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單片機典型案例開發(fā)（一）
一、基于GPRS和單片機的彩信報警系統(tǒng)設計方案
摘要：設計一種基于GPRS 和51 單片機的彩信報警系統(tǒng)。利用單片機技術、帶彩信協(xié)議GPRS 無線通信模塊、圖像捕獲和圖像壓縮編碼功能模塊，實現(xiàn)原理圖設計到電路板設計開發(fā)。用單片機根據(jù)seNSor 控制串口攝像頭圖像采集和壓縮處理，采集圖像通過彩信的格式發(fā)送到用戶手機，同時可以通過短信命令隨時查看系統(tǒng)狀態(tài)，或者攝像頭采集圖像，監(jiān)控現(xiàn)場情況。
國內(nèi)傳統(tǒng)的電子防盜報警系統(tǒng)方案往往是在用戶端通過電子設備檢測到盜竊等報警信息， 然后通過通訊器經(jīng)電話線將信號自動傳到報警中心來完成報警過程。這種報警中心往往存在很多局限。例如：報警中心地點和人員需固定，報警通信速度慢，反向查詢、控制等操作困難而專業(yè)，電話線斷線問題難以解決，通信費用、尤其是遠程通信費用較高，不利于組建遠程網(wǎng)絡，通信帶寬太小，加載信息量少，音視頻信號的技術手段應用困難， 很難應用于家庭安防市場等等。
而彩信業(yè)務自中國移動從2002 年9 月正式推出以來，隨著彩信網(wǎng)絡工程的建立和不斷地優(yōu)化，彩信逐漸進入了高速發(fā)展和穩(wěn)定應用階段。所以人們越來越關注于依托中國移動網(wǎng)絡、基于彩信業(yè)務來發(fā)展現(xiàn)代的電子防盜報警系統(tǒng)， 從而能在此系統(tǒng)上發(fā)揮其隨時隨地監(jiān)控、網(wǎng)絡涵蓋范圍大、查詢控制等操作簡便、費用低、報警通信速度快、音視頻應用簡易等眾多優(yōu)勢，使其能廣泛應用于家庭、辦公、工廠、商鋪等等各種場所。
1 系統(tǒng)硬件設計
1.1 系統(tǒng)總線設計
本彩信報警系統(tǒng)以普通AT89C52 單片機和帶有彩信功能的無線模塊GPRS，前端設備可以根據(jù)控制攝像頭采集圖片，發(fā)送到用戶手機上，同時用戶可以通過短信命令隨時查看系統(tǒng)狀態(tài)， 或者控制前端攝像頭采集圖像，監(jiān)控現(xiàn)場情況。采用此方案設計的產(chǎn)品操作簡單，為了降低成本，在最小硬件設計的基礎上，系統(tǒng)的功能盡可能用軟件程序來實現(xiàn)，以達到降低成本，滿足市場需求。
設計的硬件電路主要由三部分組成： 圖像捕獲和圖像壓縮編碼部分通過串口攝像頭實現(xiàn)； 主控制器處理圖像數(shù)據(jù)和任務控制用AT89C52 單片機實現(xiàn)；帶彩信協(xié)議GPRS 模塊無線部分。在設計中使用電路圖，在設計的過程中，首先設計了硬件的結構框圖，如圖1 所示：
采用單片機AT89C52 為核心組成彩信報警系統(tǒng)，AT89C52 具有快速8051 內(nèi)核、8kBFlashE2PROM、256BIDATARAM，符合該硬件要求；彩信報警功能，采用GPRSModule 的MC55 芯片，帶彩信協(xié)議棧MMS 功能；利用串口攝像頭實現(xiàn)現(xiàn)場捕獲和圖像壓縮存儲功能。
1.2 單片機接口設計
AT89C52 單片機接口中， 作為只要一組串口，GM8123 可以將一個全雙工的標準串口擴展成3 個標準串口，并能通過外部引腳控制串口擴展模式。該芯片母串口和子串口的工作波特率可由軟件調(diào)節(jié)，而不需要修改外部電路和晶振頻率， 它的外部控制少，應用靈活，編程使用簡單，適用于大多數(shù)有串口擴展需求的系統(tǒng)。所以利用GM8123 為AT89C52擴展出3 組串口， 可以與串口攝像頭和GPRS 模塊進行連接通信。如圖2 所示。
1.3 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊硬件設計
由于現(xiàn)場圖片需要以彩信的形式發(fā)送， 所以選用了帶有彩信功能的無線模塊， 這里選用的GPRS模塊是西門子的MC55［5］.GPRS 模塊和單片機之間的數(shù)據(jù)通信主要是通過端口TXD0 與TXD1 之間，RXD0 與RXD1 之間的數(shù)據(jù)傳輸來完成。其中GPRS模塊上的TXD0 口是用于接收從單片機傳來的數(shù)據(jù)， 而單片機上的擴展TXD2 端口是用于向GPRS模塊傳送數(shù)據(jù)的。GPRS 模塊上的RXD0 口是用于向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)， 單片機的擴展RXD2 口則是用于接收從GPRS 模塊傳輸來的數(shù)據(jù)。
GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊硬件部分的電路原理圖如圖3 所示。
1.4 串口攝像頭
ZSV-01P 串口攝像頭是一款具有視頻采集和圖像壓縮功能的攝像頭，具有130 萬像素CMOS 攝像頭，最大分辨率可達到1 280&TImes;960，是一個內(nèi)含有拍攝控制、視頻捕捉、圖像數(shù)據(jù)采集、圖像JPEG 壓縮、串口通訊等功能的齊全的工業(yè)用圖像采集設備，最大串口通訊速率可達115.2kbs［6］。本設計采用的帶有串口的攝像頭， 主機通過串口以約定的協(xié)議對攝像頭進行控制。主機與相機是一種主從關系，相機的操作命令由主機發(fā)出，主機可以控制相機的輸出格式、分辨率，相機向主機發(fā)送響應消息。具體參數(shù)：
?。?）接口：主機與相機之間為RS-232 標準接口，波特率為57 600，8 位數(shù)據(jù)位，無校驗，1 位停止位。
?。?）圖像格式：相機輸出的圖像格式為JPEG.
