淺談4G技術(shù)下新型監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，無線通信已經(jīng)普及，而我們通常的監(jiān)控手段仍是接觸式的。接觸式監(jiān)控的缺點(diǎn)是：接觸式控制大多通過有線網(wǎng)絡(luò)將采集的信息進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送，成本較高，大大限制了使用范圍;適用范圍窄，靈活性差，在一些高危和不方便人員直接監(jiān)控的場合更加難以發(fā)揮作用;隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，破解接觸式監(jiān)控的手段日益增多，從而大大降低接觸式監(jiān)控的安全性能。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展和生活水平日益提高，人們?cè)谧非笊钯|(zhì)量的同時(shí)，對(duì)人身財(cái)產(chǎn)安全保障也提出了更新的要求，所以新型、性能更加優(yōu)越的防盜報(bào)警系統(tǒng)成為市場需求的一個(gè)主流。本系統(tǒng)就是針對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)控報(bào)警產(chǎn)品的缺點(diǎn)開發(fā)的一套基于衛(wèi)星定位和4G技術(shù)的新型監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警和導(dǎo)航定位。

本系統(tǒng)以汽車為開發(fā)平臺(tái)，通過安裝傳感監(jiān)控裝置，收集信息傳遞給以單片機(jī)為中心的控制系統(tǒng)，經(jīng)過分析處理后經(jīng)由GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))/GPRS(通用分組無線電業(yè)務(wù))網(wǎng)絡(luò)，將報(bào)警信息通過電話、SMS(短信業(yè)務(wù))或MMS(多媒體信息業(yè)務(wù))等形式通知用戶，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)報(bào)警。現(xiàn)在市場上的GPS(全球定位系統(tǒng))可實(shí)現(xiàn)精確的定位尋車及一般的導(dǎo)航，但是GPS的核心技術(shù)掌握在美國手中，如果一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，美國關(guān)閉應(yīng)用，后果不堪設(shè)想，尤其不利于軍用，所以我們采用了GPS和我國自主研發(fā)的北斗雙星雙模導(dǎo)航定位技術(shù)。

1、硬件系統(tǒng)

本系統(tǒng)由MCU控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信息的接收和發(fā)送模塊、GPS模塊和北斗雙星定位模塊5部分組成。數(shù)據(jù)采集模塊利用不同的傳感器將采集到的信號(hào)送到MCU，MCU進(jìn)行分析和處理后發(fā)出控制信息和報(bào)警指令給GSM模塊，然后通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)或北斗雙星向用戶傳遞報(bào)警信息，達(dá)到監(jiān)控報(bào)警的目的。系統(tǒng)將根據(jù)用戶的決策采取諸如遠(yuǎn)程喊話示警、遙控拍照和切斷油路等操作保證車輛安全。同時(shí)，該系統(tǒng)還利用GPS和北斗雙星雙模定位的方法，實(shí)現(xiàn)全天候、高精度的實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位，定位精度可達(dá)3m～10m。

MCU以串行通信的方式實(shí)現(xiàn)與GSM、GPS和北斗雙星終端的物理連接，并且留有與PC機(jī)的。RS-232串行通信接口。利用北斗雙星定位終端實(shí)現(xiàn)快速定位，并將位置信息通過GSM或者雙星簡短通信的方式發(fā)送到用戶和中心站，同時(shí)，北斗衛(wèi)星的雙向短報(bào)文通信功能可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域報(bào)警。

1.1 MCU控制模塊

該模塊起著對(duì)傳感器報(bào)警信息和用戶控制信息的接收、分析和處理，是本系統(tǒng)的核心組成部分。它的設(shè)計(jì)包括電源部分、電平轉(zhuǎn)換部分、存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)部分和外部接口部分(包括傳感器信號(hào)輸入、MCU控制外部設(shè)備信號(hào)輸出顯示、MCU與北斗雙星定位模塊和GSM模塊之間的通信接口)。

