基于STM32的多网络人防警报终端设计
2016-09-07王勤湧许明海章双磊
王勤湧,许明海, 章双磊
(1.温州大学 城市学院，浙江 温州 325000; 2.浙江宇视科技有限公司,杭州 310000)
基于STM32的多网络人防警报终端设计
王勤湧1,许明海1, 章双磊2
(1.温州大学 城市学院，浙江 温州325000; 2.浙江宇视科技有限公司,杭州310000)
传统人防警报系统一般采用单一途径触发方式，实时性和可靠性易受限制，据此设计了多种远程方式控制警报的终端，采用STM32作为主控芯片，外围集成包括移动通讯、固话、有线以太网络3种技术途径触发多种警报；3种途径的仲裁采用先到先触发的兼容方式，并给出了终端的架构及内部设计运行原理，充分发挥了不同网络在不同环境下的优势，保障了不期灾害发生时警报的实时快速预警；同时对状态信息进行反馈，经实际使用测试，系统稳定，实时，可靠性强，为破坏性灾害发生时的成功预警提供了一种可靠方法。
STM32；DTMF；SIM5320E；以太网
0 引言
人防警报是我国防战备建设的重要组成部分，和平时期主要用于抗灾救灾警报和突发事故情况下的灾情预报，如水库洪灾，火灾等，战时则用于人民防空，可在紧急时刻预警人民群众，周全人们的生命安全和财产安全。当前人防警报的触发多采用人工手动现场触发或超短波发送的方式，形式单一，覆盖范围小[1]，在灾难时刻警报触发途径易受限制，往往在危急时刻并不能完全保障实效性，因此，设计一种实时性强，可多种途径触发警报的系统，不仅节省时间，而且避免了现场人工操作的不稳定因素，能够最大限度的争取可生时间。
本设计采用STM32F103VCT6[2]作为主控芯片，并实现多种远程可控硬件电路触发警报，包括基于DTMF技术的有线固话警报方式，基于SIM5320E的2 G/3 G无线通信警报方式，以及基于NePort-L485的以太网警报方式，采用多网络融合，多种途径触发警报，并使用先到达先触发的工作模式，充分利用各种网络在不同环境下的特长和优势。
1 终端硬件结构
从功能上看，人防警报终端包括2 G/3 G模块功能，以太网模块功能，电话网络DTMF数据接收功能，以及锂电池充电，设备电源监测，防盗功能和警报监测功能，设备以STM32F103RDT6芯片为中心，在接收到远程端发出的信号后，驱动警报器进行工作。终端功能结构图如图1所示。
图1 终端功能结构图
1.1SIM5320E无线通讯电路
SIM5320E是SIMCom公司出品的一款SMT封装的2 G/3 G模块[3]，2 G支持4频段GSM,3 G支持WCDMA 900 Mhz频段和WCDMA 2100 Mhz频段，可根据现场网络状况自动切换，结构紧凑，开发简便，工作电压2.5～5.5 V，2.8 V IO电平，外围只需配置SIM卡电路和天线电路，即可正常工作，与STM32主芯片的通讯需通过电平转换芯片实现，如图2所示。
图2 SIM5320E与主控芯片连接示意图
SIM5320E在接收到远程端发送的短信命令后，通过串口将信息发送至主控芯片，而后主控芯片进行识别，所有命令通过AT指令完成。
1.2以太网模块
模块为终端设备的多网融合的一种网络传输方式，主要接收来自远程客户端的各种指令，并进行反馈。
该模块采用CONEXTOP公司的NePort-485L模块，NePort系列是CONEXTOP公司于2002年初发布的一款高度集成,高性能的的嵌入式设备，较为成熟，拥有10 M/100 M的以太网接口，利用该模块，任何带有标准串口的设备都可以轻松连入以太网，3.3 V供电，与主控芯片串口电平匹配，可无缝连接。
1.3电话网络DTMF接收电路
电话模块包括线路监测，响铃次数检测，摘机电路和DTMF电路四部分组成。
1.3.1 电话线路监测
电话线路监测电路用来判断电话线是否处于在位及通路状态，电路图如图3所示。
图3 电话线路监测电路
RJ11为电话水晶头插座，DS105芯片用于整流，正常通路情况下，图中三极管导通，其中ON_LINE信号连接主控芯片，反映了电话通路的状态。
1.3.2 响铃次数检测电路
响铃次数检测电路用于判断响铃次数，以便适时摘机，电路图如图4所示。
图4 响铃次数检测电路
1.3.3 摘机电路及DTMF电路
摘机电路及DTMF[4]电路如图5，图6所示。在指定次数的振铃之后，主控芯片拉高图5中的PICK_UP信号进行摘机，而后DTMF电路开始工作。
图5 摘机电路及DTMF电路
图6 DTMF电路
DTMF芯片使用HT9170D芯片，HT9170系列利用数字计数的方法对16种DTMF输入进行解码，并产生4 bit的代码输出，分别对应图6的D0，D1，D2，D3信号，解码之后DV信号置高，提醒主控芯片接收4 bit数据进行识别，包括密码识别和警报信号类型识别。HT9170D采用5 V供电，但通讯速率不高，因此和主控芯片信号的连接使用简单三极管电路进行电平转换即可。
1.4其他外围电路
终端电路还包括设备电源监测电路，锂电池充电电路，防盗电路和警报监测电路。
设备终端使用12 V电源供电并使用ADC功能轮询监测供电情况，同时内置8.4 V锂电池以备在外部供电缺失或受损时仍能进行正常工作，充电电路使用CN3702芯片作为管理芯片，CN3702是PWM降压模式双节锂电池充电管理集成电路，可独立对锂电池充电进行全面自动管理，具有封装外形小，外围元器件少和使用简单等优点，最高充电电流可达5 A，可实现锂电池的涓流充电、恒流充电、恒压充电全过程。
防盗开关安装在设备内部，当设备被打开时，便会触发开关，终端将进行记录并上报。
