隨著社會經濟的發展和科學技術的進步，人們對辦公場所的安全提出了更高的要求。特別對于企業而言，防火防盜更是必不可少的安全防范事件。針對傳統的安防成本比較高、且實時性不強、集中管理控制困難、難以對安全隱患問題進行排查預警等情況； 現基于單片機技術和移動通信網絡開發出一種實時、無線、便于管理、成本低廉的主動防護遠程紅外監控管理系統。

1 系統組成及功能

1.1 系統組成

整個系統主要由現場監控端、移動傳輸網絡和監控中心三部分組成。現場監控端包括監控主機、傳感器（包括紅外傳感器、煙霧傳感器和門磁傳感器）、攝像頭和GPRS 通信模塊。傳輸網絡借由移動通信的GSM\GPRS 網絡，完成遠程通信。監控中心由可靠的DCN/DDN 專線、監控計算機以及手機、無線瀏覽器等組成，網上運行TCP/IP 協議。

1.2 系統功能

以單片機為核心處理芯片的監控主機將采集到的傳感器的輸出數據，進行分析、檢測和識別后，將告警信息本地存儲并通過移動網絡上，實時傳送到監控中心；經過監控中心的應用服務器和數據庫服務器上的程序處理和分析后，將告警短信和彩信發送到使用者的手機上，使用者可以通過Internet 或者手機WAP上網就可直接瀏覽、查詢監控對象的參數和狀態。

手機、計算機發出的有權限的控制命令通過ZSM\GPRS 和Internet 傳輸到監控中心轉發給監控主機執行。

圖1 系統工作原理圖

2 現場監控端

2.1 硬件組成

現場監控端為獨立監控子系統，主要硬件組成是監控主機（主控芯片為F8051C015）、GPRS 通訊模塊（西門子MC35i）和無線傳感器。它可以采集紅外、門磁、煙感、視頻抓拍等設備的狀態及環境參數；采用USSD、SMS、GPRS 結合Internet 的傳輸方式將數據定期上傳集中監控中心，實時上傳告警信息；接收并實時處理網絡用戶或者手機用戶通過集中監控中心下發的控制命令。

2.1.1 監控主機

監控主機通過16 路DI 口控制數字量采集單元，15 路AD 口控制模擬量采集單元，UART0 口連接GPRS 通訊模塊， UART1 口連接掉電復位模塊AT89C2051;通過RS232\RS485 連接1-4 路的視頻抓拍監控板，現場調試或者連接其他的接口單元；SMBUS 總線連接遠程升級單元，1-4 路的開關電源接口板，連接UPS 電源接口板，連接電機接口板，1-4路的視頻抓拍監控接口板。

圖2 硬件組成架構圖

監控主機的核心部分是C8051F015 單片機，它的P34 與MC35i 的15 腳（IGT）相連接，用于開啟MC35i 模塊；C8051F015 的TXD\RXD 腳和MC35i的TX0/RX0 相連， 進行數據的輸入輸出； MC35i模塊通過RS-232 接口各引腳輸出的信號有RXD、CTS、DSR、DCD、RING,輸入的信號為TXD、RTS、DTR.MC35i 的數據接口采用串行異步收發，符合ITU2T RS-232 接口電路標準，工作在CMOS 電平（2.65 V） .數據接口配置為8 位數據位、1 位停止位、無校驗位。C8051F015 片內集成了2304 字節的內部數據存儲器和32K 字節的閃存，10 位的ADC 模塊和兩個12 位的DAC 和兩個模擬比較器，外部有豐富的I/O 資源，內部有一個全雙工UART、SPI 總線和I2C/SMBus,可實現和外部的通訊。它帶有交叉開關模塊，通過設置可以控制寄存器將片內的計數器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC 轉換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內部的其他數字信號配置為出現在端口I/O 引腳。這就允許用戶根據自己的需求選擇通用端口I/O 組合，簡化硬件電路上的設計，提高系統的可靠性，降低生產成本。

