无线通信的远程监控系统设计

2014-04-18喻武龙翁省辉齐连众

现代电子技术 2014年7期

喻武龙+翁省辉+齐连众

摘要：随着移动通信技术的快速发展，具有远程无线控制功能的监控系统得到广泛应用。设计了一种基于GPRS通信网络的远程监控系统，详细介绍了系统的硬件结构及软件设计。该系统采用单片机通过串口连接GPRS通信模块和图像捕获模块，并扩展红外探测模块，在接收到来自于远程控制中心或红外模块探测的控制指令后启动图像捕获模块，并将所拍摄的图像自动传至指定手机，实现对现场的实时监控。该系统成本低廉，稳定性好，是一种高性价比的远程监控解决方案。

关键词：无线通信； GPRS模块；远程监控；图像传输

中图分类号： TN911.7?34； TP391.8 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）07?0025?03

Design of remote monitoring system for wireless communication

YU Wu?long1， WENG Xing?hui2， QI Lian?zhong1

（1. School of Information in Zhuhai Branch， Beijing Institute of Technology， Zhuhai 519085， China；

2. School of Computer in Zhuhai Branch， Beijing Institute of Technology， Zhuhai 519085， China）

Abstract： With the rapid development of mobile communication technology， the monitoring system with remote wireless control function is widely used. A remote wireless monitoring system based on the communication network of GPRS was designed. Its hardware structure and software design are elaborated in this paper. A single?chip computer is used in this system to connect GPRS communication module and image capture module through a serial port， and extend the infrared detection module. The system can start the image capture module and transmit the image automatically to a specified mobile phone when it receives the control instruction coming from the remote control center or infrared detection module. Based on the steps mentioned above， the real?time monitoring of the scene is realized by the system. The system has the advantages of low cost and good stability， and is remote monitoring system with high cost performance.

Keywords： wireless communication； GPRS module； remote monitoring； image transmission

0 引言

随着社会的发展与电子科技的进步，家庭防盗逐步成为越来越多家庭的需求，也越来越多的受到人们的关注。设计具有能满足远程实时监控、成本低廉、稳定性好的远程无线监控系统具有广阔的市场前景和应用价值[1]。根据家庭防盗实际需求，本文设计出将数据采集、远程接收、远程控制、自动拍照等功能集合在一起的远程无线监控系统。该系统具有资源利用率高、传输速率快、接入时间短等特点，适合于间断性的、突发性的或频繁的小量数据传输的实时监控场合。

1 功能介绍

本系统采用无线通信网络对远程终端进行实时监测与控制。当监控现场出现非法入侵事件或者控制中心想查看监控现场状况时，控制中心将利用无线网络发送控制指令来启动位于监控现场的摄像头拍摄现场图片，并利用现有的GPRS网络将现场图片发往指定号码的手机，完成现场监控功能。该系统主要功能包括：

（1）控制中心可以通过发送控制指令实现远程监控，在手机上对监控现场状况进行监控。

（2）可以将系统设置为被动预防状态，利用红外感应模块对现场进行人体感应监测。当出现非法入侵时，红外感应模块将触发摄像头工作，启动GPRS通信模块，并将现场图片发往指定号码的手机。同时终端将自动拨打该电话，使得终端可以对现场声音进行监听。

2 系统总体结构

该无线远程监控系统结构框图如图1所示[2]，该系统主要由单片机系统模块、摄像头模块、GPRS通信模块、红外感应模块、电源模块等模块组成。

图1 系统结构框图

2.1 摄像头模块

本系统用于现场图像采集的PTC08摄像头是一款集视频捕捉、图像采集、拍摄控制、JPEG图像压缩、串口传输于一体的图像采集处理模块，其内置的高性能数字信号处理芯片实现了对原始图像的高比例压缩。摄像头拍摄的图片采用标准JPEG格式输出，数据通过标准RS 232串口与单片机相连，此外自带的简单图像传输协议使得摄像头可以方便地实现与电脑以及各种嵌入式系统的连接，并可以直接匹配标准PC机的串口电平。