警报监测电路使用MIC采集警报，并使用FFT频谱分析确认开启的警报类型，并上报。
2 终端软件设计
终端软件主体上也分为三部分：2 G/3 G模块短信识别程序；以太网程序；电话网络程序。主控芯片加载μC/OS-II系统[5]，进行设备的初始化动作，而后采用任务调度的方式使3种网络协调进行工作。
2.12 G/3 G模块短信识别程序
STM32主控芯片通过串口AT命令"AT+CNMI=2,1"设置短信提醒功能，新短信到达后先查找到短信索引index，并使用"AT+CMGRD=
图7 短信识别流程图
2.2以太网程序
NePort-485L以太网数据传输模块主要是把终端设备的数据打包通过有线网络推送到目标IP地址，并接收来自以太网的各种指令。 NePort-485L为串口转网口模块，所以对于STM32来说，只需按照串口方式操作相关协议即可，相关流程图如图8所示。
图8 以太网程序流程图
2.3电话网络程序
电话网络在检测到预定的振铃次数后自动摘机，而后用户可通过固话输入操作密码，密码验证通过后在10s内输入警报协议命令，即可触发警报，相关流程如图9所示。
图9 电话网络程序流程图
3 设备应用情况与总结
目前该终端设备已在温州某地区批量使用，在一些重要纪念日、水库泄洪、台风等预警中，设备能够被移动网络、固话或有线网络途径及时触发并驱动警报器工作，充分发挥了不同网络在不同环境下的优势和特点，能够最大限度的保障人防警报系统的及时性和可靠性。为自然灾害频发地区应急救灾体系的构建提供了一个很好的参考实例。
[1]刘碧贞，黄华，祝诗平. 北斗在远程人防警报系统中的应用[J]. 自动化仪表，2015,36(4):22-24.
[2]刘纯虎,付斌,盛庆华.基于STM32的微型USB—CAN适配器开发[J]. 计算机测量与控制，2013,21(4):996-998.
[3]雷勇,李泽滔.基于3 G的远程医疗服务系统设计[J]. 自动化与仪器仪表，2013,5, 65-66.
[4]陈为召,魏为民. 强噪声环境下的DTMF音频信号识别[J]. 计算机科学，2014,41(B10):156-160.
[5]丁力,宋志平,徐萌萌,等. 基于STM32的嵌入式测控系统设计[J]. 中南大学学报：自然科学版，2013(S1):260-265.
[6]易军凯,罗会明. 基于依存文法的垃圾短信自动识别[J]. 北京化工大学学报：自然科学版，2013,40(B12): 81-85.
Design of Multi Network Civil Air Defense Alarm Terminal Based on STM32
Wang Qinyong1，Xu Minghai1，Zhang Shuanglei2
(1. City College， Wenzhou University, Wenzhou325000, China;2. Zhejiang Uniview Technologies Co., Ltd. , Hangzhou310000, China )
Traditional civil air defense alarm system is normally a single pathway triggered and real time and reliability are easily Limited. A multi network civil air defense alarm terminal that use the STM32 as the main control chip is designed. It is a variety of remote control alarm terminal, including three approaches for mobile communications, fixed telephone, and Ethernet network technology to trigger alarms. Three ways of arbitration using the first come first served rule. And the terminal architecture and operation principle is proposed to guarantee the rapid and real-time warning alarm when the disaster occurred. The advantages of different networks in different environments are fully obtained and the state information can be feedback. The system is stability, real-time, high reliability through testing. It provides a reliable method for the early warning of the disaster.
STM32;DTMF;SIM5320E; Ethernet
2015-07-20；
2015-08-25。
浙江省自然科学基金重点项目(LZ15F030002)。
王勤湧(1985-)，男，浙江温州人，硕士研究生，主要从事智能控制方向的研究。
1671-4598(2016)01-0237-03
10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.01.065
TB277
B