1.2 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊中可供利用的有多種傳感器，如振動(dòng)傳感器、壓力傳感器、開關(guān)式和斷線式傳感器等多種類型的傳感器，當(dāng)汽車受到振動(dòng)、車門被打開或者有人坐在座位上時(shí)就會(huì)產(chǎn)生不同的信息，將這些傳感器收集到的不同數(shù)據(jù)和信息輸入系統(tǒng)MCU，以供后續(xù)處理。

此模塊設(shè)計(jì)思路是充分利用車載已有的安全成熟的產(chǎn)品作為系統(tǒng)部分。其優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性將大幅提高;可以較好地解決系統(tǒng)狀態(tài)控制問題，若僅考慮利用手機(jī)短信進(jìn)行設(shè)防和解防，不僅很不方便，而且長期的額外信息費(fèi)用也是不可忽視的;可在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，降低產(chǎn)品的成本，同時(shí)還可以合理有效地利用已有車載設(shè)備，使資源得到合理有效的配置。

1.3 信息的接收和發(fā)送模塊

以GSM模塊為核心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶之間的信息交互，在系統(tǒng)中發(fā)揮了發(fā)送報(bào)警信息和接收用戶回應(yīng)的功能。該模塊通過GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，無需設(shè)置運(yùn)營中心，大大降低了生產(chǎn)推廣成本。此模塊的設(shè)計(jì)思路是：使用開放性較好的GSM模塊，并且嚴(yán)格執(zhí)行歐洲電信聯(lián)盟的GSM0707、GSM0705、GSM0338等規(guī)范和協(xié)議，方便系統(tǒng)軟件開發(fā)，并增強(qiáng)系統(tǒng)軟件的通用性。

1.4 GPS模塊

GPS技術(shù)在軍用和民用方面的應(yīng)用都很成熟，通過使用GPS和北斗雙星雙模定位的方法，可以大大提高導(dǎo)航定位的精度。

1.5 北斗雙星定位終端

利用此終端實(shí)現(xiàn)快速定位，并將位置信息通過GSM和雙星簡短通信兩種方式發(fā)送到用戶和中心站，并且利用雙星簡短通信實(shí)現(xiàn)區(qū)域報(bào)警。主要功能是：快速定位，為服務(wù)區(qū)域內(nèi)的用戶提供全天候、實(shí)時(shí)定位服務(wù)，定位精度與GPS相當(dāng);短報(bào)文通信，一次可傳送多達(dá)120個(gè)漢字的信息;精密授時(shí)，精度達(dá)20ns。
　　
2、軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件主要參照歐洲電信聯(lián)盟的GSM0707、GSM0705、GSM0338等規(guī)范和協(xié)議，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的AT指令集設(shè)計(jì)編輯而成，并且通過RS-232串口收發(fā)來實(shí)現(xiàn)MCU與GSM模塊、CPS模塊和北斗雙星導(dǎo)航定位終端的雙向通信。經(jīng)過大量試驗(yàn)，該軟件在系統(tǒng)上運(yùn)行穩(wěn)定，其通用性和移植性都很好。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程。

主要流程及相關(guān)程序敘述如下：

a)首先初始化MCU使其進(jìn)入正常的工作方式，程序通過MCU的UART接口控制GSM模塊，串口的初始化函數(shù)為serial-init()，分別對(duì)MCU和GSM模塊、北斗雙星導(dǎo)航定位終端、GPS模塊以及PC機(jī)的外部顯示處理接口進(jìn)行了詳細(xì)的定義和說明。同時(shí)，對(duì)相應(yīng)的傳感器和控制引腳的輸入或輸出方式進(jìn)行了正確的設(shè)置。

b)為了正確建立MCU和GSM模塊之間的通信，檢測串口通信速率，在合理設(shè)置MCU后，由單片機(jī)發(fā)出ATE檢測信號(hào)，若通信建立不正確，則繼續(xù)檢測，等待GSM回應(yīng)OK確定通信正常建立。

c)為使GSM模塊能在符合用戶要求的條件下工作，需對(duì)其進(jìn)行初始化，包括關(guān)閉振動(dòng)和鈴聲、設(shè)置短信內(nèi)存、模式、提示方式等。

d)進(jìn)入工作模式，包括兩方面工作內(nèi)容：

一是檢測各個(gè)傳感器，先檢測報(bào)警級(jí)別高的傳感器，若有報(bào)警信號(hào)送來，則有MCU控制編輯和發(fā)送手機(jī)短信(或者打電話)通知用戶;