2.1.2 無線傳感器和攝像頭

無線傳感器與監控主機的通信， 采用的是PT2262 芯片發射，PT2272 接收，數據通過74LS245芯片與C8051F015 的I/O 口進行連接。當出現異常情況時，相應的傳感器發出觸發信號，由無線發射模塊通過無線方式將觸發信號送到監控主機的無線接收模塊，核對信息無誤后，通過RS232 串口將報警信息發送到監控主機。

無線傳感器類型包括：門磁傳感器、紅外探測傳感器和煙霧傳感器。

無線門磁采用海曼的MC-31,該傳感器監測門的開關狀態，發射特定的315MHz 無線電波，將信號傳輸到監控主機后，經過放大、調制后為開關信號，單片機進行判斷后決定要不要報警。該傳感器動作距離≥ 16mm, 室內傳輸距離20 米， 開關耐壓為100VDC,負載電流≥0.5A.無線紅外探測傳感器采用GH-608,它報警輸出NC/NO 可選，LED ON/OFF可選擇；阻燃ABS 外殼，全方位自動溫度補償；采用動態閥值調節技術和SMT 工藝制造，抗RFI、EMI 干擾；三級脈沖計數可調節，方便不同的環境安裝。 無線煙感采用的是HM-602PC,它是可自動復位/斷電復位可選的紅外光電傳感器，采用微處理器控制，聯網輸出NC / NO 可選且LED 指示報警；采用SMT 工藝和金屬屏蔽罩，可抗電磁和射頻干擾，穩定性強。

攝像頭：（VG-P501）采用的是RS232 接口串行通訊，與單片機的SUART1 相連，直接觸發攝像頭的抓拍。抓拍有兩種方式：一當門磁、紅外和煙感任何一個傳感器報警之后，將報警信息和攝像頭相連，觸發攝像頭自動抓拍，并將圖片發送到集中監控中心，用戶可以通過網頁或者手機WAP 上網來查詢圖片；二集中監控中心直接下發抓拍的控制命令后，攝像頭拍抓后將圖片上傳。

2.1.3 GPRS 模塊

該系統的GPRS 通訊模塊采用了西門子公司的MC35i 模塊，并將其嵌入TCP\IP 協議，使模塊和集中監控中心連接。MC35i 啟動電路由開漏三極管和上電復位電路組成，與單片機34 腳相連。模塊上電10ms 后（電池電壓須大于3V），為使之正常工作，必須在15 腳加時長至少為100ms 的低電平信號，且該信號下降沿時間小于1ms.啟動后，15 腳的信號應保持高電平。

MC35i 為EGSM900 和GSM1800 雙頻GPRS模塊，支持數據、語音、短消息和傳真業務；電源采用3. 3 ~4. 8 V 的單一電源， 可采用單片機的3. 3V 電源，通過RS-232 雙向總線直接與單片機的UART0 相連， 利用AT 命令進行數據和命令的傳輸。GPRS 數據接收速率最高可達85.6kbps, 發送速率可達21.4 kbps[5].

2.2 軟件設計

當監控主機上電以后，主機進行初始化，同時通過AT 指令對MC35i 進行初始化。初始化完成后，主機采用循環的方式采集傳感器的數據，并對數據進行判斷。

GPRS 模塊初始化：單片機發送AT 指令設置和控制GPRS 的主要設置有以下：設置波特率為4800b/s,指令：AT+IPR=4800,默認的通信速度為9600b/s;設置網關為移動夢網，指令：AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET";設置移動終端的類別為B 類，指令：AT+CGCLASS="B",同時監控多種業務，但只能運行一種業務，即在同一時間只能使用GPRS 上網，或者使用GSM 的語音通信；激活GPRS 功能，指令：AT+CGACT=1,1.

