基于单片机的手机无线报警系统.doc

本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：基于单片机的手机无线报警系统学 院：信息工程学院专 业：班 级：学 生：学 号：指导教师： 职称：江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）任 务 书信息工程 学院 通信工程 专业 2006级（2010届）2班 学生 张东利题 目：基于单片机的手机无线报警系统专题题目：原始依据：随着计算机网络技术、移动通信技术特别是多媒体技术的快速发展，监控系统也得到了迅猛发展和广泛使用。尤其是有线监控技术，已经发展到了非常成熟的阶段，但在许多没有铺设线路的场合，常规的有线监控系统就无法满足要求，在这种情况下，无线监控系统就应运而生了。无线网络技术是计算机网络中一个至关重要的组成部分，它的应用领域也在快速的扩大。它适用于人类无法到达的高危环境、人迹罕至条件恶劣的边远地区，以及几乎所有有线监控系统适用的场合。无线监控系统更加方便，实用，它极大的提高了人们的生活效率与质量。主要内容和要求：首先，简述了课题研究的目的、意义、研究内容的发展历程和现状。在做了系统的需求分析基础上，选择合适的模块，并对系统构成原理与使用的主要模块的进行简单介绍。其次，简述了GPRS系统与PPP协议，并对涉及到的SMS业务及MMS业务做了简要介绍。系统的硬件设计。包括整体设计及各模块接口电路的设计。在设计过程中充分考虑到了系统的安全性、稳定性、抗干扰性.系统的软件设计。包括主流程、各个部分子流程。并对AT指令以及彩信、短信的处理过程做了详细介绍。 再次，系统的调试与测试，通过不断完善系统，最终实现了实物演示。 最后，设计内容的总结。致谢。 日程安排：第1到2周： 毕业实习。第3到6周： 收集资料，阅读相关书籍文献并学习开发工具的使用。第6到11周： 完成理论研究并进行算法实现和程序调试。第12周： 小组讨论，进一步完善课题。第13到15周：撰写毕业论文。第16周： 做好答辩前的各项准备工作并参加答辩 。主要参考文献和书目：1彭强.杨大武.陈维荣.远程视频监控系统中的解码技术及显示控制策略电力系统白动化.2002(9)，21-252谢建国.视频存储技术发展综述.北京：计算机工程与应用.2006，5862.3张俊谟.单片机中级教程.原理与应用.北京：北京航空航天大学出版社.2002，28324张义芳.冯建华.高频电子线路.黑龙江：哈尔滨工业大学出版社.20025胡伟.单片机程序设计及应用实例.北京人民邮电出版社.2003，12166刘光斌.单片机系统应用抗干扰技术.人民邮电出版社.2003，15197黄承安.张跃.云怀中.基于GPRS的远程仪表监控系统J.电测与仪表.2003，38458刘富强.数字视频监控系统开发及运用.北京：机械工业出版社.2003，34399刘涛等.基于手机模块TC35的单片机短消息收发系统.电子技术2007，697810宋海峰.中国数字化监控的现状与发展.科技情报开发与经济.2005，232911程佩青.数字信号处理教程.北京：清华大学出版社.2008，586912郑林华.陆文远.通信系统.长沙：国防科技大学出版社.1999，253713沈文.Eagle lee.詹卫前.AVR单片机C语言开发入门指导.北京：清华大学出版社.2006，5462指导教师签字： 年 月 日教研室主任签字： 年 月 日教学院长签字： 年 月 日注：1、本表可自主延伸，各专业根据需调整 2、本表一式两份，一份下达给学生，一份装订在指导教师日志中。江 西 理 工 大 学本科毕业设计（论文）开题报告（综述）信息工程学院 通信工程专业 2006级（2010届）2班 学生 张东利题 目：基于单片机的无线报警系统的设计本课题来源及研究现状：随着计算机网络技术、移动通信技术特别是多媒体技术的快速发展，监控系统也得到了迅猛发展和广泛使用。尤其是有线监控技术，已经发展到了非常成熟的阶段，但在许多没有铺设线路的场合，常规的有线监控系统就无法满足要求，在这种情况下，无线监控系统就应运而生了。无线网络技术是计算机网络中一个至关重要的组成部分，它的应用领域也在快速的扩大。它适用于人类无法到达的高危环境、人迹罕至条件恶劣的边远地区，以及几乎所有有线监控系统适用的场合。无线监控系统更加方便，实用，它极大的提高了人们的生活效率与质量。课题研究目标、内容、方法和手段：本课题研究的目标是学会设计无线报警系统的基本原理和单片机的基本理论。主要内容有：1. 了解无线报警系统的发展历程、现状和趋势。2. 掌握单片机的基本原理、特点以及分析、提高系统容量的方法。 设计（论文）提纲及进度安排：设计（论文）提纲：1. 无线报警系统的发展概述2. 单片机的基本原理及应用3. 无线报警系统的整体设计方案4. 论文的总结与致谢进度安排：第1到2周： 毕业实习第3到6周： 收集资料，阅读相关书籍文献并学习开发工具的使用第6到11周： 完成理论研究并进行算法实现和程序调试第12周： 小组讨论，进一步完善课题第13到15周：撰写毕业论文第16周： 做好答辩前的各项准备工作并参加答辩主要参考文献和书目：1彭强.杨大武.陈维荣.远程视频监控系统中的解码技术及显示控制策略电力系统白动化.2002(9)，21-252谢建国.视频存储技术发展综述.北京：计算机工程与应用.2006，5862.3张俊谟.单片机中级教程.原理与应用.