随着人们生活水平的提高，对保险箱防盗报警的及时性和准确性提出了更高的要求。目前的保险箱可以实现在密码输错、外来物体入侵、离开时忘关箱门等不同状态下的报警。报警方式主要有：现场报警、电话报警和无线网络报警[1-4]。后两种方式主要实现的是远程报警功能,远程报警已经成为保险箱报警的主要手段之一。而对于电话报警，由于存在易遭破坏、处于通话时无法即时报警和受报警范围限制等诸多弊端，可推广性较低。随着手机的普及和GSM技术的不断成熟，短信息报警方式以其廉价和方便等特点，成为了远程报警的主要方式。但是，如果仅仅采用短信报警，则会出现主人未及时收到短信的可能。为确保主人能够及时准确地收到报警信息，本系统采用了短信、语音和电话三种不同的报警方式。在短信报警没发生作用的情况下，发出语音或电话报警，并通过GPS定位系统实现保险箱的实时定位，从而有效地保障了保险箱的安全。
    此外，目前的保险箱虽然可以分别实现振动和移动的检测功能，但这样的方式随着元器件的增加，将使电路板的面积相应扩大，从而降低了保险箱的防暴强度。本文采用加速度传感器可以同时检测振动和移动两种状态，从而可以解决这方面的弊端,增强现有保险箱的防暴强度。
1 系统结构
　该报警系统主要由MCU（MSP430）、信号采集模块(飞思卡尔公司生产的MMA7260加速度传感器和DS18B20数字温度传感器)、短信息发送模块(GSM)、语音报警模块和定位模块(GPS)组成。系统框架如图1所示。

    将该报警装置置于保险箱门板处。加速度传感器用于检测保险箱是否处于被移动和被撬两种不同的状态，温度传感器用于检测保险箱是否处于温度异常状态，并将信号发送给MCU进行处理，根据信号处理结果，MCU将预先设置的AT指令报警信号发送给TC35i模块，进而通知主人。报警方式：先短信式报警，主人接收短信后回复短信，若TC35i模块未接收到回复的短信，则根据需要自动执行第二种报警方式：语音或电话报警。若前两种方式主人都无反应，则将报警信号发送给第二个手机号码。
2 系统硬件设计
2.1 MCU的选择
    由于市面上大部分保险箱采用电池供电，因此在设计电路时，应考虑电路的低功耗问题。低功耗设计不仅省电，而且降低了电源模块及散热系统的成本。因为电流的减小也相应减少了电磁辐射和热噪声的干扰,随着设备温度的降低，相应延长了器件的寿命。本系统从低功耗和A/D转换方面考虑,采用MSP430F149作为系统的微处理器，主要用于分析处理加速度传感器的输出信号，并将相应的报警信号发送给TC35i模块。
2.2 加速度传感器的选择及其电路设计
    MMA7260是美国Freescale公司推出的一款低成本、单芯片的三轴加速度传感器。该微型电容式加速度传感器具有三轴向加速度检测功能，使系统能够方便地得到位置、姿态和运动的变化。由于MMA7260可准确测量三轴低量级的下降、倾斜、移动、撞击和震动等，因此其在硬盘保护、手机、笔记本电脑、游戏机及其他便携式电子设备中得到了广泛应用[5]。本系统采用MMA7260检测保险箱被移和被撬时的三维加速度信号，其与MCU的接口电路如图2所示。

    图2中,g-Select1和g-Select2两引脚分别与MCU的I/O端口相连，用于加速度传感器测量范围的选择。当g-Select1和g-Select2两端的输入都是低电平时,测量范围将设定在±1.5 g，此时达到传感器的最高灵敏度为800 mV/g，可以使系统检测到保险箱的轻微动作。SleepMode引脚与单片机的I/O口相连，用于控制加速度传感器的工作状态，当该端输入为低电平时，传感器处于睡眠状态，电流仅为3 ?滋A，适合于对低功耗要求较高的便携式设备之中。而作为传感器模拟信号输出的X、Y、Z三个端口通过滤波和分压电路后，与单片机的A/D端口相连，以对信号进一步的分析处理。
2.3 短信电路设计
    短信电路采用西门子公司生产的TC35i模块作为电路的核心。该GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在EGSM9OO和GSM1800双频段。
　TC35i模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口等六部分组成。该模块通过40个引脚的ZIF连接器与单片机实现电路接口，通过该接口实现TC35i模块和MSP430F149之间的数据通信。
　TC35i短信电路电气原理图如图3所示。该电路由电源电路、40芯ZIF连接接口电路、电平转换电路、SIM卡电路等外围电路组成，是系统实现远程报警和远程控制的关键。由于MCU的TTL电平与TC35i的电平不匹配，考虑到产品成本问题，本设计直接使用4个三极管进行电平转换。

2.4 语音电路设计
　语音电路采用美国ISD公司生产的ISD4002语音芯片作为电路的核心部件，主要是将事先录制的语音通过TC35i模块，与绑定的手机取得联系，实现短信报警没回应状态下的语音报警。电路设计如图4所示。

