刷卡号、门口机号、刷卡时间和当前日期判断出该巡更员的巡更状态，如缺勤、按 时到达、迟到以及无效信息等。这种方式操作方便且易于管理，为小区的安全提供了 保障。 6 4 g s m 报警模块 前面我们讨论的报警系统都是基于有线方式的，但在一些情况下，这种方式也存 在着一定的缺陷，如信号传输线被剪断，报警信号就不能传到小区中心，而造成住户 财产的损失。同时，用户也需要及时了解自己家里的警情状态，为此，我们在小区管 理中心端加上一个g s m 发送接收模块，完成无线报警接警信号的发送和接收。 6 4 1 短信业务的原理及实现过程 短消息业务与话音传输及传真一样，同为g s m 数字蜂窝移动电信网络提供的主 要电信业务，它是通过无线控制信道进行传输的。短信业务又分点对点短信( s m s ) 和小区广播短信( c b s ) 。 短信的实现过程【4 3 1 ： 1 信息发送者发送点对点短信的全过程：移动用户将包含有短信中心( s m c ) 号 码、信息接受者号码、信息内容的短信发送到所在m s c v l r ，该m s c v l r 根据此 短消息中的短信中心号码寻址到短信业务互连m s c ，并将短信发送出去，短信业务 互连m s c 再将其转发至短信中心。短信中心收到后，向短信业务互联m s c 回送证实 信号，短信业务互连m s c 将证实信号转发至信息发送者的m s c ，最后到达信息发送 5 3 华中科技大学硕士学位论文 者。 2 短信中心向信息接收者发送短信的信令过程：短信中心向短信业务入口m s c 发出短信，短信业务入口m s c 根据收到的短信中的被呼叫用户号码向被叫归属h l r 查询，得到被叫位置信息后，向被叫所在m s c v l r 发送短信，由该m s c v l r 将短 信转发给用户，用户收到短信后，由该m s c v l r 发送证实信息，该证实信号经短信 业务入口m s c 送到短信中心( m s c ) ，发送完毕。 一般来说，短信业务具有无需另建基站、覆盖范围大、开发性强等优点，但由上 面短信发送的过程，我们可以看出短信需要在短信中心存储转发，因此实时性较弱。 另外，由于短信的传送占用的是控制信道，因此无线容量有限。在业务量较高时，可 能会因为短信中心的处理能力有限及无线信道阻塞而影响信息的及时传送和出现业 务失败的情况。 6 4 2 g s m 发送接收模块 在本系统中，我们使用s i e m e n s 的t c 3 5 模块来完成短消息的发送和接收。t c 3 5 模块是s i e m e n s 最新推出的新一代g s m 模块，该模块集射频电路和基带于一体，向 用户提供标准的a t 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。 t c 3 5 模块及其扩展接口如图6 4 所示】。 天 图6 4 g s m 收发模块框图 t c 3 5 的数据输入输出接口实际上是一个串行异步收发器，它符合i t u tr s 2 3 2 接口标准，它有固定的参数：8 位数据位和l 位停止位，无校验位，波特率在3 0 0 b p s 一1 1 5 k b p s 之间可选，硬件握手信号用r t s 0 c t s 0 ，软件流量控制用x o n x o f f ， 一_ 5 4 华中科技大学硕士学位论文 c m o s 电平，支持标准的a t 命令集。通过这一接口可以用a t 命令切换操作模式， 可以使它处于语音、数据、短消息或传真模式。 6 4 3 a t 指令及g s m 模块的控制 我们采用a t 指令完成对g s m 模块的控制，常用的与g s m 控制相关的a t 命令 如表6 1 所示【45 1 。 表6 1 相关的g s m a t 指令 a t 指令功 能 a t + c m g cs e n da ns m sc o m m a n d ( 发出一条短消息命令) a t + c m g dd e l e t es m s m e s s a g e ( 删除s i m 卡内存的短消息) a t + c m g fs e l e c t s m s m e s s a g e f o r m a t e ( 选择短消息信息格式：o - p d u ；i 一文本) l i s ts m sm e s s a g ef r o m p r e f e r r e ds t o l e ( 列出s i m 卡中的短消息 a t 忙m g lp d u t e x t ：0 “r e cu n r e a d ”- 未读，1 “r e cr e a d ”已读，2 “s t o u n s e n t ”待发，3 “s t o s e n t ”已发，4 “a l l ”全部的) a t + c m g rr e a ds m s m e s s a g e ( 读短消息) a t + c m g ss e n ds m s m e s s a g e ( 发送短消息) a t + c m g ww r i t es m s m e s s a g e t o m e m o r y ( 向s i m 内存中写入待发的短消息) a t _ h c m s ss e n ds m s m e s s a g ef r o ms t o r a g e ( 从s i n i m 内存中发送短消息) a t + c n m in e ws m s m e s s a g ei n d i c a t i o n s ( 显示新收到的短消息) a t + c p m sp r e f e r r e ds m s m e s s a g es t o r a g e ( 选择短消息内存) a t + c s c as m ss e r v i c ec e n t e r a d d r e s s ( 短消息中心地址) n 升c s c bs e l e c tc e l lb r o a d c a s tm e s s a g e s ( 选择蜂窝广播消息) a t + c s m ps e ts m st e x tm o d ep a r a m e t e r s ( 设置短消息文本模式参数) a t + c s m ss e l e c tm e s s a g es e r v i c e ( 选择短消息服务) 发送短消息的主要编程过程如下【4 6 】： 1 ) 连接测试 通过串口向g s m 模块发出“a t ”指令，若g s m 模块返回“o k ”则表明计算机与 g s m 模块已连接成功，g s m 模块能够正常工作。