该串口摄像头具有上电休眠功能，即上电时只有通信接口和图片存储器部分工作，耗电较多的图像处理部分处于休眠状态。向摄像头发出拍照命令前应唤醒然后再发送拍照命令，图像处理部分开始正常工作。正常工作后，除非接收到休眠命令，否则摄像头不会自动进入休眠状态[3]。

在异步串行接口中，一个字节数据由1个起始位，8个数据位和1个停止位组成。起始位始终为0，数据位低位先发，停止位始终为1，最后发送。单字节0X4B数据发送时序图如图2所示。

图2 RS 232字节数据传输时序图

2.2 GPRS通信模块

GPRS是通用分组无线业务的简称，具有通信速度快、永远在线、收费合理等优点，使得GPRS通信模块在远程无线通信控制中得到广泛应用。本系统通过单片机控制GPRS通信模块进行数据传输，一方面要求所用的GPRS通信模块能够连接到GPRS网络，另一方面要求在GPRS通信模块支持实现TCP/IP传输协议，以实现在Internet网络的数据传输。本系统的GPRS通信模块选用SIMCOM公司的SIM300S，尺寸小、功耗低、性能突出。该模块内置TCP/IP传输协议，省去了外部繁琐的编程，同时它集成了标准的RS 232接口以及SIM卡，采用AT指令集通过串口对它进行初始化设置。

2.3 红外探测模块

为了满足在出现非法入侵时自动对监控现场进行拍照的需求，本系统采用了HR?SR501红外人体感应探测器。感模块工作电压范围可在4.5～20 V，静态工作电流小于50 μA，可通过跳线方式设置探测模块工作在可重复触发方式或不可重复触发方式。

当有人非法进入红外模块感应范围时，红外感应模块输出高电平，用以启动图像采集模块进行拍照，并将所拍图片通过GPRS通信模块发往指定号码的手机，实现远程监控系统自动对现场的实时监控。

3 软件设计

本系统的软件设计对象主要包括单片机与GPRS模块的串行通信、启动摄像头拍照及GPRS通信模块与监控中心的数据通信三部分。

软件主要实现的功能：系统上电后，GPRS模块初始化。当初始化注册登记成功后，程序将进入主程序状态。监控系统进入工作状态，等待接收来自于控制中心的控制指令，同时利用红外感应模块检测是否出现非法入侵现象。如果监控系统接收到了来自控制中心的控制指令，或者检测到有人非法入侵时将启动摄像头拍照，利用串口将所采集到的图像传送至单片机，并由单片机控制将图片通过串口传至GPRS模块，利用通过GPRS网络传送至指定手机，完成对现场的实时监控。系统软件设计流程图如图3所示。

图3 系统软件设计流程图

3.1 串口初始化

该系统是通过RS 232串口连接摄像头、单片机系统与GPRS通信模块。当收到短信控制信号或红外感应启动信号时，系统启动摄像头进行拍照。照片通过串口送往单片机系统，单片机系统通过串口与GPRS通信模块相连，控制GPRS通信模块完成将所拍照片通过GPRS网络发往指定手机，实现单片机与GPRS模块的数据通信。

数据在串口中的传输都是以帧的形式进行，串口工作在方式1，数据位8位，起始位1位，停止位1位，波特率为9 600 Baud。串口的初始化主要包括波特率的设定和接收中断允许的设定。下面是设置串口工作方式的主要程序：

void Serial_Init（void）

{

SCON = 0x50；

TMOD = 0x21；

TH1 = 0xFD；

TL1 = 0xFD；

TR1 = 1；

ES = 1；

EA = 1；

}

3.2 GPRS通信模块初始化

本系统的GPRS通信模块采用SIM300S。SIM300S上电以后，网络指示灯的闪烁频率为64 ms ON/800 ms OFF，表示SIM300S模块正在搜索GPRS网络。当模块已经连接到GPRS网络后，网络指示灯将变为64 ms ON/3 000 ms OFF的闪烁状态。SIM300S连接到GPRS网络后，可以通过单片机引脚对SIM300S的POWERKEY引脚输出一个大于1 500 ms的低脉冲，用以开启SIM300S模块。下面是GPRS彩信的设置程序：