北京：北京航空航天大学出版社.2002，28324张义芳.冯建华.高频电子线路.黑龙江：哈尔滨工业大学出版社.20025胡伟.单片机程序设计及应用实例.北京人民邮电出版社.2003，12166刘光斌.单片机系统应用抗干扰技术.人民邮电出版社.2003，15197黄承安.张跃.云怀中.基于GPRS的远程仪表监控系统J.电测与仪表.2003，38458刘富强.数字视频监控系统开发及运用.北京：机械工业出版社.2003，34399刘涛等.基于手机模块TC35的单片机短消息收发系统.电子技术2007，697810宋海峰.中国数字化监控的现状与发展.科技情报开发与经济.2005，232911程佩青.数字信号处理教程.北京：清华大学出版社.2008，586912郑林华.陆文远.通信系统.长沙：国防科技大学出版社.1999，253713沈文.Eagle lee.詹卫前.AVR单片机C语言开发入门指导.北京：清华大学出版社.2006，5462指导教师审核意见：教研室主任签字： 年 月 日摘 要无线报警系统中的一种通信抗干扰技术。近年来随着科技的飞速发展，在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，本系统是以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计，使指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调无线数据传输技术成本更加合理、相对技术门槛较低，GPRS技术的出现也使得在监控系统中现场到远程监控中心的实时数据传输成为可能。由于远程监控，远程数据采集的自动化水平不断提高，数据传输格式也日趋丰富，正在由短信方式，GPRS数据传输方式发展到彩等方式。文章以Atmega128单片机为核心，通过对前端传感器采集报警息的判断处理，利用串口摄像头拍摄现场异常情况图片，并通过GPRS网络以彩信形式发送到预先设定好的手机号码上，当有意外原因发失败时可以发送短信息进行报警。系统通过调试与测试实现了报警信息的发送，并能够稳定运行，达到了最终设计要求。关键词: 无线监控;单片机; GPRS;报警. ABSTRACTA Kind of Anti-interference Communication Technology Applied for Wireless Alarm Control System。the one-chip computer often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge is not enough, should also follow the concrete hardware structure , and direct against and use the software of targets characteristic to combine concretly, in order to do perfectly.This system carries on software design with the basic language assembler language of the one-chip computer, make the execution of the order quick in speed, save the memory space. in order to expand and alter, the design of the software adopts the module structure, make the logic relation of designing program more succinct and clear. make the hardware coordinate operation under the control of the software。Wireless data transmission technology more reasonable cost,relatively low threshold of technology,the emergence of GPRS technology also makes possible about the real-time data transmission between remote monitoring centre and the scene in monitoring systems.Because the development of the remote monitoring,and data collection level,data transmission formats have become increasingly rich,through SMS,GPRS data transmission to MMS.Therefore,the article design a wireless monitoring and control systems sent MMS alarm message through GPRS network.The article use Atmega128 microcontroller,through