这时就可以使用各类a t 命令了。 2 ) 设置短消息中心 向g s m 模块发出a t + c s c a = ”+ 8 6 1 3 8 0 0 2 7 0 5 0 0 ”命令，其中8 6 1 3 8 0 0 2 7 0 5 0 0 为短 消息中心的号码。需要注意的是，短消息中心一般不会改动，如果短消息中心号码改 动，在使用“a t + c s c a 语句时，g s m 模块必须要重新启动，否则g s m 模块不能正 华中科技大学硕士学位论文 常工作。 3 ) 设置短消息发送格式 向g s m 模块发出a t + c m g f = i ( 1 - t e x t ；0 - p d u ) 命令，若返回为o k 的话，则表 明设置成功；否则，返回e r r o r ，设置不成功。 4 ) 发送短消息 向g s m 模块发出a t + c m g s = ”1 3 5 0 8 4 8 5 5 6 0 ”，其中，1 3 5 0 8 4 8 5 5 6 0 为发向的对 方的手机号，g s m 模块返回 字符，然后将需要发送的短消息内容写入g s m 模块， g s m 模块则将消息发送出去。 需要注意的是，所有的控制命令后面都有一个回车( o x o d ) 或c t r l + z ( 0 x l a ) 的控制 符，这是不可见的控制符，需要我们在程序中加上。 6 4 4p d u 协议及中文短消息的发送 在上节中，我们主要介绍了基于文本方式的短消息的发送，这种方式有一定的局 限性，如发送的短消息只能是a s c i i 字符，因此，这种方式不能发送u n i c o d e 形式的 字符，如中文字符等。为了发送中文短消息，必须使用p d u 协议的形式。 1 指令格式 4 7 , 4 8 硪七c m g f = 0 a t + c m g s = 其中，a t + c m g f = 0 表示短消息的发送格式为p d u 格式，l e n g t h 的大小为t p d u 中字节的个数。在g s m 标准的建议中，p d u 是由s m s c 的地址和t p d u 组成的。 2 s m s c 的地址 s m s c 地址的组成如图6 5 所示。 b i tn o 7654321 0 o c tn o _ii -i i _ l ii itii 图6 5s m s c 字段结构 a d d r e s s - l e n g t h t y p e o f - a d d r e s s la d d m v a i u e i j 一l s 6 华中科技大学硕士学位论7 文 1 ) a d d r e s s l e n g t h ：短信息中心地址长度，这个长度包括t y p e o f - a d d r e s s 和 a d d r e s s v a l u e 字段的字节的个数。 2 ) t y p e o f - a d d r e s s ：短信息中心号码类型。它由数值类型和号码鉴别组成，如表 6 2 所示。 表6 2t y p e o f - a d d r e s s 字段结构 b i t n o 1 7 l 6 l 5 i 4 i 3 i 2 i l 1 0 n a m e l 1 l数值类型l号码鉴别 数值类型( t y p eo f n u m b e r ) ：0 0 0 - - 未知，0 0 1 一国际，0 1 0 一国内，1 1 l 一留作扩展。 号码鉴别( n u m b e n n gp l a ni d e n f i f i c a f i o n ) ：0 0 0 0 一未知，0 0 0 1 b i s d n 电话号码 ( e 1 6 4 e 1 6 3 ) ，l l l l 一留作扩展。 在大多数情况下，t y p e - o f - a d d r e s s 字段设为十六进制数9 1 ，表示t o n n p i 遵守 i n t e m a t i o n a l e 1 6 4 标准，指在号码前需加+ 号，此外还有其它数值，但9 1 最常用。 3 ) a d d r e s s - - v a l u e ：短信息中心号码。需要注意的是这里的号码采用的是半个字 节的表示法，后面的数字放在一个字节的高4 位，前面的数字放在一个字节的低4 位， 因此，在我们看来高低位的位置互换了。如6 8 3 1 0 8 2 0 0 7 0 5 f 0 实际号码应为 8 6 1 3 8 0 0 2 7 0 5 0 0 ( 字母f 是指该半个字节不是号码) 。当然，不同地方的短信中心的号 码是不一样的，需要根据具体情况修改该字段。 3 t p d u t p d u 部分的结构组成如图6 6 所示。 b 札n o 7654321o 1 1 学： g | r s t - o c t e ：( m ) t p - m r m ) t p - p i d ( m ) l p d c s ( m 1 1 lt p * v p ( o ) j t p - u d lt m l t p u d ( 0 1 j