基于TD-SCDMA网络的无线智能安防系统设计与实现

摘　要：采用嵌入式系统和TD-SCDMA 通信技术相结合的方式，搭建了一个无线智能安防系统。通过视频电话、彩信和短信方式，实现了家居环境的远程安防监控功能。

关键词：视频电话、彩信、短信；远程安防监控；嵌入式系统; TD-SCDMA
引言
　　随着物质生活水平的提高，人们对于家居安全越来越重视。而传统的远程安防监控系统其传感器探测头与主机之间采用有线连接，主机报警采用GPRS网络的机制。存在布线困难，网络带宽小的缺点。本文提出了一种通过无线射频方式进行数据采集，并使用TD-SCDMA网络进行远程报警的无线智能安防系统，有效地解决了以上问题。
1 系统的功能
　　系统主要针对普通家居用户设计，使用户通过该系统进行家居环境的布防/撤防及远程监控。其主要实现的功能是，通过各类传感器监测室内情况，当出现异常情况时产生报警信号并通过TD-SCDMA移动数据网络给用户手机发送告警信息；用户也可以用手机通过TD-SCDMA 移动数据网络查看摄像头所监视区域的情况；所监控区域的图像既可以通过3G视频电话的方式实现，也可以以彩信（MMS）方式发送到用户的手机上；当家居有入侵者被红外探测器等传感器探测到时，该系统中的控制主机（家庭信息机）将自动采集该图像并以拨打3G视频电话或MMS方式通过TD-SCDMA移动数据网络发送到用户的手机。
2 系统的设计
2.1 系统的硬件
　　系统的硬件由家庭信息机、用户手机及红外等安防探测器组成。家庭信息机是系统的核心设备，它以ARM9 处理器27作为控制器，负责与TD-SCDMA模块、CC1101模块、摄像头等模块进行通信。TD-SCDMA 模块实现3G视频通话、SMS收发、MMS收发等功能；在本系统中的TD-SCDMA 模块选用了联芯科技的LC6311。LC6311是TD-SCDMA&GSM(GPRS)双模无线模块，支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非对称数据传输能力，其传输速率可分别达到384kbps；支持UART和USB两种通信接口，可以满足不同主控设备的需求。CC1101 模块是集FSK/ASK/OOK/MSK调制方式于一体的无线收发模块,是低功耗的多通道无线电产品。家庭信息机硬件结构图如图一所示：
　　
　　图一、家庭信息机硬件框图
　　
　　无线红外报警器实现人员入侵检测及报警，由红外传感信号处理器、电源电路、红外传感头、双向射频电路及MCU等组成。其硬件框图如图二所示：
　　
　　图二、无线红外报警器硬件框图
2.2 系统的软件
(1) 主程序
　　系统的主程序——无线智能安防系统软件运行在家庭信息机设备上，家庭信息机在开机时首先需要对系统外围设备进行检测和驱动加载，然后加载操作系统，最后加载主程序。主程序分为人机交互界面及后台程序。人机交互界面用于报警设置，包括报警号码及报警信息。后台程序用于对报警信号进行监听及处理。系统工作流程如下图所示：

图三、系统工作流程图

　　当家庭信息机接收到报警事件时，由告警设置文件判断出告警方式，从而启用不同的报警处理模块发送告警信息，三种告警方式的处理方式分别如下：
a、视频电话报警
　　视频电话报警处理模块向LC6311模块发送视频拨号指令，当视频电话接通后通过编解码器将采集到的摄像头视频数据及音频数据传递给LC6311模块。LC6311模块通过TD-SCDMA网络将视频及音频数据传递给对方手机，从而实现视频电话报警功能。
b、短消息（SMS）收发
　　短消息（SMS）有三个接口协议：Block Mode(块模式)、Text Mode(文本模式)和PDU(protocol data unit)Mode(协议数据单元模式)。这里采用的是PDU Mode。27对LC6311 模块的控制步骤为：27对LC6311模块进行初始化设置；27控制LC6311 模块进行短消息的收发。短信报警模块将预存的短信文字封装成PDU文本；然后通过串口使用AT指令控制LC6311模块给指定号码发送短消息；发送失败则重复操作，直至成功。
c、MMS 发送
　　首先由摄像头进行图像采集，然后由27将采集的图像信息处理成欲发送的多媒体消息。27控制LC6311 模块建立一个WAP 连接(CSD/GPRS)，并将用WAP WSP 的协议进行编码后的消息作为一个WSP POST 内容发送出去。然后WAP网关以HTTP 协议将内容传送给MMS 中继器，中继器再传至MMSC。MMSC 接收消息，将信息的内容将转换成MIME 的格式后存储，并进行数据分析，从而得到路由信息，用户终端信息，同时通过同一个WAP 连接对发起方做出响应，发送方终端显示“消息已发出”。
(2) 无线红外报警器原理
　　无线红外报警器实现有人入侵检测及报警。当红外传感头检测到有人经过时，红外传感头将探测到的信号传给红外传感信号处理器，处理后传给MCU；MCU编码后通过双向射频模块发送给家庭信息机。家庭信息机接收到该红外报警器发送的射频报文后进行协议处理，然后通过TD-SCDMA网络向用户进行远程报警。工作流程如图四所示：


图四、红外报警模块工作流程图

结束语：
　　本系统设计充分利用了人们普遍使用的手机通信工具，以嵌入式系统结合TD-SCDMA移动数据网络, 使人们随时随地可实现对家居的布防/撤防及远程监控，为人们的家居生活提供贴心的安全保护。　　
创新点：
　　利用目前日益普及的3G手机通过TD-SCDMA移动网络结合嵌入式系统实现用户对家居环境的布防/撤防及远程监控，具有使用方便、传输速率高、画质清晰、覆盖范围广等优势。
　　参考文献：
　　周学泳，石丹．短信息(SMS)与WAP的开发及应用．北京：电子工业出版社，2001