the acquisition alarm sensor to the front then judge the information,using serial camera,shoot pictures and send MMS to pre-set phone numbers through the GPRS network.If sent MMS failure can sent SMS alternative.This article focus on a detailed description of the overall programmer,the module interface circuit design and implementation, Commissioning and testing through the system,has sent the alarm information and stable operation,achieve the ultimate design Requirements.Keywords：Wireless monitoring; one-chip computer; GPRS; report to the police .目录第一章绪论11.1课题的背景及意义11.2研究无线报警系统的发展11.3本文的研究内容3第二章无线报警系统整体设计方案42.1无线报警系统的应用42.2无线报警系统整体设计5第三章无线报警系统应用的技术73.1GPRS简介73.2 PPP协议简介103.3SMS与MMS11第四章控制硬件设计144.1微波位移传感器144.2振动传感器144.3GPRS模块154.4串口摄像头174.5单片机194.6系统原理图21第五章控制软件设计235.1单片机系统的系统开发环境235.2中断服务程序265.3摄像头部分285.4GPRS模块部分315.5短信与彩信的处理32第六章论文总结34致谢35参考文献36江西理工大学2010届本科生毕业设计（论文）第一章绪论1.1课题的背景及意义在近历史的发展潮流中，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段，尤其是伴随着半导体集成技术的飞跃发展，八十年代初诞生了新一代新型的电子计算机微型电子计算机，使得计算机应用日益广泛；而单片微型计算机的问世，则更近一步推动了这一发展趋势，使计算机应用渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。一个由微电子技术为先导，计算机技术为标志，包括新材料、宇航、生物工程、海洋工程等多种科学在内的新技术革命正在兴起。在微电子技术中，由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好以及价格低廉等诸多优点，因此，在智能仪器、工业自动控制、计算机智能终端、家用电器、儿童玩具等众多领域，都已得到广泛的推广和应用，因而受到各界人士的高度重视，各国都投入众多精力和财力发展单片机技术，并取得了一系列的科研成果。现在单片机技术已成为单片机传统工业技术改造 和新产品更新换代的理想机种。随着计算机网络技术、移动通信技术特别是多媒体技术的快速发展，监控系统也得到了迅猛发展和广泛使用。尤其是有线监控技术，已经发展到了非常成熟的阶段，但在许多没有铺设线路的场合，常规的有线监控系统就无法满足要求，在这种情况下，无线监控系统就应运而生了。无线网络技术是计算机网络中一个至关重要的组成部分，它的应用领域也在快速的扩大。它适用于人类无法到达的高危环境、人迹罕至条件恶劣的边远地区，以及几乎所有有线监控系统适用的场合。无线监控系统更加方便，实用，它极大的提高了人们的生活效率与质量。在无线监控系统中，远程无线图像监控系统的发展尤其引人注目，这是因为图像能更加生动、直观的反映人们所要获取的信息。远程无线图像监控系统实现了对远程日标的实时监视，为无人值守场合提供了监控新手段，它不受空间限制，获取信息量大，适用范围广泛，已经成为主流监控系统的发展方向。GPRS技术完美的融合了移动通信技术和数据通信技术，它是这两种技术的结晶，是GSM网络和数据通信发展的必然结果。GPRS网络采用分组交换技术，它是在原有的GSM基站系统的基础上建立起来的。与传统的GSM网络相比较，GPRS网络速度快，实时性好，可与Internet互连。因此利用GPRS网络实现远程无线监控有更加广阔的发展空间，也具有更加出色的监控效果。1.2研究无线报警系统的发展当前的报警系统使用最广泛的是RS232、RS485、红外线等有线报警或短距离无线报警系统。大多数都是连接电话线后通过拨号实现报警，这样的报警系统存在很多弊端，当线路故障或遭人为损坏时，容易造成报警信号的丢失，另外在使用上也有局限性，对于无线场合无能为力。随着应用需求的日益复杂，有线监控系统已经很难满足人们的要求，它的弊端也越来越多的呈现出来，无线报警系统正是在这一环境下诞生的。无线报警系统不需要人员到达现场，它结合计算机技术、通信技术和网络技术，通过一定的网络设备建立通讯联系，具有高度集成性。无线报警系统集软件、硬件于一体，对各种范围内的待监测设备自动采集、传输、统计并进行综合分析，具有传输速度快、质量高、距离远等优点。采用无线报警系统可以大大降低人员的劳动强度以及人为因素造成的误报警与漏报警。 