劉天俊，潘　健，王　鵬，廖揚(yáng)凡，陳新旗

(湖北工業(yè)大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢　430068)

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具有視頻捕獲的GSM-GPS多功能智能保險(xiǎn)箱安防系統(tǒng)

劉天俊，潘健，王鵬，廖揚(yáng)凡，陳新旗

(湖北工業(yè)大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢430068)

實(shí)現(xiàn)一種基于無(wú)線通訊模塊技術(shù)的多功能智能保險(xiǎn)箱安防系統(tǒng)，由前端檢測(cè)模塊、報(bào)警系統(tǒng)、視頻捕獲、手機(jī)客戶端等組成。通過GSM模塊實(shí)現(xiàn)彩信報(bào)警，由GPS模塊對(duì)保險(xiǎn)箱進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，實(shí)現(xiàn)集防盜、遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警于一體的安防功能。雙重密鑰系統(tǒng)在異常情況下及時(shí)傳遞現(xiàn)場(chǎng)信息至指定手機(jī)，有效捕獲現(xiàn)場(chǎng)異常信息。

智能保險(xiǎn)箱；GSM彩信報(bào)警；遠(yuǎn)程監(jiān)控；GPS追蹤

目前，由于人們生活水平的不斷提高以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)保險(xiǎn)箱的安全性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)保險(xiǎn)箱的設(shè)計(jì)主要基于密碼鎖保護(hù)及現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，這種簡(jiǎn)單的安防模式易遭受破壞，報(bào)警范圍有限，報(bào)警準(zhǔn)確性不高。大部分的傳統(tǒng)保險(xiǎn)模式在保險(xiǎn)箱材料以及密碼安全方面做文章，一旦保險(xiǎn)箱遭到整體被盜，無(wú)法確保追回，給用戶帶來(lái)經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)損失。

本裝置采用GSM-GPS作為監(jiān)控終端平臺(tái)并結(jié)合單片機(jī)作為控制中心，除具有傳統(tǒng)保險(xiǎn)箱的報(bào)警模式外，同時(shí)具有彩信報(bào)警功能，并進(jìn)行實(shí)時(shí)定位跟蹤和監(jiān)控。當(dāng)檢測(cè)到二次密鑰輸入錯(cuò)誤或異常情況，啟動(dòng)安防過程。內(nèi)置紅外攝像頭及時(shí)捕獲現(xiàn)場(chǎng)信息，并向指定手機(jī)實(shí)時(shí)傳遞現(xiàn)場(chǎng)圖像和GPS位置等重要信息，為追查破案提供重要線索。綜合設(shè)計(jì)輔助功能，如溫度檢測(cè)感知環(huán)境溫度，當(dāng)溫度異常及時(shí)預(yù)警提示，在更大層面上確保了用戶財(cái)產(chǎn)安全。在后備電池的供電下，確保斷電時(shí)正常工作。

1　系統(tǒng)模塊功能分析

系統(tǒng)主要由前端檢測(cè)模塊、無(wú)線傳輸模塊、控制中心模塊、用戶終端模塊四個(gè)模塊組成。

1) 前端檢測(cè)模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶信號(hào)異常變化；

2)無(wú)線傳輸模塊：通過GPRS與用戶終端(手機(jī))實(shí)現(xiàn)通信；

3)控制中心模塊：處理異常信息并向用戶手機(jī)發(fā)送彩信；

4)用戶終端模塊：用戶接受異常報(bào)警。

此安防系統(tǒng)在以上前端檢測(cè)模塊、無(wú)線傳輸模塊、控制中心模塊、用戶終端模塊相互協(xié)作下共同完成智能報(bào)警。其中前端檢測(cè)模塊部分實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)異常變化，當(dāng)有異常情況(震動(dòng)、溫度超過設(shè)定值、非法闖入、密碼輸入超時(shí)或密碼錯(cuò)誤等)發(fā)生時(shí)，傳感器將含GPS位置等信息數(shù)據(jù)信號(hào)通過控制 中心模塊，以手機(jī)短信方式通知用戶。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)框架圖

2　系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件由彩信報(bào)警、GPS及溫度信息處理和雙密鑰異常防盜三個(gè)單元組成，硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1彩信報(bào)警模塊單元

本模塊以STC12LE5A60S2單片機(jī)為核心，包括PTM101通信芯片和PTC08串口攝像頭。其中，單片機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)AT指令集GSM07.07，經(jīng)串口2與PTM101通信芯片進(jìn)行通信，串口1與攝像頭PTC08串口進(jìn)行通信。

