基于GSM短消息的家庭防盗报警系统设计

陈宁坡，冯彩虹，蔡凌云，王震洲，刘 婷

（1.河北科技大学信息科学与工程学院，河北石家庄 050018；2.河北科技大学党政办公室，河北石家庄 050018；3.河北省电力公司电力科学研究院，河北石家庄 050018）

随着城市流动人口的不断增加，城市社会治安形势日趋严峻。白天居住场所、夜间仓库店铺都可能处在无人留守的状态，即使在农村也会出现无人在家的情况，这就给犯罪分子留下了可乘之机。目前，采用的探测器等普通的防盗技术存在误报率高、系统不稳定等缺点，使得防盗系统并不能达到其目的，而存在的如触摸感应、钢丝栏等方式的防盗系统，其具有一定的局限性且由于系统的一些不完善会造成失防、漏防等问题。

防盗报警系统是利用物理方法和电子技术等科技手段，自动监测发生在布防监控区域内的非法侵入行为，发出警报信号，并传送发生报警区域的信息数据的系统。针对上述防盗报警技术的不完整性和局限性，考虑家庭的需要，笔者采用GSM 网络进行无线短消息通信，实现远程监控。GSM 技术成熟，性能稳定，可以很好地防止各种非法破坏行为［1－7］。

1 系统硬件设计

短消息防盗报警系统设计中采用现场监控和远程报警相结合的方案实现系统功能。系统硬件设计包括单片机核心控制模块、红外监测模块、断线保护模块、遥控布防撤防模块、按键设置和显示模块、短信报警模块、声光报警模块以及UPS电源模块等。本系统以AVR 单片机作为控制核心，通过串口连接短信报警模块、I／O 端口连接红外传感器监测模块、断线开关模块、遥控布防撤防模块、按键设置和显示模块以及声光报警模块，而不间断电源模块可以在系统断电时实现自动切换来达到系统安全稳定不间断的工作。软件设计则利用C 语言程序编写完成，单片机作为主控模块来处理数据，并且通过指令实现整个系统的运转。设备可直接安装在门窗上部，注意遮光，减小误报率。短信防盗报警系统硬件设计框图如图1所示［8－9］。

图1 短信防盗报警系统硬件设计框图Fig.1 System block diagram of SMS anti－theft alarm system

无线遥控装置实现对系统设备的开启与关闭，无人在家时就开启系统设备，报警系统就处在工作状态。在系统设备工作时，若红外监测模块接收到有信号变化时，单片机控制模块通过3次查询，确保信号的准确性，即把报警信息通过GSM 网络传送到用户手机或者警察局，实现远程报警。此时现场的声光报警模块启动，警示盗贼的非法侵入，实现现场报警，让其在作案之前知难而退。此外，若有人事先知道报警装置的存在，提前剪断系统线，系统也可以通过断线开关实现整个系统的远程和现场报警。若此时整个电网断电，此系统也可切换到备用电源供电状态，达到系统设备的不间断工作，让犯罪分子无机可乘。同时，为了方便用户的使用，按键模块可以设置短信接收的源／目的地址，以便用户更换短信接收手机号码或者设置多个接收手机号码，同时按键模块也可以选择发送短信的内容，提示设置均在显示模块上显示，用户只需按提示设置即可，让系统的可用性更高、更简便。

2 系统软件设计

此系统中单片机主要完成对遥控射频信号的接收，对I／O 端口进行轮循和控制以及通过串口与GSM 模块通信。无线遥控装置发出布防和撤防信号，单片机接收到信号变化则进入相应的状态。若进入布防状态，当单片机检测到PA1（单片机与热释电红外监测模块的连接引脚），PA2（单片机与断线开关模块连接引脚）这2 个I／O 引脚中其中有1个在3s内检测3 次均为高电平时就会进行远程报警和现场报警。系统主程序流程如图2所示。