无线报警技术的出现，是计算机网络技术与监控技术相结合的结果。早期无线报警技术是非实时、非在线的监控方式，而现代无线报警技术是实时在线的监控方式。依靠安装在现场的各种传感器件，借助于计算机、互联网和通信技术，随时了解现场情况，实现实时监控。无线报警技术的模式是与通信技术的发展密不可分的，随着通信技的发展，无线报警系统出现了三种模式：(1)人工无线报警模式 这种方式是通过人员对现场参数及现场运行情况进行记录，然后带回监控中心由专业技术人员进行综合分析得到的。这样的方式包含了许多人为的因素，而且无法实现实时在线监控，存在很多弊端，这是比较原始的方式，现在已经很少使用。(2)有线网络无线报警模式 有线网络监控方式是现代无线报警模式，他将现场各个采样点通过通信线将其连成网。根据通信方式的不同，可以有以太网、光纤网等等，这种方式也是现在广为使用的方式。它具有信号的保真度高，获得结论的可靠性高的优点，但是在网络铺设上投资巨大，而且受距离限制，各数据点之间的距离越远越需要增设路由器，铺网的投资就要越多，使用上存在局限性。(3)无线网络无线报警模式 这类监控的通信方式是依托遍布全球的GSM网，它突破了距离的限制，可以实现全国乃至全世界的实时监控。它主要是利用GPRS数据业务通过Internet进行通信。GPRS技术具有传输速度快，永久在线等优点。用GPRS技术实现的监控系统，实时性高、安全可靠、按流量费、比加经济合理。利用GPRS系统进行无线报警，既避免了开发新的频率资源，又开辟了无线报警的新领域。该系统具有网络覆盖范围广，通信速度快，抗干扰能力强，通信误码率低等优点，并且完全利用GPRS移动通信网络，建设和运行成本低。随着GPRS网络技术的不断发展，构筑在GPRS网络之上的远程无线监控系统必然能与移动通信技术和多媒体技术的发展同步，开辟监控领域的新纪元。1.3本文的研究内容主要做了以下几方面的工作：首先，简述了课题研究的目的、意义、研究内容的发展历程和现状。在做了系统的需求分析基础上，选择合适的模块，并对系统构成原理与使用的主要模块的进行简单介绍。其次，简述了GPRS系统与PPP协议，并对涉及到的SMS业务及MMS业务做了简要介绍。系统的硬件设计。包括整体设计及各模块接口电路的设计。在设计过程中充分考虑到了系统的安全性、稳定性、抗干扰性.系统的软件设计。包括主流程、各个部分子流程。并对AT指令以及彩信、短信的处理过程做了详细介绍。 再次，系统的调试与测试，通过不断完善系统，最终实现了实物演示。 最后，设计内容的总结。致谢。第二章无线报警系统整体设计方案2.1无线报警系统的应用 监控系统在现代人们生活中的重要性毋庸置疑，它广泛应用于家庭、医院、银行、商场以及许多重要场合，针对不同的应用场合，所使用的监控系统略有不同，在设计之前要充分考虑它的随着移动通信技术的迅速发展和普及、利用，GSM网络经过多年建设，不断完善，现在非常成熟，盲区非常少，并且通信距离不受周围环境影响。本文所要探讨的就是选用GSM短消息技术组网实现的一种新型警报无线遥控技术。该技术利用公共通信网络实现城市警报统一控制，统一发放报警信号，相对于其他形式的警报遥控技术而言，具有投资少、见效快、易于安装调试和维护、安全保密、及时准确等特点。 本文设计的系统主要应用于电力系统的配电网电力线、变压器等供电设备的防盗。电能已成为工农业生产与国民经济、人民生活不可缺少的一环，输变电工业占国民生产总值的1%，而其重要性已远远超过了总投资，不夸张的说，它可以主宰国民经济，而在一些边远地区，由于人迹罕至，看管不便，经常发生电力系统配电网电力线和变压器被盗的事件，如果不能及时发现和解决这一问题，就会造成国家经济的巨大损失，也会给人们日常生活带来许多不便。针对这种情况，本文设计了这样一款远程无线防盗报警系统。根据实际分析，系统要设计成集数据采集、报警、远程接收于一身，实时性高，安全可靠的报警系统。 当监控范围内有非法侵入时触发传感器产生报警信号，单片机进行判断是否符合报警条件，一旦符合报警条件将通知摄像头对监控现场进行拍摄，并将所拍图片信息储存在存储器中，系统再通过GPRS网络将现场实时报警图片发送到预先设定好的手机号码上，当发送彩信不成功超过三次时将采用短信报警的方式实现对远程目标的实时监控。 考虑到论文设计经费等问题，本系统模块选择力求做到经济实用，达到最终实验演示效果，在实际应用时可考虑其它更加精密的传感器件，单片机系统等。针对不同监控场合需要，对于传感器部分稍加变动即可使系统应用于多种监控场所。据系统需求分析、国内外相关资料整理以及近半年来的市场调研，单片机模块决定选用基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器Atmega128，并扩展两片32K的外部存储器62256。由于AVR单片机先进的指令集以及单周期指令执行时间，Atmega128的5数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而缓解了系统在功耗和处理速度之间的矛盾；彩信模块采用Sony/Ericsson公司最新推出的一款内嵌TCP/IP协议的GSM/GPRS模块GR64；摄像头部分选用福韬公司生产的一款FT-04，30万象素的串口摄像头，这是一款集图像采集、拍摄控制、红外补光、数据压缩、图片存储、串口传输于一体的工业级图像采集处理设备，其内置的高性能数字信号处理芯片实现了对原始图像的高比例压缩，产品图像输出采用标准JPEG格式，可方便地兼容各种图像处理软件，标准的RS-232通信接口以及简单的图像传输协议使得摄像头可以方便地实现与电脑以及各种嵌入式系统的连接；传感器部分选择两款传感器同时应用的设计，一款是高斯达实业的微波移动传感器HB100，HB100是X波段移动传感多谱勒模块，其功耗低、体积小、灵敏度高是理想的低成本移动检测器。