系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)后，讀取綁定的1個(gè)或多個(gè)手機(jī)號(hào)碼。利用STC12LE5A60S2單片機(jī)的EINT1監(jiān)控報(bào)警信號(hào)，當(dāng)中斷端口被短接時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)拍照，并通過彩信方式回傳現(xiàn)場(chǎng)照片至綁定的手機(jī)號(hào)碼提醒報(bào)警中斷已觸發(fā)。同時(shí)，也可以通過被綁定手機(jī)撥打保險(xiǎn)箱電話來(lái)監(jiān)測(cè)，當(dāng)保險(xiǎn)箱接到來(lái)電后與綁定手機(jī)號(hào)碼比較并立即掛斷，若與綁定號(hào)碼一致立即拍照并回傳現(xiàn)場(chǎng)照片。

拍照采用具有紅外補(bǔ)光功能的串口攝像頭，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行高速清晰抓拍。該攝像頭可以對(duì)原始圖像進(jìn)行高比例壓縮，并將壓縮后的圖像經(jīng)串口以標(biāo)準(zhǔn)JPEG格式傳給STC12LE5A60S2單片機(jī)。其中STC12LE5A60S2單片機(jī)通過串口1向攝像頭發(fā)送指令，對(duì)攝像頭進(jìn)行初始化和操作控制，通信波特率默認(rèn)為38400bit/s。

2.2GPS和溫度信息處理和短信編輯單元

本模塊以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，包括GPS定位u-blox、液晶顯示LCD1602、傳感器DS18B20等元器件。STC12C5A60S2的串口1與PTM101通信芯片連接，串口2與u-blox的串口相連。兩片單片機(jī)STC12LE5A60S2和STC12C5A60S2采用切換方式與PTM101連接。

初始化串口后，單片機(jī)即可接收u-blox獲取到的GPS信息和DS18B20獲取的溫度信息，隨后將獲取到的信息編寫到一個(gè)sms字符串?dāng)?shù)組發(fā)送到PTM101。如果獲取到有用定位信息(lock=1或=2)則將有用信息進(jìn)行PDU編碼然后發(fā)送到sms；如果lock=0，則將“Sorry! Don't get useful message! ”的PDU編碼發(fā)送到sms。

當(dāng)溫度超過設(shè)定范圍時(shí)，觸發(fā)彩信報(bào)警模塊的中斷報(bào)警，發(fā)送短信。

2.3雙密鑰異常防盜模塊

在STC12LE5A60S2單片機(jī)基礎(chǔ)上，對(duì)保險(xiǎn)箱內(nèi)部裝配第二套電子指紋密碼鎖，該配置與保險(xiǎn)箱外部密碼輸入系統(tǒng)構(gòu)成雙密鑰結(jié)構(gòu)。

當(dāng)外部密碼輸入正確，保險(xiǎn)箱門正常打開后需在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，在內(nèi)置的密碼設(shè)備上輸入正確第二套密碼。內(nèi)部密碼輸入錯(cuò)誤或超時(shí)輸入，都會(huì)引發(fā)預(yù)警防盜過程的開啟，保險(xiǎn)箱自動(dòng)進(jìn)入防盜報(bào)警過程。如拍攝照片發(fā)送彩信報(bào)警等。

3　系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)的軟件分成彩信報(bào)警和短信編輯GPS等信息兩部分。在進(jìn)程開始時(shí)，系統(tǒng)對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行初始化。當(dāng)異常檢測(cè)模塊檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí)，單片機(jī)串口接收到中斷信號(hào)，并將信號(hào)處理后通過串口送給報(bào)警功能模塊。系統(tǒng)工作過程如圖3所示。

圖2　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

圖3　系統(tǒng)工作流程圖

3.1彩信報(bào)警軟件

彩信報(bào)警功能利用GSM模塊(PTM101)的MCU工作模式。PTM101 內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議和彩信協(xié)議，支持?jǐn)?shù)據(jù)透明傳輸，使無(wú)線終端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸變得極其簡(jiǎn)單，可方便地發(fā)送圖片彩信。該芯片采用標(biāo)準(zhǔn)AT指令集GSM 07.07，STC12LE5A60S2單片機(jī)串口2和PTM101串口初始化后，即可與單片機(jī)進(jìn)行通信。初始化過程為：攝像頭初始化→系統(tǒng)檢測(cè)回復(fù)信號(hào)→GPRS模塊初始化→初始化成功后其自帶電話本開始初始化→進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。一旦主控設(shè)備發(fā)送出中斷信號(hào)，GPRS模塊便進(jìn)入工作狀態(tài)，將編碼好的中文短消息發(fā)送到預(yù)先設(shè)定的電話。本系統(tǒng)選用UCS2編碼(中文Unicode碼)，將單個(gè)的字符轉(zhuǎn)換為由4位的0-9、A-F數(shù)字和字母組成的字符串，待發(fā)送的消息以UCS2碼的形式發(fā)送出去。工作流程圖如圖4.