图2 系统主程序流程图Fig.2 Flow chart of system main program

3 GSM 模块发送短消息的AT指令和PDU编码

3.1 GSM 模块发送短消息的AT指令

在此次设计的系统中，采用的GSM 短信通信模块为Motorola GPRS模块G24。该模块具备GSM无线通信的全部功能，并提供标准的UART 串行接口，支持GSM 07.05所定义的AT指令集的指令［10］。AT 指令流程图如图3所示。

使用AT 指令可非常方便地发送和接收短消息及进行短消息中心地址设置等。指令长度较短，占用字节空间小。通过结合MCU 控制给G24模块发送AT 指令便可实现远距离无线通信。

G24支持的AT指令集符合GSM 07.05 和GSM 03.40标准，指令的格式如下。

1）所有的AT 指令（除重复命令以外）都由AT开头。指令都以回车符〈CR〉结束，但发送短消息的指令最后以〈CTRL〉＋〈Z〉结束；

2）应答均由〈CR〉〈LF〉开始，并由〈CR〉〈LF〉结束；

3）如果指令的句法是正确的，得到G24返回字符串是“OK”；

4）如果指令的句法是错误的，得到G24返回字符串是“ERROR”。

用串口助手调试时，其发送和返回的AT 指令如表1所示。

图3 G24发送短消息的AT 指令流程图Fig.3 Flow chart of G24AT command sending a short message

表1 串口调试的内容Tab.1 Content of the serial debugging

在软件编程中，通过串口发送以上命令，并在发送完成后对G24模块的返回值进行判断，当判断返回值是正确的情况下才进行下一个命令的发送，否则一直发送此命令，直到G24模块返回正确的返回值为止。

3.2 短消息PDU 格式分析及编码程序设计

根据GSM 07.05 的定义，发送短消息常用Text和PDU（protocol data unit，协议数据单元）模式。使用Text模式收发短信实现起来相对简单，但却具有不能收发中文短信的缺点；而PDU 模式被大多数手机支持，且编码方式即支持中文短信也支持英文短信。PDU 编码由构成消息的信息数据包组成，它包含源／目的地址、服务时间、编码方式、协议类型和消息等，消息长度（TP－UD）段达140字节，所以在UCS2编码方式下，可发送短消息的最大字符数是70个［11－12］。本系统采用UCS2编码，由于短消息内容只是起到一个向人们报警传递信息的目的，所以设计的传递警情的短消息内容相对简单，发送的短消息字符数不会超过70个，因此程序生成的PDU 编码不涉及发送两条短消息的问题，符合UCS2标准编码原理。

1）UCS2 编码原理

UCS2编码的机制是将短消息中的单字符转变为16位的Unicode字符，即4位十六进制数据形式的字符串。消息以编码后的格式内容发送。

2）发送PDU 串的编制分析

通过UCS2编码得到消息的中英文Unicode码后，就可以进行发送PDU 串的编制。PDU 串实际上是代表信息、命令消息的ASCII码串，由十六进制数据‘0’～‘9’，‘A’～‘F’组成。PDU 串除了包含所发送的消息本身外，还包含很多其他参数信息，如短信服务中心号码、编码方式、目标手机和发送短信手机号及等待时间等信息。现在用1个例子说明发送PDU 串的结构和编码方式。

例：08 91 68 31 08 30 11 05F0 11 00 0D91 68 51 38 91 65 31F7 00 08C2

18 5BB6 4E2D67 09 4E0D90 1F4E4B5B A2FF 0C8BF7 6CE8 61 0FFF 01

参照规范，具体分析如表2所示。

根据以上的命令格式，单片机PDU 编码的子程序设计如下。

表2 PDU 串的结构和编排方式说明Tab.2 Structure of the PDU string and presentation description

4 结 语

建立了一种基于GSM 短消息防盗报警系统设计，考虑了生活中的各方面因素，完善了市场上的家庭防盗报警系统设备。另外可根据人们需要，完善系统设置与摄像头监控设备相连的接口或系统自身设计图像采集功能，在有警报发出后记录当时的影像或者向收信人发送彩信。该报警装置的最大特点就是安装方便、操作简单、智能性高、误报率低。

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