    ISD4002系列语音芯片，其工作电压为3~5 V，单片录放时间为2~8 min，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片设计基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一半固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。
3 软件设计
    该系统的软件设计主要分成MCU控制程序、GSM模块和语音电路的程序设计三大部分。软件流程如图5所示。 首先通过加速度传感器检测保险箱是否有被侵犯信号，若有，则进一步进行算法分析以判定保险箱处于何种状态，并根据判定结果给手机主人发送相应的报警信息，主人收到短信后，须给予回复。若GSM模块未接收到主人的回复信息，则拨打主人手机，给予语音或电话报警，同时判断主人是否收到报警语音，若未收到，则向事先设定的第二个手机号码发送短信，并以前述方法再次进行判断，该系统目前设定的号码为3个。

3.1 单片机程序设计
    通过MSP430F149内部的A/D将加速度传感器的输出信号转换成数字信号，并通过阈值法，得到保险箱处于被撬、被移还是安全状态。若处于前两种状态，MSP430F149将针对不同的状态，控制TC35i发出不同的短信报警内容，并等待手机主人的回复;若在设定的时间内未得到回复，则通过语音电路，拨通手机，将录制的语音传递给手机主人，若对方无应答，则按照上面的次序发送短信给第二个设定的手机。
3.2 短信模块程序设计
    目前短消息收发实现的模式主要有三种：BLOCK 模式、TEXT 模式和PDU 模式。本系统主要是基于GSM的PDU模式进行设计。用PDU模式收发短消息可以使用三种编码: 7 bit 编码、8 bit 编码和UCS2 编码。由于本系统要实现中文短消息的发送,所以选择用UCS2编码(中文Unicode 码),即将单个的字符转换为由4位的0~9、A~F数字和字母组成的字符串,待发送的消息以UCS2 码的形式进行发送。
    在本系统中，主要发送“保险箱被撬”和“保险箱被移动”两条信息内容。通过UCS2 编码得到2条信息对应的中文Unicode 码(4FDD 9669 7BB1 88AB 64AC和4FDD 9669 7BB1 88AB 79FB 52A8)，接着就可以进行发送PDU 串的编制了。PDU 串除了包含所发送的消息本身外，还包含很多其他参数信息，如服务中心号码、目标号码和编码方式等。
3.3 语音电路程序设计
　ISD4002工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定为控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作，因此对ISD4002，在时钟上升沿锁存MOSI引脚的数据，在下降沿将数据送至MISO引脚。
4 实验结果与讨论
    采用该系统对型号为D-30BL3C的永发牌保险箱进行报警实验。将该报警系统的检测模块放置于保险箱门板上，如图6所示，其中Z轴为垂直保险箱门板方向。

     实验共进行两组，每组各进行10次，分别通过检测X、Z轴的数据变化来确定保险箱被抬起和被敲击时的报警阈值。如图7所示，其中纵坐标为加速度传感器输出对应的A/D值，横坐标为实验次数，第一次实验为保险箱未受任何干扰时，加速度传感器各轴的输出。图7(a)所示是以不同的速度抬起保险箱时X轴的数据变化，由于-X轴处于竖直向下方向,被抬起时便受到一个重力加速度的作用,所以其经初始化后输出的A/D值为1 060，由图7(a)可知，10次抬动保险箱的实验中，第5次实验的X轴输出数据最小，此时抬动的速度也是最慢的，由此，确定了保险箱被抬动时报警的阈值为1 350。同样地，如图7(b)所示是以不同力道敲击保险箱门板时Z轴的数据变化。由于敲击保险箱时，产生的加速度发生在-Z轴方向上，所以当该方向上有加速度时，Z轴的输出数据将减小，且在Z轴上作用的加速度越小，则Z轴的输出就越大，并始终低于保险箱未受干扰时的Z轴输出值。在10次敲击实验中，第7次的Z轴输出最高，此时的敲击力度也是10次中最轻的一次，由此，确定了保险箱被敲击时的报警阈值为2 078。经过多次实验发现，采用以上两个阈值的报警准确率可达100%。

    本文阐述了一种基于加速度传感器的保险箱短信报警系统。实验表明，该系统报警准确率可达100%，而且，经过厂家考证，该系统成本处于厂家可接受范围之内，可带来很大的经济价值和社会价值。然而，目前大部分保险箱采用电池供电，对功耗有较高的要求，虽然本系统采用的很多模块都已最大程度降低了功耗，但GSM模块的功耗还有待改进。
参考文献
[1]     苏天魁.保险箱中的无线报警装置[P].中国实用新型专利，CN2497009.2002-06-26.
[2]     胡小良.一种无线报警保险箱[P].中国实用新型专利，CN2489058.2002-05-01.
[3]     赵俊如.报警保险箱[P].中国实用新型专利，CN2169680. 1994-0622.
[4]     李志明.保险箱防盗报警器[P].中国实用新型专利，CN2102987.1992-04-29.
[5]     MMA7260[R/OL]. http://www.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheet/ MMA7260QT.pdf?pspll=1,2009-12-16.