3.2GPS和溫度信息處理短信編輯模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1GPS定位功能實(shí)現(xiàn)采用u-blox公司的GPS模塊，能快速捕獲弱信號(hào)，天線受限制小，可隱蔽式應(yīng)用。

首先進(jìn)行模塊初始化，當(dāng)接收到啟動(dòng)信號(hào)后進(jìn)入工作狀態(tài)。通過UBX message 獲得標(biāo)準(zhǔn)定位結(jié)果信息(NAV message of UBX class 提供了導(dǎo)航結(jié)果：包括位置、速度、時(shí)間、精度、可用衛(wèi)星數(shù)等信息)外，還可以得到接收機(jī)信息(RXM message of UBX class 提供接收機(jī)至衛(wèi)星的偽距、信噪比、通道狀態(tài)等)、導(dǎo)航輔助信息(如AID message of UBX class提供衛(wèi)星的星歷、歷書信息)等。接收到的信息通過串口發(fā)送給STC12C5A60S2單片機(jī)的串口1，STC12C5A60S2單片機(jī)通過嵌套查詢的方式對(duì)接收到的信息進(jìn)行分析處理，處理完后將所需信息壓縮打包緩存在寄存器中。當(dāng)報(bào)警觸發(fā)后，由STC12C5A60S2單片機(jī)串口2發(fā)送給GSM模塊，將信息進(jìn)一步編碼后發(fā)送至手機(jī)客戶端。

圖4　彩信報(bào)警模塊系統(tǒng)工作流程圖

3.2.2GPS和溫度信息處理短信編輯功能實(shí)現(xiàn)對(duì)接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行分析處理得到當(dāng)前保險(xiǎn)箱所處環(huán)境的溫度。然后將溫度信息和部分GPS信息打包緩存在寄存器中，并送給LCD1602顯示。當(dāng)報(bào)警觸發(fā)后，切換PTM101的串口與STC12C5A60S2單片機(jī)串口2連接，讀取STC12C5A60S2單片機(jī)寄存器中所存數(shù)據(jù)，編輯成短信，發(fā)送給PTM101，PTM101芯片對(duì)信息編碼后發(fā)送給指定手機(jī)。工作流程圖如圖5.

4　結(jié)語(yǔ)

本文的系統(tǒng)硬件以超低功耗單片機(jī)STC12C5A60S2和STC12LE5A60S2為核心，同時(shí)結(jié)合GSM-GPS、攝像頭以及溫度傳感器，使其具有彩信報(bào)警及定位跟蹤等多種功能。雙重密鑰系統(tǒng)提升保險(xiǎn)箱安全等級(jí)，彩信發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)重要圖像，短信及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)送報(bào)警信息。當(dāng)系統(tǒng)程序執(zhí)行發(fā)生故障時(shí)(如電話卡欠費(fèi)停機(jī)等)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出提示，并重新進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

圖5　GPS和溫度信息處理短信編輯模塊工作流程圖

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Abstrac: Implemented a Multi-functional intelligent safe security system based on the technology of wireless communication module intelligent,which was made up by the front-end detection module，alarm system，video capture system，mobile phone client, etc. The GSM module realized the MMS alarm, real-time positioned by GPS module,which realized anti-theft, remote monitoring and real-time alarm in one security function. In the abnormal situation, the double key system timely transfer the information to the designated mobile phone, to capture the scene exception information effectively.

GSM-GPS multi function smart safe system with video capture

LIU Tian-jun，PAN Jian，WANG Peng，LIAO Yang-fan，CHEN Xin-qi

(Hubei Technology University,School of Electrical and Electronic Engineering,Wuhan430068,China)

intelligent safe; GSM alarm; remote monitoring; GPS tracking

2016—02—29

湖北省高等學(xué)校2013年省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助(201310500031)

劉天俊(1992—)，男，湖北松滋人，碩士研究生，研究方向?yàn)闄z測(cè)技術(shù)及自動(dòng)化裝置.

潘健，E-mail:panjian@mail.hbut.edu.cn

TN929.53 ；TP368.1

A

1009-2714(2016)02- 0085- 05

10.3969/j.issn.1009-2714.2016.02.019