摘  要： 介紹了基于無線收發(fā)芯片CC1110和GSM網(wǎng)絡(luò)的無線監(jiān)控報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制板和終端板組成。終端板連接各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu)作為數(shù)據(jù)采集點和控制端，控制板負責(zé)接收和分析各個終端板發(fā)送的數(shù)據(jù)，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)以短信形式將設(shè)備的狀態(tài)或報警信息發(fā)給用戶，而用戶用短信形式將控制命令發(fā)送給控制板，實現(xiàn)對家庭遠程的監(jiān)控。
關(guān)鍵詞： CC1110；數(shù)據(jù)采集；GSM；無線通信；監(jiān)控

    隨著人們生活水平的提高和網(wǎng)絡(luò)的普及，尤其是近幾年全球移動通信系統(tǒng)GSM[1]短信技術(shù)的發(fā)展和居住環(huán)境的改善，促使人們對家庭安全防范的意識得到空前的強化。在此領(lǐng)域中，針對傳統(tǒng)家庭報警系統(tǒng)具有布線復(fù)雜、范圍受局限等諸多缺點，使用無線通信設(shè)備并將其安裝于室內(nèi)，不但不會破壞房間原有布局，而且具有安裝過程便捷、投入少、組網(wǎng)快速等優(yōu)點。本文所設(shè)計的系統(tǒng)是基于CC1110[2]的無線傳輸，利用GSM網(wǎng)絡(luò)對控制信息和報警信息進行發(fā)送和接收，用戶只要使用手機就可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控。系統(tǒng)主要由多個終端板和一個控制板組成。終端板可以安裝在門、窗、電氣設(shè)備上，通過終端板上的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)對監(jiān)控設(shè)備進行監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)控設(shè)備發(fā)生異常情況時，就會以短信的形式將特定的狀態(tài)信息和報警信息發(fā)送給用戶，實現(xiàn)對家庭的遠程控制。
1 系統(tǒng)設(shè)計
    系統(tǒng)由終端板(數(shù)據(jù)采集端)、控制板(數(shù)據(jù)接收端)、GSM模塊組成，如圖1所示。終端板將采集到的數(shù)據(jù)進行初步處理后發(fā)送給控制板，控制板將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后發(fā)到用戶手機上，用戶可以通過手機實時了解家庭情況。控制板接收并分析用戶的指令，把指令解析后發(fā)給指定的終端板，指定的終端板根據(jù)接收到的控制信息去控制執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)遠程控制。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
    終端板和控制板都采用CC1110芯片。終端板在無線通信模塊的基礎(chǔ)上增加了各種傳感器或執(zhí)行機構(gòu)。而控制板則在無線通信模塊的基礎(chǔ)上添加GSM模塊控制電路。
2.1 CC1110芯片的功能特點
    CC1110芯片是美國TI公司的一款1 GHz以下頻帶的低功耗射頻(RF) 片上系統(tǒng)解決方案。芯片內(nèi)嵌多達32 KB的在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、4 KB的SRAM存儲器、8通道8~14 bit A／D轉(zhuǎn)換器、1個16 bit定時器和3個8 bit定時器、2個UART／SPI、21個通用I／O?；贑C1110的高性能無線收發(fā)器工作于433 MHz頻段，頻率穩(wěn)定性好、靈敏度高、無線數(shù)據(jù)傳輸最大速度可達500  Kb／s，同時采用低供電電壓(2.3  V～3.6  V)，從而降低了整個系統(tǒng)的使用功耗。
2.2 無線通信模塊硬件設(shè)計
    CC1110芯片只要極少數(shù)外圍元件就能夠搭建穩(wěn)定可靠且功耗低的片上系統(tǒng)，大大簡化了RF電路的設(shè)計過程。設(shè)計的傳感器節(jié)點工作在433 MHz頻段。圖2是CC1110的外圍電路設(shè)計，主要由CC1110芯片、射頻匹配電路和其他外圍元件組成。

2.3 GSM模塊連接電路
    本系統(tǒng)GSM模塊設(shè)計選用西門子公司的TC35i[3]。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的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。TC35i在休眠狀態(tài)時的電流消耗為3.5 mA，空閑狀態(tài)時為25 mA。TC35i有40個引腳，通過一個ZIF(Zero Insertion Force)連接器引出。這40個引腳可以劃分為五類：電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。TC35i的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口是一個串行異步收發(fā)器，固定的參數(shù)有：8 bit數(shù)據(jù)位和1 bit停止位，無校驗位，波特率在300 b/s~115 200 b/s之間可選。GSM與控制板的連接電路圖如圖3所示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件由終端板程序和控制板程序組成。終端板程序通過傳感器對家用電器、門、窗等的當(dāng)前狀態(tài)進行實時采集，根據(jù)命令把監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給控制板或控制執(zhí)行機構(gòu)對監(jiān)控設(shè)備進行準確的控制?？刂瓢宄绦蜇撠?zé)對終端板發(fā)送的數(shù)據(jù)進行讀取、分析，并利用GSM網(wǎng)絡(luò)將結(jié)果實時地發(fā)送給用戶，讓用戶及時了解家居狀況；同時控制板接收用戶的控制命令，并將控制命令解析后及時地發(fā)送給指定的終端板，終端板通過執(zhí)行機構(gòu)對監(jiān)控設(shè)備進行準確的控制。
3.1 終端板的軟件設(shè)計
    終端板的程序流程圖如圖4示。首先CC1110進行I/O、無線模塊等系統(tǒng)的初始化。為了減少終端板的損耗，終端板每隔100 ms進行一次數(shù)據(jù)采樣，并在控制板查詢的時候把信息發(fā)送給控制板。

