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摘要：本系统针对于解决当前高端别墅区住宅住宅安防问题，通过ZigBee与GSM物联网技术，以PIC单片机为核心，设计实现了住宅门窗安防的远程报警系统，并能够同时语音播报报警信息。着重介绍了系统的硬件组成，实现功能和软件设计等关键部分。
关键词：PIc单片机 zigBee GSM语音播报
前言
当今随着人们生活质量的提高，人们对住宅安防的需求越来越高。尤其是对那些有季节性、时间性居住的高端别墅区住宅(如三亚、北戴河等的别墅住宅)的安防已成为家庭和物业管理特别考虑的问题。本系统是基于ZigBee与GSM物联网技术，以微处理器为核心，设计实现了住宅门窗安防的远程报警系统，通过在住宅门／窗安装无线报警单元，一旦门／窗被撬开或者窗户受振动被打破，报警短信会同时发送给物业管理中心以及住宅业主，同时在住宅内同步播报报警信息。借助于这一报警系统能够使业主不受时间和地域的限制，及时的了解住宅的安全状况。
一、系统总体方案
总体设计方案是以Microchip公司的PIC16F628A微处理器作为控制器来控制整个监测报警系统。本住宅安防远程报警系统主要由三部分组成，分别是基于zigBee技术的无线传感监测系统、基于PICl6F628A微处理器的中央处理系统，以及基于GSM技术的手机短信报警系统。利用zigBee技术实现中央处理单元与住宅门窗安防报警信息及门窗位置信息的无线通信，利用数码管显示系统当前监测状态。一旦发生报警，数码管显示相关报警信息，并有同步报警信息语音播报，同时控制GSM模块发送报警短信到物业管理中心以及住宅业主的手机上，从而实现防偷盗住宅安防的远程报警。系统实现原理框图如图1所示，其中S1为门磁传感器，S2为加速度全向振动传感器。
系统的硬件设计
1、ZigBee无线报警监测系统
ZigBee无线报警监测系统由ZigBee无线报警单元和ZigBee无线接收单元组成。无线报警单元用于接收门／窗报警信息并无线传送给中央处理系统。无线报警单元由一个ZigBee模块，一个门磁传感器S1以及一个加速度全向振动传感器S2组成，安装在住宅门／窗的适当位置。
当门／窗被打开时，门磁传感器s1输出一个从0到1的电平跳变；当窗户受到敲击振动时，加速度全向振动传感器s2也会输出一个从0到1的电平跳变。只要监测到有从0到1的电平跳变，ZigBee报警单元就向中央处理系统发送信号。发送的信号包含两部分内容：一个是门／窗的位置信息，即：这是几号门／窗；另一个是报警类型信息，即：门／窗是被打开了或是窗户玻璃被振动打碎了。每个门／窗上安装一个ZigBee无线报警单元，根据住宅门窗总数来确定ZigBee无线报警单元的个数，本系统最多可以安装255个。zigBee无线报警单元如图3所示。
2、中央处理系统
中央处理系统主要由PICl6F628A微处理器，ZigBee模块，数码管以及语音芯片等组成。PIC16F628A进行系统无线报警信息的监测、GSM手机短信模块的控制以及数码管和语音芯片的控制。ZigBee模块用于接收ZigBee无线报警单元发送过来的报警信号。四个数码管中的其中两个数码管显示是几号门／窗有报警信号；另外两个数码管显示报警信息的类型，01表示窗户玻璃被打碎了，02表示门／窗户被打开了。语音芯片ISD2540同步播报报警语音信息。语音模块电路单元如图4所示。
3、GSM手机短信报警系统
GSM手机短信报警系统主要由GSM模块及232电平转换芯片构成。该系统由PIC16F628A微处理器进行控制。一旦有报警信息发生，GSM模块就会立刻发送手机报警短信到物业管理中心以及住宅业主的手机上。系统可方便更改报警短信发送的多个目标手机的手机号。通过按键输入手机号，利用数码管显示输入手机号码，并通过指示灯来指示当前系统是属于监测状态或者是输入手机号码状态。中央处理系统及GSM报警系统如图5所示。
三、软件设计