短信的收發：利用主機中斷服務程序判斷是收取還是發送消息，短消息采用PDU 編碼，實現方式也采用AT 指令。收取步驟：分析短消息內容，得出指令后，執行控制操作，再封裝返回的短消息。發送步驟：

調用預存的短信指令，控制GPRS 模塊給指定號碼發送短消息，發送失敗則重復操作，直至成功。

彩信的發送：攝像頭采集GPRS 模塊建立WAP 連接GPRS,用標準WAP 無線會話協議進行編碼后的消息作為一個WSP POST 內容發送出去。WAP 網關用HTTP 協議將內容傳送給MMSC 的中繼器，中繼器再傳至MMSC 的服務器。服務器將信息的內容將轉換成MIME 的格式后數據存儲、數據分析、路由尋址，得到用戶終端信息，同時通過同一個WAP 連接對發起方做出響應。

終端的軟件流程如圖3 所示。

圖3 系統軟件流程圖。

3 集中監控中心

3.1 功能介紹和組成

集中監控中心通過GPRS 網絡和遠程監控主機進行連接，對監控主機實時上傳的各種信息和數據進行分析檢測處理，把過濾后的有效信息傳送給監控中心的服務器。服務器將接收的數據進行處理，通過文字、圖形、聲音等各種人機接口方式顯示監控對象的狀態和告警信息，并對數據進行存儲生成報表和對告警信息進行統計分析。使用者通過計算機Internet 或者手機WAP 上網登陸客戶端，根據權限進行各種數據的查詢和管理；并且可發送控制命令，由監控中心通過GSM\GPRS 網絡轉發給監控主機執行。

集中監控中心有兩臺服務器：監控應用服務器和數據庫服務器。監控應用服務器裝有監控中心的軟件，并采用ASP. Net 的開發出Web 頁面，通過安裝微軟的IIS 來搭建Web 信息發布系統。數據庫服務器安裝Windows 2000 Server 操作系統，并安裝SQL Server2000 數據庫管理軟件和數據分析處理軟件。兩臺服務器采用網絡地址轉換（NAT）技術，是對外網的IP只有一個。

監控中心軟件采用Socket 連接方式完成監控終端和監控中心的通信，根據預設好的通信協議接收和發送數據。基于該系統時效性強，監控地點分散，系統結構采取的是B/S 結構，在Web 瀏覽器上直接瀏覽Web 服務器進行工作。

3.2 軟件實現

集中監控中心的軟件采用模塊化設計，是采用Visual C++語言和SQL Server 進行開發，軟件系統主要分為以下三個部分：系統管理，終端管理，查詢統計。

（1） 系統管理包括：用戶管理、權限管理、個人資料管理、修改登陸密碼四個模塊。

用戶管理：提供給用戶一個可登陸、監視、管理的軟件應用平臺；權限管理：設定權限給不同級別的用戶；個人資料管理：修改管理者的姓名，手機號碼等個人資料；修改登陸密碼：修改網頁登陸密碼和修改手機WAP 登陸密碼。

（2） 終端管理包括：終端信息管理、布\撤防配置管理、告警手機管理三個模塊。

終端信息管理：記錄終端的信息、狀態、配置，可查詢終端和監控中心的連接情況，可實時根據要求查詢監控現場的情況，可顯示終端各單元的工作情況；布\撤防配置管理：通過控制指令可實現對終端的遠程控制（布防撤防）。告警手機管理：可添加或刪除告警手機，且可設置告警級別。

（3） 查詢統計包括：日志查詢、控制記錄查詢、告警記錄查詢、監控圖片查看四個模塊。

日志查詢：記錄了登陸網頁的時間和用戶；控制記錄查詢：可查詢控制終端的名稱、時間、類型等。

告警記錄查詢：查詢到告警時間、恢復時間、終端當前狀態等。監控圖片查詢：可對一段時間的拍抓圖像進行查詢。

圖4 監控中心軟件結構。

4 結語

該系統基于移動網絡，支持SMS\GPRS 兩種傳輸方式，提供可靠通信保障，實時性強。傳感器采取無線方式，無需布線，易于安裝。監控軟件能實現各種歷史告警的信息進行查詢、統計和打印；各種告警信息都將自動保存且不能隨意修改、刪除。系統能進行自診斷（如系統掉電等），能直觀的顯示故障內容，實用性強。該系統已在重慶移動各營業廳試商用。