摘  要： 运用GSM和GPS技术，开发了基于STC12C5A08S2单片机控制器的物品安全报警系统。通过上位机设置物品放置的原始位置，当物品被移动的距离超过10 m时，将向设定的手机号码发送短信（短信内容可由物主自由设置）并报警，同时定时向该手机发送该物品的位置信息。物主也可随时发送特定命令的短信给系统，系统就会返回物品的位置信息。物主通过发送带密码的短信到系统的SIM卡号，表明是自己移动的物品，从而减少错误报警，节约短信费用。
关键词： GPS；GSM通信；安全报警系统

    贵重物品安全问题一直是困扰人们的一个难题。人们外出时总是担心家里重要物品是否丢失，尽管远程视频监控技术日益成熟，但是针对控制器的要求很高、视频传输速度慢、成本高等问题还是让人望而却步。基于远程视频监控技术，只能知道物品丢失了，但物品究竟去了何方？又该如何寻找？本文运用GPS和GSM技术完成了基于STC12C5A08S2单片机控制器的物品安全报警系统的开发。该系统可在贵重物品移动超出一定范围时发出警告，并能监控贵重物品的行踪，为贵重物品的安全监控提供了一种便捷可靠的解决方案。
1 系统目标
    初次记录物品（汽车、保险箱等）所在地点的地理位置，包括经度、纬度和海拔高度。物品的坐标由GPS模块提供，以此经度、纬度和海拔高度作为物品的基坐标，并将此坐标通过上位机软件存储，当物品的位置发生移动时，控制器将计算移动的距离，距离超过某一设定值(例如10 m)时，通过GSM模块向物主发送短信，并且每隔一定的时间向物主手机发送物品当前位置的坐标，为追回物品提供引导，物主也可通过发送特定的信息，排除其移动物品所引发的报警。
2 系统设计
    该监控系统的设计包括硬件和软件两部分。硬件部分由电源、GPS模块、STC12C5A08S2单片机、TC35模块构成。图1给出了系统硬件部分的结构框图，GPS负责接收物品位置信息，单片机负责将GPS信息解码与计算，进而控制整个系统，TC35负责将各种信息发送到目标手机。

    51单片机作为核心来控制GPS和GSM模块。GPS接收到的经度、纬度等地理信息通过串口传输到51单片机，物品最初的地理信息经GPS接收、上位机软件设置作为参照信息存储到单片机的Flash中，同时上位机将目标手机号码、要发送的短信内容发送给单片机进行存储，单片机将每次接收到的地理信息解码，与参照地理信息对比算出距离，两者相差10 m时，则单片机通过另外一个串口向GSM模块发送AT指令，向目标手机发送信息，通知安保人员物品位置被移动，并且将当前物品的准确位置信息发送给安保人员；安保人员也可以通过发送特定的字符命令，随时获得物品所在地的地理信息。STC12C5A08S2作为本系统的控制器，具有两个串口分别与GPS、GSM通信，芯片AMS1117将5 V直流电压转换为3.3 V为GPS模块供电。芯片LM2941S将5 V直流电压转换为4.2 V为GSM和单片机模块供电。