系统的中央处理系统在平时不断的检测各zigBee无线报警单元所传送的报警信号，当出现报警信号时，中央处理系统接收到报警信号，会自动向业主和物业发送报警短信，同时在中处理器的数码管上显示出现报警信号的门窗号，并语音播报报警短信的内容。本系统的软件设计使用的是单片机的汇编语言设计完成的，包括GSM模块通信软件，单片机程序设计等。
1、GSM模块通信软件实现
下位机系统和上位机系统所使用的无线通讯模块都是带串口的GsM模块。标准的GSM模块都支持GSM07.05所定义的AT命令集的指令。因此通过串口向GSM模块发送AT指令可以设置短信中心号码、短信格式、短信接收对象和方式等。短信格式一般分为TEXT与PDu，本系统采用PDU模式进行发送和接收中文短信息。以向移动用户“15901186423”发送中文信息“1号窗户被打开了”为例，其发送短信息的相关AT指令如下：
AT+CSCA=“13800100500”设置短信中心号码，返回OK表示设置成功。
AT+CMGF=00表示设置消息的内容为PDu模式。返回OK表示设置成功。
AT+CMGS=033033表示PDU中TPDU的长度(不包含SMSC地址)。
>0891683108100005F011010D91685109116824F300080012003153F77A97623773BB7483788E4E8630020A
以上一串代码表示从手机发出的PDU串，其中PDU由SMSC地址和TPDU构成，上面范例中输入的PDU解释如下：
08：SMSC地址字节长度(包含91)
91：SMSC地址格式(91表示国际格式)(在前面加‘+’)
683108100005FO：SMSC地址(+8613800100500)(北京移动短消息心)
11：基本参数
01：消息基准值TP-MR＼
OD：目标地址数字个数(十进制，不包含91和F)
91：目标地址格式
685109116824F3：目标地址(+8615901186423)
00：协议标示TP-PID
08：用户信息编码格式TP-DCS(08表示UCS2编码)
00：有效期TP-VP
12：用户信息长度
003153F77A97623773BB7483788E4E8630020A：1号窗户被打开了。
2、单片机程序设计
系统程序流程软件设计的主要集中在在于单片机的编程，其中有以下几个方面：
主程序开始时要对模块初始化，初始化主要包括设置串口速率，异步高速通信模式，并且允许串口连续接收，并关闭中断控制寄存器，在本系统中波特率设置为9600bps，无校验位，8个数据位。其中初始化程序如下：
BSF STATUS，RPO
MOVLW B'00000010'
MOVWF TRISB
MOVLW B'00000000'
MOVWF TRISA
BCF STATUS，RPO
MOVLW B'00000001'
MOVWF PORTA
BSF STATUS，RP0；设置波特率，异步串口
MOVLW 19H；设置波特率为9600
MOVWF SPBRG
MOVLW B'00100100'
MOVWF TXSTA；异步模式高速使能发送
BCF STATUS，RPO
MOVLW B'10010000'
MOVWF RCSTA；串行端口使能
允许连续接受
MOVLW B'00000000'
MOVWF INTCON；中断控制寄存器
GOTO INPUTNO1
发送短消息子程序，单片机开始工作之后，自动的对ZigBee的报警信号循环检测，如果检测到报警信号，则单片机通过AT命令控制GSM模块同时向业主和物业管理中心发送报警短消息，完成短信报警的工作。
数码管显示和语音播报程序，在单片机控制GsM模块发送完短消息后，程序进入语音播报和数码管显示的子程序，在数码管上会显示发送报警信息的玻璃的位置，并通过外接的音响设备循环的播报所发送的报警信息，引起人们的警示。至此完成整个远程报警过程。
四、结束语
