利用GSM技术和PIC18F452单片机实现仓库安全监控报警系统的设计

粮食、种子、蔬菜、食品在贮藏期间，对环境温、湿度有特定要求，往往需要专人负责，稍有疏忽就会使所存物品变质或腐烂，造成不必要的损失。基于无线GSM的仓库安全监控报警系统就是针对仓库、粮库等场所进行温湿度和安全监控及报警而设定的方案。当库内温湿度不适宜商品贮存或发生火灾、漏水等危险情况时，系统自动通过GSM网络把报警信息以短信和电话的方式传送到管理员手机或集中监控中心，使仓库管理员可以在第一时间了解到报警情况并及时做出相应的处理，实现对无人值守仓库的远程控制。本系统采用GSM技术，用户无须另外组网，节省了昂贵的建网费用和维护费用，且通信不受距离限制，覆盖范围广，只要有GSM网络的地方都可以使用，可靠性高。

系统的工作原理及组成

本系统的结构如图1所示。系统由安全监测报警终端，GSM无线网络和监控中心三部分组成。安全监测报警终端通过传感器检测安全指标，利用GSM无线网络进行实时的数据传输，将报警信息发送给监控中心。另一方面，监控中心可以向安全监测报警终端发送查询和控制短信命令，安全监测报警终端收到命令后，将根据命令要求返回当前的状态信息给监控中心或实现相应的操作，如打开排风扇、关闭除湿机等。

图1 系统结构图

另外，根据系统规模大小不同，可以采用单房间监控或多房间集中监控的方式。单房间监控是对一个房间范围内的多个布控点进行温、湿度和安全监控，需要一个安全监测报警终端和多个温湿度传感器。这时，监控中心可以是一部手机。但如果需对众多监控点进行集中管理，单纯通过用户手机就力不从心了，监控中心就需要配备PC和手机模块的组合，通过专门的管理平台接收各个监控点的报警信息，进行统一集中的管理。我们在这里只讨论单房间监控的情况，即只讨论安全监测报警终端的设计。

硬件设计

安全监测报警终端主要包括主控制器PIC18F452单片机、TC35i无线通信模块、各种传感器（温湿度传感器、烟雾传感器等）、继电器控制开关，其结构如图2所示。系统采用PIC18F452单片机为核心，配合各种传感器作为采集设备，用以检测各种安全信息，当出现警报时，通过TC35i模块给管理员手机发送报警短信或打电话。管理员通过手机发送的控制命令也是通过GSM网络到达TC35i，再传到单片机，单片机分析处理后，再执行相应的操作。其中，单片机采用串行通信口与TC35i通信，通过固态继电器控制排风扇等设备。TC35i和SIM（Subscriber Identification Module）卡之间主要通过CCCLK和CCIO两根信号线进行数据通信。

1 PIC18F452单片机

PIC18F452是Microchip公司推出的一款16位结构的高性能增强型闪存微控制器，采用精简指令集（RISC）设计，有两级流水线，最高运行频率可达到10MIPS，能够满足系统对及时性的要求；单片机内部有32KB的Flash程序存储器，1.5KB的数据存储器和256B的EEPROM，存储容量大，便于系统的扩展；中断资源丰富，提供18个中断源，两个中断优先级，并且中断优先级可配置，便于系统对多种/多个信息采集设备的处理；单片机内部集成了看门狗电路，省去了设计看门狗电路的麻烦，且抗干扰性强，提高了系统的稳定性。

图2 安全监测报警终端原理框图

2 TC35i通信模块

TC35i是Siemens公司推出的新一代支持中文短信息的工业级GSM通信模块，构成如图3所示。其主要由四部分构成：GSM基带处理器、GSM射频部分、电源部分和Flash存储器。其中，GSM基带处理器是整个模块的核心，由一个C166CPU和一个DSP处理器内核控制模块内各种信号的传输、转换、放大等处理过程。射频天线部分主要实现信号的调制与解调，外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换，匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源，40芯的ZIF（Zero Insertion Force）插座为用户提供包括电源、数据输入输出、SIM卡音频接口和控制等的接口。

TC35i模块还自带RS232通信接口，可以方便地与PC、单片机连接；可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，信号好。该模块向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。它支持TEXT和PDU模式的短消息，本系统采用支持中文短消息的PDU模式。

3 传感器单元

传感器单元是系统的又一关键组成部分，决定着系统的报警灵敏度和误报率。本系统包括了温湿度传感器、烟雾传感器和水浸传感器。

温湿度传感器SHT10是一款高度集成的数字温湿度传感器，采用专利的CMOSens技术，可抵御来自外界的影响，即使将传感器浸入到液体中也不会受到损害；此外，温度传感器与湿度传感器结合在一起，使测量精度提高并且可以精确得出露点值，并且不会产生由于温度与湿度传感器之间随温度梯度变化而引起的误差。

烟雾传感器是无线离子式烟雾传感，这是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器。它在内外电离室里面有放射源，电离产生的正、负离子在电场的作用下向正负电极移动。正常情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室，干扰了带电粒子的正常运动，电流、电压就有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，产生信号。

水浸传感器采用支架式针式探头传感器，根据电极浸水阻值（水浸阻值）变化原理，由专用集成芯片进行信号放大、整形、比较，输出高低电平。

4 继电器控制单元

单片机通过控制相应I/O脚输出电平的高低来控制继电器的吸合和断开，从而控制排风机等设备的开关。本系统的继电器选用JGX-50F型固态继电器，它是与微电子技术相结合而发展起来的一种新型无触点电子开关器件，具有开关无触点、无火花、无噪声、耐震动、寿命长、抗干扰能力强等诸多优点。JGX-50型继电器输入电流为5～40mA，关断电压1.5V，额定输出电流50mA，输出电压范围为20～220V，满足系统的要求。

图3 TC35i功能框图

软件流程

系统软件设计的重点在于单片机的编程。通过向TC35i写入不同的AT指令，能完成多种功能，如检测卡座中是否插入了SIM卡、GSM网络登录，读取SIM卡上的电话号码，发送SMS消息，接收SMS消息，控制继电器输出等。其主程序流程如图4所示。其中，初始化的工作包括设置串口速率、GSM无线网络登录以及设置短消息模式为PDU等，PDU编码即按PDU的编码规则产生相应的PDU串。PDU模式收发短信可以使用3种编码：7bit、8bit和UCS2编码，这里我们采用的是UCS2编码。其中，中断1来自传感器的，中断2来自Tc35i模块。

图4 单片机程序主流程

结语

本系统是全无线系统，不用布线，安装方便。特别适用于仓库等有线网络不能到达的地方。而且系统成本不高，易于推广。同时，由于系统传感器的可裁减性，通过配备不同的传感器，可以实现其他特定场合如机房、养殖室等的安全报警，有着广泛而诱人的应用前景。

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