二是檢測是否有新短信或來電，有則讀回并解碼執(zhí)行用戶通過短信發(fā)來的命令或核實(shí)用戶來電后控制GSM模塊自動(dòng)應(yīng)答。由于從串口讀取大量數(shù)據(jù)時(shí)不免存在誤碼，為防止執(zhí)行錯(cuò)誤命令，MCU將連續(xù)重復(fù)讀取同一條短信兩次，兩次相同時(shí)才執(zhí)行短信中的命令，否則重新讀此短信。

3、系統(tǒng)功能和性能

a)用戶密碼設(shè)置：用戶可編輯短信更改密碼****到GSM模塊，在用戶接到短信回饋執(zhí)行成功或執(zhí)行失敗后即可獲知更改密碼的執(zhí)行情況。

b)更改用戶：用戶可通過編輯短信更改用戶****(后4位為設(shè)定的密碼)，在用戶接到短信回饋時(shí)可判定結(jié)果。

c)短信報(bào)警：當(dāng)車輛安全受到外界威脅時(shí)，車載傳感器收集信息后將信息交由MCU判定威脅級(jí)別后，發(fā)出指令控制GSM模塊編輯手機(jī)短信如車門開、車被盜等在第一時(shí)間通知用戶。

d)MMS圖像監(jiān)控：當(dāng)用戶收到車輛安全情況受到威脅時(shí)，可編輯短信拍照給車載電話，MCU收到命令后控制GSM模塊拍照并在第一時(shí)間通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶，方便用戶了解車輛安全具體情況。

e)遠(yuǎn)程監(jiān)聽和喊話示警：當(dāng)用戶接收到報(bào)警短信后可以直接撥打車載電話，系統(tǒng)將自動(dòng)接通電話方便用戶進(jìn)行監(jiān)聽，或經(jīng)由系統(tǒng)自帶的功放和揚(yáng)聲器進(jìn)行擴(kuò)音喊話示警。

f)遠(yuǎn)程制動(dòng)：當(dāng)用戶接收到短信或通過電話監(jiān)聽發(fā)現(xiàn)車輛受到威脅時(shí)，可以編輯短信熄火到車載電話，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)切斷油路，使汽車停止行駛。

g)遠(yuǎn)程遙控暖車：用戶可編輯手機(jī)短信暖車到GSM模塊，MCU將控制現(xiàn)有繼電器提前進(jìn)行暖車。

h)北斗雙星導(dǎo)航定位：快速定位;短報(bào)文通信;精密授時(shí)。

i)區(qū)域通信和報(bào)警：當(dāng)某輛汽車的本系統(tǒng)監(jiān)測到險(xiǎn)情后，可利用北斗雙星的簡短通信功能給鄰近的系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信息，共同提高安全防護(hù)級(jí)別，防止險(xiǎn)情擴(kuò)散。

j)GPS與北斗雙模定位：系統(tǒng)留有GPS模塊的外部接口，可利用GPS結(jié)合和北斗雙星的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行差分比較以獲得更加精確的導(dǎo)航和定位信息。

k)隨著GIS(地理信息系統(tǒng))的不斷發(fā)展，系統(tǒng)信息處理能力將會(huì)得到不斷提高，可以實(shí)現(xiàn)更加高效的實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位和跟蹤尋跡。

4、結(jié)束語

本設(shè)計(jì)是集傳統(tǒng)車載式防盜報(bào)警單元、北斗雙星導(dǎo)航定位終端、GPS模塊、GSM/GPRS網(wǎng)路和GIS于一體的新型高科技監(jiān)控報(bào)警和導(dǎo)航定位產(chǎn)品。系統(tǒng)在功能、實(shí)用性、可靠性及易用性等多方面均符合廣大用戶的迫切需求。同時(shí)，隨著我國私人汽車需求量的迅速增大和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，這一系統(tǒng)的市場前景非常廣闊，市場潛力非常巨大！