    終端板采集事務(wù)時序如圖5所示。終端板每隔100 ms進行一次數(shù)據(jù)采集，為了減少功耗，數(shù)據(jù)采集完成后，傳感器關(guān)閉。當(dāng)需要采集數(shù)據(jù)時，傳感器再次打開。如圖5所示，第一個100 ms傳感器工作5 ms后關(guān)閉，第二個100 ms時，傳感器再次打開，工作5 ms后關(guān)閉。

    終端板發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式如表1所示。

    導(dǎo)言表示數(shù)據(jù)包開始，終端板的標識符包含終端板的識別碼，用于控制板區(qū)分哪個終端板發(fā)送的數(shù)據(jù)。終端板接收正確的數(shù)據(jù)包后，解析數(shù)據(jù)包，如果是查詢命令，終端板將設(shè)備的狀態(tài)信息發(fā)送給控制板；如果是控制命令，終端板控制執(zhí)行機構(gòu)，對設(shè)備進行控制，并將控制結(jié)果反饋給終端板?？刂瓢灏呀K端板返回的結(jié)果發(fā)送給用戶。
3.2 控制板的軟件設(shè)計
    控制板的主程序流程圖如圖6所示，串口中斷程序流程如圖7所示。首先CC1110進行I/O、無線模塊、串口、GSM模塊的初始化。終端板每隔200 ms查詢一次終端板的數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)控設(shè)備異?；蛴脩舨樵儽O(jiān)控設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)時，控制板將終端板的狀態(tài)信息或報警信息通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶。當(dāng)用戶需要控制監(jiān)控設(shè)備時，將控制信息以短信形式通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給控制板，控制板分析處理命令信息后將控制指令發(fā)送給指定的終端，指定的終端通過控制執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對設(shè)備的控制。

    控制板發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式如表2所示。

    導(dǎo)言表示數(shù)據(jù)包的開始。時間信息用于終端板和控制板的時間同步。命令包含控制板對終端板發(fā)送的指令，其中還包括終端板的識別碼。結(jié)束標志表示一個數(shù)據(jù)包的結(jié)束。每個終端板的識別碼不相同，當(dāng)終端板接收到數(shù)據(jù)包后，首先進行時間同步，然后解析數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)，判斷命令中的識別碼是否與自身的識別碼相同，如果相同則進行命令響應(yīng)；不相同則在時間同步后放棄此數(shù)據(jù)包。
3.3 GSM模塊啟動和數(shù)據(jù)處理
    GSM模塊的啟動：在GSM模塊上電后，必須給IGT 一個大于100 ms低電平，模塊才啟動。本系統(tǒng)在不降低系統(tǒng)可靠性的前提下，使用軟件方法啟動，通過CC1110內(nèi)部定時器給出大于100 ms的低電平，以降低硬件成本。GSM正常啟動后通過AT[4]命令進行操作。常用的AT命令如表3所示?！?/p>

　
為了節(jié)省GSM的控制和短信發(fā)送的時間，ATE0命令表示在系統(tǒng)初始化后關(guān)閉回顯。AT+CMGF用來選擇發(fā)送短信的格式，當(dāng)AT+CMGF=0時，用來發(fā)送中文短信，AT+CMGF=1時，用來發(fā)送英文短信。本文主要介紹發(fā)送中文短信如：
AT+CMGS=23
>0011000D91683189898989F90008A708665A4E0A597DFF01→
    其中，AT+CMGS用來發(fā)送短信，AT+CMGS=23表示要發(fā)送23位十六進制數(shù)，發(fā)送的短信是用ASCII表示的十六進制，不包括初始的2個0。等待GSM模塊返回“>”后，將短信輸出給GSM模塊，GSM將短信發(fā)出。短信發(fā)送格式如表4所示。

    經(jīng)過試驗驗證，本系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)家庭設(shè)施的控制和報警。終端板可以與各種傳感器和動作機構(gòu)連接，具有很好的通用性。當(dāng)要添加新設(shè)備時，只要加一個終端板就可以，整個系統(tǒng)有非常好的可擴展性。而且本系統(tǒng)不局限于家庭應(yīng)用，針對移動設(shè)備，在控制板上外接一個GPS模塊，可將衛(wèi)星定位信息實時地發(fā)給用戶，可以實現(xiàn)移動設(shè)備的控制和報警。此外，由于有覆蓋廣、性能穩(wěn)定的GSM網(wǎng)絡(luò)的支持，可以確保控制信息的快速性和準確性。
參考文獻
[1] GSM 03.40. Technical realization of the short message service point-to-point[S]. European Telecommunications Standards Institute(www. etsi. org). 1994.
[2] Texas Instruments Incorporated. CC1110 datasheer [EB/OL]. http：//focus. ti. com/docs/prod/folders/print/cc1110f32. html， 2010-01-16.
[3] Siemens Corporation. TC35i hardware interface description[EB/OL].http： //www. siemens. com， 2003-11-12.
[4] Siemens Corporation. TC35i AT command set[EB/OL]. http： //www. siemens. com， 2005-09-09.
[5] GSM 03. 38. Alphabets ans language-specific information[S]. European Telecommunications Standards Instiute(www.etsi.org).1999.