基于GPRS和数字无线的嵌入式报警系统的设计
0 引言
报警系统作为智能家居的一个重要组成部分，正在日常生活中起着越来越重要的作用。当今常用的报警系统都是通过单片机控制固定电话网络传输警情，稳定性和可靠性都比较低，而且人机交互困难，操作复杂，这就直接削弱了它在实际生活中的应用价值，所以报警系统急需进行设计方案的改进和优化，以推进其发展。
本文设计了一种以增强型单片机为控制核心，结合传感技术、数字无线技术、GSM移动通信网络、固定电话网络、嵌入式技术和计算机控制技术的智能报警系统。相对以往电话报警系统，该系统以GPRS短信功能弥补固定电话报警的缺陷，在功能上和性能上都进行了加强和完善，提高了稳定性和可靠性，而且改善了人机交互接口，简化用户管理系统时的操作。
1 系统概述
该系统采用增强型单片机作为系统的处理器，提高系统工作的稳定性和可靠性，尽量减小系统的误报和漏报率。系统通过煤气、烟雾、门磁、红外、超声波等多路传感器的协同工作，对环境的安全状况进行实时监测，并结合固定电话网络和GSM网络，实现火灾、盗情和各种紧急情况的语音报警和短信提示。该系统还为用户提供了易于操作的计算机终端界面，降低用户管理与设置的操作复杂度。此外，系统还设有报警日志，用户通过系统终端界面输入口令并验证成功后可选择日期查看当天系统报警日志，在一定程度上实现了报警取证。系统主要有6项具体功能：
(1)数字无线技术与传感技术结合，实时监控家庭环境安全状况；
(2)中央控制器接收到报警信号后，通过固定电话网络自动拨打预置电话号码进行语音报警或通过GPRS通信模块发送短信提示；
(3)具有自动摘机和DTMF解码功能，用户可以拨打电话远程控制系统，如：报警预处理、解除系统报警监控；
(4)通过系统终端界面或系统键盘进行设置或修改密码、预置或修改电话号码；
(5)记录和查询报警日志；
(6)断线检测功能，自动检测系统到电话网络的连接异常。
2 系统设计与实现方案
该系统以单片机C8051F020最小系统为核心控制电路，减小单片机的电磁辐射对数字无线电路造成的干扰，提高系统的稳定性。传感器组和数字无线收发模块组成环境监控电路，监测环境安全状况。GPRS通信模块和DTMF双音多频编解码电路组成系统的报警信息传输通道。 G-PRS通信模块通过GSM网络，向用户手机发送短信，传递报警信息。DTMF双音多频编解码电路通过固定电话网络实现自动拨号和远程控制。电话接口电路包括断线检测电路、振铃检测电路、自动摘机电路，实现断线检测、振铃检测、自动摘机。语音电路则用于报警提示音存储和放音控制。图1为系统总体设计框图。
2．1 系统硬件设计
该系统主要由5个硬件模块组成：数字无线收发电路、GPRS接口电路、DTMF双音多频编解码电路、电话接口电路、语音电路。
2．1．1 数字无线收发电路
系统采用以nRF24L01为核心的2．4 GHz半双工数字无线传输模块。nRF24L01有6根控制信号线，SPI总线4个引脚：CSN(SPI使能)、SCK(SPI时钟)、MOSI(主出从入)和MISO(主入从出)；IRQ为接受到数据后产生的中断信号，供单片机查询；CE为片选信号，置低则开启数据传输模块。MCU通过SPI串行总线来配置nRF24L01的内部寄存器和进行数据收发。在与传感器连接的无线发射电路中，警情发生时触发节点MCU控制nRF24L01数字无线传输模块发射本节点地址和采集到的报警信号；在无线接收电路中，C8051F020直接与nRF24L01进行通信，接收传感器节点地址和报警信息，通过识别节点地址判断报警类别。
2．1．2 GPRS模块接口电路
中央处理器接收到传感器发送的报警信号后，控制GPRS通信模块，通过GSM网络，向用户手机终端发送短信进行报警提示。