另一种是高斯达实业生产的SC-1振动传感器，在器件检测到振动信号时,能够输出直流电压信号，经外部元件电流放大后，驱动报警，并能在一段时间后自动复位。2.2无线报警系统整体设计整个系统原理框图如图2-1所示。传感器终端编号射频发射模块射频接收模块报警接口物业管理主机主控制器键盘LED显示存储解码蜂鸣器报警语音电路DTMF收发电路电 话摘挂机电路图2.2系统总体框架图 模块的选择是基于对系统需求分析的基础上得到的。考虑到系统主要应用于野外，人员较少到达的现场，一旦有人试图盗取配电网电力线，或变压器设备时，必然会首先触发位移传感器，系统中所使用的位移传感器是非接触性的，探测范围达20米，而在偷盗设备过程中也一定会产生振动，此时就会触发振动传感器，两个传感器在一定时间内都检测到报警信号时，系统就会启动摄像头拍照，并将偷盗现场图片通过GPRS网络传送到设定的手机号码上。两款传感器的选择大大降低系统的漏报率和误报率。无线报警系统的基本原理：借助于GSM网络支持手机互传短信的功能，利用手机短信群发软件和手机短信指令遥控模块来实现人防警报器的统一控制，是本文所探索的一种新型警报控制技术。遥控指令由手机短信群发软件在计算机上进行编码操作，由高速短信群发器发出，经GSM网络传输，然后由手机短信遥控模块接收。手机短信遥控模块由GSM手机模块加上单片模块组成一个控制系统。GSM手机模块主要用来建立无线。GSM网络信道。通过GSM网络接收和发送短消息。单片机系统用来控制手机模块，并且对接收到的短信消息进行解释并执行，然后驱动隔离继电器动作，由继电器开关的闭合来达到控制各种电动、电声警报器的目的。第三章无线报警系统应用的技术3.1GPRS简介 GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。GPRS是GSM Phase2.1规范实现的内容之一，能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。 GPRS把分组交换技术引入现有GSM系统，将移动通信和数据网络合二为一，它以快速传送、永久在线等特点，受到国内外电信业的青睐。GPRS被公认为是通往第三代移动通讯(3G)的一个重要里程碑，因此GPRS又被称为2.5G系统。当今世界已进入了飞速发展的信息时代，信息产业己成为国民经济的主导产业，通信是信息产业中发展最迅速，进步最快的行业，而移动通信(GPRS)网则是通信领域中最积极、最活跃、发展最快的一部分。本次设计的系统终端与GPRS网络之间的物理层通道就是GPRS连接。具体的GPRS协议都已被做在GPRS通讯模块GR64之中，通过数据端即单片机串口对GPRS模块正确的AT指令设置后，就可以通过AT拨号指令进行拨号连接。当收到GPRS模块的拨号反馈应答后，一条物理通道即GPRS信道就在本终端中GPRS模块和GPRS网络之间建立起来了。一、GPRS的特点与优点 GSM系统发展到现在，己成为全球最大的移动通信系统，能满足当前移动通信中基本的话音通信的需求。但是GSM系统存在着固有的问题，如容量不足和频谱利用率不高，造成频率资源紧张，只能提供9.6kb/s的数据传输速率，对高速数据传输无能为力，无法满足日益增长的移动多媒体通信(特别是无线因特网接入)的巨大社会需求。GPRS系统的引入，很大程度上解决了GSM系统存在的问题。GPRS的主要特点与优点是：(1) GPRS采用分组交换的技术，无线网络的理论传输速率56Kbps-114Kbps，较之GSM所提供的9.6Kbps理论速度有了明显的提高。当利用GPRS 手机上 WAP 网站时， 页面打开速度明显加快， 几乎没有延时。 而在利用 GPRS 手机+ 笔记本上互联网时,当网络业务量不高时， 40 50Kbps 的速度可轻易达到， 夜间速度更快。(2) GPRS的核心网络层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网的无缝连接。(3) GPRS具有数据传输与话音传输可同时进行或切换进行的优势。上网和通话是可以同时进行的， 并且可以自由进行切换，这样就就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。(4)定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活，每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，每个时隙都支持相应的最大传输速度，且向上链路和向下链路的分配是独立的。(5)系统的传输容量大，扩容无限制。支持中、高速率数据传输，可提供9.05-171.2kbit/s的数据传输速率。(6) GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QOS)的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。