void Set_MMS_Par（void）

{

Second_AT_Command（"AT+CMMSCURL=＼"mmsc.monternet.com＼""，3）；

Second_AT_Command（"AT+CMMSNETCFG=1，＼"CMWAP＼""，3）；

Second_AT_Command（"AT+CMMSPROTO=1，＼"10.0.0.172＼"，80"，3）；

Second_AT_Command（"AT+CMMSSENDCFG=6，3，0，0，2，4"，3）；

Second_AT_Command（"AT+CMMSEDIT=1"，3）；

}

3.3 GPRS通信模块的数据传输

通过GPRS通信模块进行数据传输有短信模式和数据模式两类。SIM300S内部集成了TCP/IP协议栈，对于与IP协议相关的程序则不必编写，可以直接通过发送相应的AT指令发送指令与数据进行通信，使用户利用该模块开发数据传输设备变得特别方便[4]。

GPRS模块对短消息的控制共有三种模式：Block 模式、PDU 模式和Text 模式。由于本系统数据传输的最终目标是将采集的数据发送给监控中心，因此采用较为简单的基于AT命令的Text模式进行数据的收发。AT指令以回车作为结尾，响应或上报以回车换行为结尾。以下为设置接收手机的号码控制指令：

Second_AT_Command（"AT+CMMSRECP=＼"13756683661＼""，3）；

Send_ASCII（"AT+CMMSSEND"）；

3.4 摄像头拍照

本系统的图片采集功能是通过采用PTC08摄像头拍照来实现的。当单片机收到来自于GPRS通信模块或者红外感应模块的启动摄像头拍照的控制信号后将启动摄像头拍照。首先摄像头复位，接着设置好拍照图片的大小，然后执行拍照并通过串口获取图片，并将获取的图片数据通过串口上传至GPRS通信模块通过GPRS网络发送至指定手机[5]。以下为启动摄像头拍照的指令：

Second_Serial_Port_Send（0x56）；

Second_Serial_Port_Send（0x00）；

Second_Serial_Port_Send（0x36）；

Second_Serial_Port_Send（0x01）；

Second_Serial_Port_Send（0x00）；

4 系统测试

本系统的单片机分别通过串口与GPRS模块和摄像头相连，因此要首先进行串口通信的测试，通过后再对GRPS模块进行测试。先将GPRS模块与PC机相连，通过超级终端发送短信到手机上，以确定GPRS模块工作正常。设置串口波特率大小为9 600 Baud，接着对GPRS模块进行握手测试、信号测试和注册测试。当GPRS初始化完毕后将要待发送的图片载入，通过指令 AT+CMMSRECP发送。待测试通过后，再将各模块联合，进行整体调试，实现远程无线监控的功能。初始化测试界面如图4所示。

图4 初始化测试界面

5 结论

本系统通过标准RS 232串口实现单片机控制GPRS通信模块和摄像头模块，并扩展了红外感应模块。该系统实现了集远程无线监控、自动感应、信息存储及数据无线传输于一体的监控功能，可将监控照片发送至指定的手机。

系统采用的AT指令解析及控制GPRS模块通信的方法可移植性和扩展性强，并具有电路简单、系统成本低、响应速度快等优点，可广泛应用于相似的远程无线控制系统设计。

参考文献

[1] 胡志坤.基于无线传感器网络的物流运输车远程监控系统研究[J].物流技术，2012（12）：426?428.

[2] 夏华.无线通信模块设计与物联网应用开发[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3] 张庆海.基于无线通信网络融合的智能家居系统研究[J].电视技术，2013（4）：92?95.

[4] 孙德辉，卫革，杨扬.基于ARM的GPRS远程数据传输系统的设计[J].自动化技术与应用，2010，29（7）：26?28.

[5] 黄显澍.工程GSM短消息远程数据采集监控系统[J].微处理机，2010（6）：111?113.

[6] 封志方，裴毅，郭道通，等.无人升空平台温湿度远程监控系统设计[J].现代电子技术，2013，36（11）：103?105.

Second_AT_Command（"AT+CMMSRECP=＼"13756683661＼""，3）；