利用GSM技術和PIC18F452單片機實現倉庫安全監控報警系統的設計

糧食、種子、蔬菜、食品在貯藏期間，對環境溫、濕度有特定要求，往往需要專人負責，稍有疏忽就會使所存物品變質或腐爛，造成不必要的損失?；跓o線GSM的倉庫安全監控報警系統就是針對倉庫、糧庫等場所進行溫濕度和安全監控及報警而設定的方案。當庫內溫濕度不適宜商品貯存或發生火災、漏水等危險情況時，系統自動通過GSM網絡把報警信息以短信和電話的方式傳送到管理員手機或集中監控中心，使倉庫管理員可以在第一時間了解到報警情況并及時做出相應的處理，實現對無人值守倉庫的遠程控制。本系統采用GSM技術，用戶無須另外組網，節省了昂貴的建網費用和維護費用，且通信不受距離限制，覆蓋范圍廣，只要有GSM網絡的地方都可以使用，可靠性高。

系統的工作原理及組成

本系統的結構如圖1所示。系統由安全監測報警終端，GSM無線網絡和監控中心三部分組成。安全監測報警終端通過傳感器檢測安全指標，利用GSM無線網絡進行實時的數據傳輸，將報警信息發送給監控中心。另一方面，監控中心可以向安全監測報警終端發送查詢和控制短信命令，安全監測報警終端收到命令后，將根據命令要求返回當前的狀態信息給監控中心或實現相應的操作，如打開排風扇、關閉除濕機等。

圖1 系統結構圖

另外，根據系統規模大小不同，可以采用單房間監控或多房間集中監控的方式。單房間監控是對一個房間范圍內的多個布控點進行溫、濕度和安全監控，需要一個安全監測報警終端和多個溫濕度傳感器。這時，監控中心可以是一部手機。但如果需對眾多監控點進行集中管理，單純通過用戶手機就力不從心了，監控中心就需要配備PC和手機模塊的組合，通過專門的管理平臺接收各個監控點的報警信息，進行統一集中的管理。我們在這里只討論單房間監控的情況，即只討論安全監測報警終端的設計。

硬件設計

安全監測報警終端主要包括主控制器PIC18F452單片機、TC35i無線通信模塊、各種傳感器（溫濕度傳感器、煙霧傳感器等）、繼電器控制開關，其結構如圖2所示。系統采用PIC18F452單片機為核心，配合各種傳感器作為采集設備，用以檢測各種安全信息，當出現警報時，通過TC35i模塊給管理員手機發送報警短信或打電話。管理員通過手機發送的控制命令也是通過GSM網絡到達TC35i，再傳到單片機，單片機分析處理后，再執行相應的操作。其中，單片機采用串行通信口與TC35i通信，通過固態繼電器控制排風扇等設備。TC35i和SIM（Subscriber Identification Module）卡之間主要通過CCCLK和CCIO兩根信號線進行數據通信。

1 PIC18F452單片機

PIC18F452是Microchip公司推出的一款16位結構的高性能增強型閃存微控制器，采用精簡指令集（RISC）設計，有兩級流水線，最高運行頻率可達到10MIPS，能夠滿足系統對及時性的要求；單片機內部有32KB的Flash程序存儲器，1.5KB的數據存儲器和256B的EEPROM，存儲容量大，便于系統的擴展；中斷資源豐富，提供18個中斷源，兩個中斷優先級，并且中斷優先級可配置，便于系統對多種/多個信息采集設備的處理；單片機內部集成了看門狗電路，省去了設計看門狗電路的麻煩，且抗干擾性強，提高了系統的穩定性。

圖2 安全監測報警終端原理框圖

2 TC35i通信模塊

TC35i是Siemens公司推出的新一代支持中文短信息的工業級GSM通信模塊，構成如圖3所示。其主要由四部分構成：GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源部分和Flash存儲器。其中，GSM基帶處理器是整個模塊的核心，由一個C166CPU和一個DSP處理器內核控制模塊內各種信號的傳輸、轉換、放大等處理過程。射頻天線部分主要實現信號的調制與解調，外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換，匹配電源為處理器以及射頻部分提供所需的電源，40芯的ZIF（Zero Insertion Force）插座為用戶提供包括電源、數據輸入輸出、SIM卡音頻接口和控制等的接口。

TC35i模塊還自帶RS232通信接口，可以方便地與PC、單片機連接；可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，信號好。該模塊向用戶提供標準的AT命令接口，為數據、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發及設計。它支持TEXT和PDU模式的短消息，本系統采用支持中文短消息的PDU模式。

3 傳感器單元

傳感器單元是系統的又一關鍵組成部分，決定著系統的報警靈敏度和誤報率。本系統包括了溫濕度傳感器、煙霧傳感器和水浸傳感器。

溫濕度傳感器SHT10是一款高度集成的數字溫濕度傳感器，采用專利的CMOSens技術，可抵御來自外界的影響，即使將傳感器浸入到液體中也不會受到損害；此外，溫度傳感器與濕度傳感器結合在一起，使測量精度提高并且可以精確得出露點值，并且不會產生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化而引起的誤差。

煙霧傳感器是無線離子式煙霧傳感，這是一種技術先進，工作穩定可靠的傳感器。它在內外電離室里面有放射源，電離產生的正、負離子在電場的作用下向正負電極移動。正常情況下，內外電離室的電流、電壓都是穩定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運動，電流、電壓就有所改變，破壞了內外電離室之間的平衡，產生信號。

水浸傳感器采用支架式針式探頭傳感器，根據電極浸水阻值（水浸阻值）變化原理，由專用集成芯片進行信號放大、整形、比較，輸出高低電平。

4 繼電器控制單元

單片機通過控制相應I/O腳輸出電平的高低來控制繼電器的吸合和斷開，從而控制排風機等設備的開關。本系統的繼電器選用JGX-50F型固態繼電器，它是與微電子技術相結合而發展起來的一種新型無觸點電子開關器件，具有開關無觸點、無火花、無噪聲、耐震動、壽命長、抗干擾能力強等諸多優點。JGX-50型繼電器輸入電流為5～40mA，關斷電壓1.5V，額定輸出電流50mA，輸出電壓范圍為20～220V，滿足系統的要求。

圖3 TC35i功能框圖

軟件流程

系統軟件設計的重點在于單片機的編程。通過向TC35i寫入不同的AT指令，能完成多種功能，如檢測卡座中是否插入了SIM卡、GSM網絡登錄，讀取SIM卡上的電話號碼，發送SMS消息，接收SMS消息，控制繼電器輸出等。其主程序流程如圖4所示。其中，初始化的工作包括設置串口速率、GSM無線網絡登錄以及設置短消息模式為PDU等，PDU編碼即按PDU的編碼規則產生相應的PDU串。PDU模式收發短信可以使用3種編碼：7bit、8bit和UCS2編碼，這里我們采用的是UCS2編碼。其中，中斷1來自傳感器的，中斷2來自Tc35i模塊。

圖4 單片機程序主流程

結語

本系統是全無線系統，不用布線，安裝方便。特別適用于倉庫等有線網絡不能到達的地方。而且系統成本不高，易于推廣。同時，由于系統傳感器的可裁減性，通過配備不同的傳感器，可以實現其他特定場合如機房、養殖室等的安全報警，有著廣泛而誘人的應用前景。

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