(7)GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。(8)GPRS 技术是一种面向非连接的技术，用户只有在真正收发数据时才需要保持与网络的连接，因此大大提高了无线资源的利用率。使用了 GPRS 后， 数据实现分组发送和接受， 这同时意味着用户总是在线且按流量计费， 迅速降低了服务成本.没有数据流量的传递时，用户即使挂在网上，也是不收费的。二、GPRS系统的构成GPRS采用与GSM相同的频段、相同的频带宽度、相同的突发结构、相同的无线调制标准、相同的调频规则以及相同的TDMA帧结构。因此，在GSM系统上构建GPRS系统时，GSM系统的绝大部分部件都不需要做硬件改动，而只需要软件升级。构成GPRS系统的方法是：(1)在GSM系统中引入三个主要组件，这三个主要组件是SGSN(Service GPRS Supporting Node，服务GPRS支持节点)、GGSN(GatewayGPRS Supporting Node，网关GPRS支持节点)和PCU(Packet ControlUnit，分组控制单元)。SGSN，GGSN有时又合称为GSN(GPRSSupporting Node，GPRS支持节点)。SGSN的主要作用记录移动台的当前位置信息，提供移动性管理和路由选择等服务，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。PCU位于BSS,用于处理数据业务量，并将数据业务量从GSM话音业务量中分离出来。PCU的功能包括分组交换呼叫的建立、监视和拆除，负责管理分组分段和规划、传输错误检测和自动重发、无线信道、质量控制、功率控制、信道编码方案等，并支持越区切换、无线电资源配置和信道指配等功能。(2)对GSM系统中的相关部件进行软件升级。 GPRS系统在无线资源分配上采用动态信道分配方式，仅在有数据通信时占有物理信道资源，因此既可以长时间保持在线，又没有独占信道，可以大大提高频率资源的利用率。当一则消息含有大量的数据时，它可以被分成多个分组，不同的分组可以通过不同的信道发送，这些分组到达目的地以后，它们被重新组合起来，恢复成原有消息。GPRS网络是基于现有的GSM网络实现分组数据业务。GPRS的分组数据功能并不对GSM系统支持的电路交换服务产生影响，GSM和GPRS可以共处一网，并做到互不影响。三GPRS协议模型 移动台(MS)和SGSN之间的GPRS分层协议模型如图3-1所示。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下面上依次为物理层、媒质接入控制层(Medium Access Control，MAC)、逻辑链路控制层(Logical Link Control，LLC)、子网依赖结合层(Subnetwork Dependant Convergence，SNDC)和网络层。 Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。MAC为媒质接入控制层，主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。LLC层为逻辑链路控制层，它是一种基于高速数据链路规程(HDLC)的无线链路协议。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。SNDC被称为子网依赖结合层，它的主要作用是完成传送数据的分组打包，确定TCP/IP地址和加密方式。网络层的协议目前主要是Phase l阶段提供的TCP/IP和X.25协议，这些协议对于传统的GSM网络设备(如BSS和NSS等设备)是透明的。图3-1GPRS协议模型3.2 PPP协议简介一PPP协议组成PPP协议有三个组成部分：1、一个将IP数据报封到串行链路的方法。PPP既支持异步链路（无奇偶校验的8比特数据），也支持面向比特的同步链路。 2、一个用来建立、配置和测试数据链路的链路控制协议LCP（Link Control Protocol）。通信的双方可协商一些选项。在RFC 1661中定义了11种类型的LCP分组。 3、一套网络控制协议NCP（Network Control Protocol），支持不同的网络层协议，如IP、OSI的网络层、DECnet、AppleTalk等。二链路建立过程和认证方式 PPP协议中提供了一整套方案来解决链路建立、维护、拆除、上层协议协商、认证等问题。PPP协议包含这样几个部分：链路控制协议LCP(Link Control Protocol)，网络控制协议NCP(Network ControProtocol)，认证协议。最常用的认证协议包括两种：口令验证协议PAP(Password Authentication Protocol)和挑战握手验证协议CHA(Challenge-Handshake Authentication Protocol)。LCP负责创建、维护或终止一次物理连接。NCP是一族协议，负责解决物理连接上运行什么网络协议，以及解决上层网络协议发生的问题。一个典型的链路建立过程分为三个阶段：创建阶段、认证阶段和网络协商阶段。第一阶段：创建PPP链路；LCP负责创建链路。在这个阶段，将对基本的通讯方式进行选择链路两端设备通过LCP向对方发送配置信息报文（Configure Packets）一旦一个配置成功信息包（Configure packet）被发送且被接收，就完成了交换，进入了LCP开启状态。