?。?） 圖像分辨率可以是：640&TImes;480、320&TImes;240、160&TImes;120、352×288、176×144.圖像分辨率越高，則圖像數(shù)據(jù)量越大。圖4 表示分包傳輸時一幅完整圖片采集流程。
2 軟件設計
2.1 模塊軟件設計
軟件采用標準的C 語言構造，由Keil C51 編譯器編譯。系統(tǒng)軟件設計包括兩部分：一是單片機對各個功能芯片的控制字的寫入和單片機串口擴展程序；二是GPRS 數(shù)據(jù)接收發(fā)程序設計。
2.1.1 單片機與GPRS 無線模塊
程序這個程序主要是完成GPRS 模塊與單片機之間的數(shù)據(jù)傳輸，單片機有51 系列的，設定的單片機串行口工作方式為模式1，8 位UART， 數(shù)據(jù)傳輸率為可變；定時器1 的工作方式為模式2，數(shù)據(jù)傳輸率設置為9 600 b/s，晶振為11.059 2 MHz.我們傳輸?shù)闹饕茿T 指令， 包括所撥的號碼，DNS 服務的IP 地址，GPRS 服務提供商的密碼， 接入GPRS 服務的APN.當然還需要建立一個TCP 通訊，此服務的客戶內(nèi)容包括IP、地址以及遠方主機的TCP 端口號等所傳輸?shù)男畔ⅰ?br />
該程序的主程序是對AT 指令進行發(fā)送和接收，在完成發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時是分別調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序和數(shù)據(jù)接收子程序，而這里共包括3 個子程序：數(shù)據(jù)發(fā)送子程序、數(shù)據(jù)接收子程序以及延時子程序。
2.1.2 單片機攝像頭的控制過程。
主機獲取攝像頭圖像時操作：（1） 打開串口；（2）開始采集圖像，設置圖像分辨率；（3） 獲取圖像數(shù)據(jù)；（4） 結束采集圖像；（5） 關閉串口。步驟（3） 獲取圖像可以循環(huán)執(zhí)行。如果重新設置圖像分辨率應重新執(zhí)行步驟（2）。
2.1.3 單片機串口擴展程序設計
與之相關聯(lián)的各端口狀態(tài)和含義為：
（1）sbit MS=P3^6; //GM8123 工作模式控制
?。?）sbit RESET=P3^7; //GM8123 復位引腳控制
?。?）unsigned char SendBuff［5］={ 0x67，0xbc，0xc9};// 需要三個子串口
主程序中定義：
TMOD = 0x20; // 指定定時器1 工作在方式2
IE = 0x90; // 開串行口中斷
SCON=0xc0; // 串行口工作在方式3
TH1 = 0xf8; // 裝入定時器1 初值，設置主機工作波特率為7 200bs
P1=0x00; // 置GM8123 命令字地址
SBUF=Contr_data; // 設置GM8123 子串口波特率為19 200bs，母串口波特率為11 5200bs
因此，整個控制過程是：定義和初始化各個元器件的控制字和端口，然后單片機發(fā)送命令通過串口來檢查和控制各個Sensor 和串口攝像頭及MCC55 的工作。
2.2 程序流程
系統(tǒng)上電后首先初始化單片機， 設置串行口的波特率和定時器；然后初始化GM8123、各種Sensor傳感器；接著執(zhí)行MC55 上電，然后初始化MC55.
系統(tǒng)程序流程如圖5所示。
圖5 系統(tǒng)程序流程圖
圖5 系統(tǒng)程序流程圖
3 結語
本設計選擇中深微電子公司的串口攝像頭實現(xiàn)了圖像捕獲和圖像壓縮編碼于一體， 簡化了電路的復雜性， 帶彩信協(xié)議GPRS 模塊無線部分選用SIEMENS 公司的MC55，該模塊性能穩(wěn)定、可靠、操作方便。通過實驗驗證該報警系統(tǒng)運行效果良好，用戶可以隨時隨地用手機遠程遙控， 拍攝現(xiàn)場的照片并發(fā)送到指定手機或者電子郵箱里?？梢酝饨佣喾N無線傳感器報警，例如煙感、無線門磁、紅外人體感應器、煤氣傳感器等，實現(xiàn)多種觸發(fā)方式的報警，并具有圖像移動偵測功能， 能對移動的物體自動觸發(fā)報警，具有一定的實用價值。