本设计基于zigBee与GSM物联网技术，以微处理器为核心，设计实现了住宅门窗安防的远程报警系统。系统能够实现住宅防盗安防的无人值守，不受时间和地域限制，特别适用于季节性度假别墅住宅的防盗安防，具有实际应用前景和市场推广价值。在目前国内别墅住宅区广泛存在的情况下，本作品有望具有良好的经济效益和社会效益。
关键词：PIc单片机 zigBee GSM语音播报
前言
当今随着人们生活质量的提高，人们对住宅安防的需求越来越高。尤其是对那些有季节性、时间性居住的高端别墅区住宅(如三亚、北戴河等的别墅住宅)的安防已成为家庭和物业管理特别考虑的问题。本系统是基于ZigBee与GSM物联网技术，以微处理器为核心，设计实现了住宅门窗安防的远程报警系统，通过在住宅门／窗安装无线报警单元，一旦门／窗被撬开或者窗户受振动被打破，报警短信会同时发送给物业管理中心以及住宅业主，同时在住宅内同步播报报警信息。借助于这一报警系统能够使业主不受时间和地域的限制，及时的了解住宅的安全状况。
一、系统总体方案
总体设计方案是以Microchip公司的PIC16F628A微处理器作为控制器来控制整个监测报警系统。本住宅安防远程报警系统主要由三部分组成，分别是基于zigBee技术的无线传感监测系统、基于PICl6F628A微处理器的中央处理系统，以及基于GSM技术的手机短信报警系统。利用zigBee技术实现中央处理单元与住宅门窗安防报警信息及门窗位置信息的无线通信，利用数码管显示系统当前监测状态。一旦发生报警，数码管显示相关报警信息，并有同步报警信息语音播报，同时控制GSM模块发送报警短信到物业管理中心以及住宅业主的手机上，从而实现防偷盗住宅安防的远程报警。系统实现原理框图如图1所示，其中S1为门磁传感器，S2为加速度全向振动传感器。
系统的硬件设计
1、ZigBee无线报警监测系统
ZigBee无线报警监测系统由ZigBee无线报警单元和ZigBee无线接收单元组成。无线报警单元用于接收门／窗报警信息并无线传送给中央处理系统。无线报警单元由一个ZigBee模块，一个门磁传感器S1以及一个加速度全向振动传感器S2组成，安装在住宅门／窗的适当位置。
当门／窗被打开时，门磁传感器s1输出一个从0到1的电平跳变；当窗户受到敲击振动时，加速度全向振动传感器s2也会输出一个从0到1的电平跳变。只要监测到有从0到1的电平跳变，ZigBee报警单元就向中央处理系统发送信号。发送的信号包含两部分内容：一个是门／窗的位置信息，即：这是几号门／窗；另一个是报警类型信息，即：门／窗是被打开了或是窗户玻璃被振动打碎了。每个门／窗上安装一个ZigBee无线报警单元，根据住宅门窗总数来确定ZigBee无线报警单元的个数，本系统最多可以安装255个。zigBee无线报警单元如图3所示。
2、中央处理系统
中央处理系统主要由PICl6F628A微处理器，ZigBee模块，数码管以及语音芯片等组成。PIC16F628A进行系统无线报警信息的监测、GSM手机短信模块的控制以及数码管和语音芯片的控制。ZigBee模块用于接收ZigBee无线报警单元发送过来的报警信号。四个数码管中的其中两个数码管显示是几号门／窗有报警信号；另外两个数码管显示报警信息的类型，01表示窗户玻璃被打碎了，02表示门／窗户被打开了。语音芯片ISD2540同步播报报警语音信息。语音模块电路单元如图4所示。
3、GSM手机短信报警系统
GSM手机短信报警系统主要由GSM模块及232电平转换芯片构成。该系统由PIC16F628A微处理器进行控制。一旦有报警信息发生，GSM模块就会立刻发送手机报警短信到物业管理中心以及住宅业主的手机上。系统可方便更改报警短信发送的多个目标手机的手机号。通过按键输入手机号，利用数码管显示输入手机号码，并通过指示灯来指示当前系统是属于监测状态或者是输入手机号码状态。中央处理系统及GSM报警系统如图5所示。
三、软件设计