应当注意，在链路创建阶段，只是对验证协议进行选择，用户验证将在第2阶段实现。第二阶段：用户验证；在这个阶段，客户端会将自己的身份发送给远端的接入服务器。该阶段使用一种安全验证方式避免第三方窃取数据或冒充远程客户接管与客户端的连接。在认证完成之前，禁止从认证阶段前进到网络层协议阶段。如果认证失败，认证者应该跃迁到链路终止阶段。在这一阶段里，只有链路控制协议、认证协议，和链路质量监视协议的packet是被允许的。在该阶段里接收到的其他的packets必须被丢弃。第三阶段：调用网络层协议；认证阶段完成之后，PPP将调用在链路创建阶段（阶段1）选定的各种网络控制协议（NCP）。选定的NCP解决PPP链路之上的高层协议问题。经过三个阶段以后，一条完整的PPP链路就建立起来了。PPP协议的认证方式有以下两种： (1)、口令验证协议(PAP)；PAP是一种简单的明文验证方式。NAS(网络接入服务器，NetworAccess Server)要求用户提供用户名和口令，PAP以明文方式返回用户信息。这种验证方式的安全性较差，第三方可以很容易的获取被传送的用户名和口令，并利用这些信息与NAS建立连接获取NAS提供的所有资源。所以，一旦用户密码被第三方窃取，PAP无法提供避免受到第三方攻击的保障措施。 (2)、挑战-握手验证协议(CHAP)；CHAP是一种加密的验证方式，能够避免建立连接时传送用户的真实密码。NAS向远程用户发送一个挑战口令(challenge)，其中包括会话ID和一个任意生成的挑战字串。远程客户必须使用MD5单向哈希算法(one-way hashing algorithm)返回用户名和加密的挑战口令，会话ID以及用户口令，其中用户名以非哈希方式发送。CHAP对PAP进行了改进，不再直接通过链路发送明文口令，而是使用挑战口令以哈希算法对口令进行加密。因为服务器端存有客户的明文口令，所以服务器可以重复客户端进行的操作，并将结果与用户返回的口令进行对照。CHAP为每一次验证任意生成一个挑战字串来防止受到再现攻击(replay attack)。在整个连接过程中，CHAP将不定时的向客户端重复发送挑战口令，从而避免第3方冒充远程客户(remote client impersonation)进行攻击。3.3SMS与MMS一、SMS业务简介短消息业务SMS(Short Message Server)，主要是通过GSM网的控制信道，传输用户分组信息的一项增值业务，短消息可以包含文字数字、字母。采用拉丁字符时，长度最大为160个字符，采用UNICOD字符，其长度达70个字符。特别适合信息量不大的数据业务。短信按时间先后共产生了三种模式：Block模式、基于AT指令的Text模式、基于AT指令的PDU模式。Block模式已经没用使用，Tex模式比较简单但不能发送中文短信而只能发送英文短信。PDU模式既能发送英文短信也能发送中文短信。PDU模式收发短信可以使用3种编码：7-bit、8-bit和UCS2编码。7-bit编码用于发送普通ASCII字符8-bit编码通常用于发送数据消息，UCS2编码用于发送Unicode字符。由于系统主要目的是实现报警，为了缩短开发周期所以采用TEX模式。设定报警信息为：“alarm”。基于AT指令的TEXT MODE是基于字符型的，是ASCII码的一种结构模式。发送和接收信息的帧格式是表3-1帧格式表帧头：数据帧的标记，由固定的字符“WQ”构成。帧序号：2个字节，表示下位机模块发送的递增数据帧序号和上位机模块发送的命令帧序号。命令帧序号统一为00H。数据：154字节，77个字符。不能发汉字。校验子：数据段所有字节累加的初码，一个字节。应答帧包括确认帧和非确认帧。确认帧是收方反馈给发方的应答帧，表示正确收到发方的信息帧。非确认帧也收方给发方的表明收到无效的信息帧。帧头均为“WQ”，确认帧的数据帧为“ACK”，非确认帧的数据帧为“NACK”。二、MMS业务简介 多媒体消息业务(MMS)是移动运营商提供的一种移动数据增值业务。该业务支持在移动终端用户之间传递含有文本、图像、音频等内容的多媒体消息，也支持移动终端用户与Internet Email用户和MMS业务提供商之间的通信服务。从通信内容上讲，多媒体数据包括图像、音频、视频和数据等。从功能上讲，多媒体信息服务涵盖了终端到终端，终端到应用、应用到终端，终端到Email,Email到终端的多媒体信息通信。 MMS承载于WAP之上，因此其部署并不依赖于具体的网络平台，既支持高速电路交换数据业务(high circuit-switched data)，也支持通用分组无线服务GPRS格式、GSM演进的增强数据率业务EDGE(enhanced data rates for GSM evolution)、通用移动通信系统UMTS(universal mobile telecommunications system)。不同网络之间的连接可以通过IP和相关的消息协议来完成。这样可以保证2G和3G无线网络对MMS的兼容性。MMS业务在不同技术的移动网络(GSM,GPRS,UMTS)中使用不同的数据传输方式。其传输能力在CSD方式下可以达到9.6kbit/s，在GPRS方式下最大可以达到184kbit/s，在3G下可以到2Mbit/s。 