3 GPS通信的实现
    GPS模块在系统中用来接收物品的地理信息，将这些信息传送给单片机控制器，方便单片机做计算处理[1]。采用台湾鼎新科技的royaltek LE3571作为GPS模块，该模块以SIRF3为主芯片。
    模块的引脚4和引脚5是标准的TTL接口，可以直接连接到单片机的UART，将GPS信息输出到单片机。单片机对这些信息进行运算处理，再通过GSM系统将相关信息发送到指定的手机。模块输出信息数据每行开头都是以字符‘$’作为起始标记，接着是信息类型，最后是数据，之间以逗号分隔开。一行完整的数据为：$GPRMC，080655.00，A，4546.40891，N，12639.65641，E，1.045，328.42，
170809…A*60。这一串字符中4546.40891是经度，12639.65641是纬度。物品被移动的距离计算原理是：设第一点A的经纬度为(LonA，LatA)，第二点B的经纬度为(LonB，LatB)，按照0°经线的基准，东经度取正值(Longitude)，西经取经度负值(-Longitude)，北纬取90-纬度值(90-Latitude),南纬取90+纬度值(90+Latitude)，经过上述处理后两点的经纬度被记为(MLonA，MLatA)和(MLonB，MLatB)。根据三角公式，可计算得到A、B两点的距离：
    C=sin(MLatA)×sin(MLatB)×cos(MLonA-MLonB)+
        cos(MLatA)×cos(MLatB)
    距离=R×arccos(C)×Pi/180(1)
    GPS将地理信息通过UART传送给单片机，单片机根据式（1）计算得到A、B两点的距离，并将计算结果通过单片机的UART口传送给GSM模块，最后将物品移动距离的信息发送给目标手机。
4 GSM在系统中的应用
    GSM模块TC35在系统中接收单片机发送的相关命令，将需要发送的短信内容发送到指定的手机[3]。TC35可工作在双频（900/1800），电源范围为直流3.3～4.8 V，电流消耗在休眠状态时为3.5 mA，空闲状态时为25 mA，发射状态时为300 mA(平均)，峰值2.5 A；可传输语音和数据信号, 功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2 W和1 W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM卡电压为3 V/1.8 V，带有TTL电平输入输出，可选波特率为300 b/s～115 kb/s，自动波特率为1.2 kb/s～115 kb/s。它支持Text和PDU格式的短消息SMS(Short Message Service)，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。可直接连接到单片机串口，通过串口向TC35发送命令就可以实现打电话和发短信的功能。TC35通常的外围电路设计如图2所示，管脚1～5是电源引脚，接4.2 V电压；6～10脚接地；15脚是启动引脚，此引脚保持50 ms低电平触发，就可启动TC35；18脚和19脚是UART，用来与STC12C5A08S2单片机通信，实现短信的发送；24～29脚用来连接SIM卡；32脚是GSM信号指示灯，当GSM搜索网络成功，32脚输出高电平，点亮LED。单片机通过AT指令与TC35通信。

5 软件设计
    软件流程框图如图3所示。本系统的软件设计包含上位机软件设计和STC12C5A08S2单片机的软件设计，上位机软件要处理的任务是将初次的定位信息、目标手机号码、要发送的短信内容发送给单片机，让单片机将这些信息存储起来，软件上面能显示初次的地理信息。当上位机软件设置好后，系统即可与PC断开，单独执行任务，上位机软件只是在最初的阶段起作用。单片机软件要实现与PC、GPS、TC35的通信，与PC之间的通信只有一次，就是最开始设置目标手机号码、短信内容、传输基座标。与GPS通信比较简单，因为GPS会每隔1 s自动地向单片机发送地理信息，单片机只需要做好接收工作、计算工作。与TC35之间的通信关键是如何使用AT命令来控制TC35。根据GSM的定义,短信息的发送和接收模式共有3种：Block模式、基于AT命令的Text模式和基于AT命令的PDU模式。使用Block模式需要模块生产厂家提供驱动支持, 而用于中英文短信息传送应使用PDU模式, 只传送英文短信息使用Text模式。Text模式的短信息发送和接收比较简单, 如不需要传送中文则最好采用Text模式发送和接收短信息。采用Text模式发送接收短信息的步骤分为初始化GSM模块、发送文本短信息和接收短信息。而对于发送和接收中文或中英文混合的短信息必须采用PDU模式,根据GSM的定义，只要软件上按照PDU格式解读或编写相应的数据格式即可接收或发送短消息。PDU格式的收发最多为70个汉字字符，中文字符按照UNICODE进行编码。

    GSM和GPS的快速发展和日趋成熟，为本监控报警系统的开发提供了有力的技术支持。该系统体积为90 mm×60 mm×20 mm，价格便宜，使用方便。测试结果表明，监控距离为100 m时，在GSM信号正常的情况下，响应时间不足1 min，误报率<1%，能够实现物品安全的实时监控，人们将不再担心外出时重要物品遗失，具有很好的市场前景。
参考文献
[1] 郭良金.GPS卫星定位及若干问题的分析[J].中国西部科技，2010，9(22)：10，92.
[2] 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.
[3] 何光禹，李太全.基于TC35 i GSM模块的SMS设计和应用[J].现代电子技术，2010，33(16)：157-159，163.