系统的中央处理系统在平时不断的检测各zigBee无线报警单元所传送的报警信号，当出现报警信号时，中央处理系统接收到报警信号，会自动向业主和物业发送报警短信，同时在中处理器的数码管上显示出现报警信号的门窗号，并语音播报报警短信的内容。本系统的软件设计使用的是单片机的汇编语言设计完成的，包括GSM模块通信软件，单片机程序设计等。
1、GSM模块通信软件实现
下位机系统和上位机系统所使用的无线通讯模块都是带串口的GsM模块。标准的GSM模块都支持GSM07.05所定义的AT命令集的指令。因此通过串口向GSM模块发送AT指令可以设置短信中心号码、短信格式、短信接收对象和方式等。短信格式一般分为TEXT与PDu，本系统采用PDU模式进行发送和接收中文短信息。以向移动用户“15901186423”发送中文信息“1号窗户被打开了”为例，其发送短信息的相关AT指令如下：
AT+CSCA=“13800100500”
AT+CMGF=0
AT+CMGS=033
>0891683108100005F011010D91685109116824F300080012003153F77A97623773BB7483788E4E8630020A
以上一串代码表示从手机发出的PDU串，其中PDU由SMSC地址和TPDU构成，上面范例中输入的PDU解释如下：
08：SMSC地址字节长度(包含91)
91：SMSC地址格式(91表示国际格式)(在前面加‘+’)
683108100005FO：SMSC地址(+8613800100500)(北京移动短消息心)
11：基本参数
01：消息基准值TP-MR＼
OD：目标地址数字个数(十进制，不包含91和F)
91：目标地址格式
685109116824F3：目标地址(+8615901186423)
00：协议标示TP-PID
08：用户信息编码格式TP-DCS(08表示UCS2编码)
00：有效期TP-VP
12：用户信息长度
003153F77A97623773BB7483788E4E8630020A：1号窗户被打开了。
2、单片机程序设计
系统程序流程软件设计的主要集中在在于单片机的编程，其中有以下几个方面：
主程序开始时要对模块初始化，初始化主要包括设置串口速率，异步高速通信模式，并且允许串口连续接收，并关闭中断控制寄存器，在本系统中波特率设置为9600bps，无校验位，8个数据位。其中初始化程序如下：
BSF STATUS，RPO
MOVLW B'00000010'
MOVWF TRISB
MOVLW B'00000000'
MOVWF TRISA
BCF STATUS，RPO
MOVLW B'00000001'
MOVWF PORTA
BSF STATUS，RP0；设置波特率，异步串口
MOVLW 19H；设置波特率为9600
MOVWF SPBRG
MOVLW B'00100100'
MOVWF TXSTA；异步模式高速使能发送
BCF STATUS，RPO
MOVLW B'10010000'
MOVWF RCSTA；串行端口使能
允许连续接受
MOVLW B'00000000'
MOVWF INTCON；中断控制寄存器
GOTO INPUTNO1
发送短消息子程序，单片机开始工作之后，自动的对ZigBee的报警信号循环检测，如果检测到报警信号，则单片机通过AT命令控制GSM模块同时向业主和物业管理中心发送报警短消息，完成短信报警的工作。
数码管显示和语音播报程序，在单片机控制GsM模块发送完短消息后，程序进入语音播报和数码管显示的子程序，在数码管上会显示发送报警信息的玻璃的位置，并通过外接的音响设备循环的播报所发送的报警信息，引起人们的警示。至此完成整个远程报警过程。
四、结束语
本设计基于zigBee与GSM物联网技术，以微处理器为核心，设计实现了住宅门窗安防的远程报警系统。系统能够实现住宅防盗安防的无人值守，不受时间和地域限制，特别适用于季节性度假别墅住宅的防盗安防，具有实际应用前景和市场推广价值。在目前国内别墅住宅区广泛存在的情况下，本作品有望具有良好的经济效益和社会效益。