MMS和SMS一样都具有存储和转发功能，这意味着当手机用户发送一条MMS消息时，这条消息并不是由接受者直接收到，而是由俗称的短消息中心先一步接收到，然后短消息中心再向接收者发送一条接受指令，通知接收者从短消息中心下载消息。相对于基本上以纯文本内容为主的SMS,MMS短消息中心所要处理和传输的数据要复杂的多，因为除了要处理存储转发大量的数据外，它还要处理如接收者处于不同的网络，或者手机屏幕尺寸不相同等问题。 随着移动用户对数据业务的需求和移动网络技术的发展，多媒体消息业务应运而生。目前，移动网络已经向2.5G/3G发展，无线网络所提供的更高的带宽为移动数据增值业务提供了技术上的可行性。而随着电子邮件和短信息(SMS)的普及发展，移动用户已经不满足这两种各有缺欠的应用，多媒体消息业务超越了电子邮件和短信息(SMS)的局限性，能更好地满足移动用户的需求。对比SMS,MMS业务支持含有多媒体内容的消息，消息的长度没有限制，而且可以提供Internet Email等其他业务互通。对比Email,MMS更适合于无限网络环境，通过PUSH业务，实现了向手机推送消息通知、发送状态报告和阅读报告，而且多媒体消息的内容可以在移动终端上更完美地显示。三、彩信系统传统意义上，手机是用来进行基本的语言交流和简单的文字交互的。而彩信是用来实现彩色视频传送的，它最大的特色就是支持多媒体功能，能够传递文字、图像、声音、数据等各种多媒体格式的信息。实际上，彩信和短消息没有任何关系，它是在GPRS网络的支持下，以无线应用协议WAP为载体，传输文字、图片、声音动画等信息服务。当然也可以用原有的CSD方式来传输，但速度慢。 彩信实际上可以理解为一个带有许多附件的电子邮件，是一种规范化了的电子邮件。附件包括图片、文本、声音。它们都是按照一定的规矩命名的，手机收到彩信这个电子邮件后可以把附件中的视讯片还原出来。收发方的邮箱地址:+8613xxxxxxxxxMMS前面的xx部分代表手机号。 一般说来，彩信系统包括了以下网元:MMS终端(MMS Terminal)、多媒体消息业务中心(MMSC),外部应用服务器(External Server)、MMS应用支撑系统、MMS用户数据库(MMS User Database)以及增值应用服务器它比短信要复杂的多，属于一种WAP业务。第四章控制硬件设计4.1微波位移传感器4.1.1HB100的原理及特性 根据系统需求分析，本系统采用HB100微波位移传感器模块。HB100微波移动传感器是X波段移动传感多谱勒模块，它功耗低、灵敏度高、体积小，是理想的低成本移动检测器。HB100微波探测传感器应用Doppler Radar原理，发射一个低功率微波并接受物体反射过来的能量。一旦物体的运动被其探测到，发射频率就被反射回的微波频率所替代，替代的微波与发射的微波混合在一起，最后一个低频率的电压从传感器输出。多谱勒等式FVFCQdt =2cos(tF)；(这里dF=多谱勒频率；V=目标速度；tF=发射频率；C=光速；Q=物体移动方向与传感器坐标之间的角度。)微波位移传感器的特性：(1)非接触式。(2)不受热、嗓音、湿度、气流、尘埃等周围环境因素影响，适合恶劣环境。(3)抗干扰。(4)安全。(5)范围宽。探测范围15-20米，甚至更宽。HB100具有低功耗，CW或Pulse工作，长范围探测等特点，广泛应用于微波红外运动探测系统、自动门系统、灯的控制、速度测试系统等。4.2振动传感器4.2.1SC-1原理与技术参数SC-1高灵敏振动传感器，是全方位固态控制器件，是目前作为报警和状态检测的最佳选择，它使用目前最先进固态加速度检测器件，既对振动有很高的检测灵敏度，又对周围环境的声音信号抑制，具有很强的搞干扰能力，可广泛应用于机动车，保险柜，库房门窗等场合的防盗装置中，器件的内部含有专用的控制芯片，应用非常方便。由于传感器工作在固态检测方式，不存在机械疲劳，灵敏度降低，误触发等不良现象，受环境湿度和温度的影响也很小，具有很好的一致性图4-3振动传感器外形及引脚图4-4振动传感器内部示意图SC-1高灵敏振动传感器的外形及引脚见图4-3，脚距：2.54mm,内部结构示意图见图4-4。在器件检测到振动信号时,能够输出直流电压信号,经外部元件电流放大后,即可驱动报警一段时间后自动复位。4.2.2外围电路的设计由于器件内部集成度很高，外围电路相对简单,图中的C20是延时控制电容，取值越大，延时就越长，反之则越小，一般取值为0.1UF10UF之间。R21是外接灵敏度设定电阻，取值在51K100K之间，阻值越大，灵敏度就越高。此电阻可以不接，这时传感器灵敏度最高。当晃动或振动(敲击)传感器时，LED点亮(3脚输出由低电平转为高电平)，延时过后自动熄灭。当被检测物体在发生振动时，引脚3输出为高电平，此信号通过内部电路延时，保持一段时间，当被检测物体在停止振动时，引脚3的输出变为低电平。输出端接一个下拉电阻，作用是防止抖动。4.3GPRS模块4.3.1GR64简介 微控制器收集到图像数据信息后，要通过Internet把数据发送到监控中心。而系统中完成微控制器与Internet网通讯工作的就是GPRS模块和GPRS网。由于GPRS是基于IP协议的，但普通的GPRS模块没有内嵌TCP/IP协议，需要用户提供TCP/IP的支持。就是说，需要在使用GPRS模块的上位机系统中嵌入TCP/IP,这是一个复杂而繁琐的工作。为了减小应用本身的工作量和增加系统的实用性，本系统采用了工业级GPRS模块GPRS DTU，它内嵌了TCP/IP协议，具有Socket通讯功能，并提供透明数据传输