基于GPRS的遠(yuǎn)程安防監(jiān)控系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)[圖]

隨著社會(huì)電子信息化的不斷發(fā)展，人們?cè)诩揖又惺褂玫碾娖髟絹?lái)越多，由此帶來(lái)的安全隱患也有了明顯的增多。在這些電器中一旦出現(xiàn)一些異常，便會(huì)給人們帶來(lái)很大的損失。為了降低電器的不合理使用帶來(lái)的異常情況，就要求在異常發(fā)生時(shí)用戶能及時(shí)得到信息，并通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控采取一定的操作排除異常。因此，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的作用是非常巨大的。

隨著安防行業(yè)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)安防監(jiān)控系統(tǒng)的研究越來(lái)越熱門，昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院的張俊才提出的基于嵌入式Web服務(wù)器的信息家電安防監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)與Internet相連、家庭內(nèi)部得安全監(jiān)控、信息傳輸。缺點(diǎn)是傳輸速率不是很高，并且通過(guò)網(wǎng)頁(yè)與監(jiān)控端交互比較麻煩。新的系統(tǒng)將對(duì)以上地方進(jìn)行完善，新的系統(tǒng)需要實(shí)用家居環(huán)境的要求，降低成本，改變?cè)�先不間斷監(jiān)控模式，并需要為用戶提供友好的交互界面，使用戶在不同的場(chǎng)所下對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控操作。

在此設(shè)計(jì)的基于GPRS的遠(yuǎn)程安防監(jiān)控系統(tǒng)，是采用的是攝像機(jī)傳送視頻信號(hào)經(jīng)壓縮編碼后，通過(guò)內(nèi)部總線傳送到內(nèi)置的Web服務(wù)器。用戶在監(jiān)控端可以直接通過(guò)瀏覽器觀看Web服務(wù)器上的攝像機(jī)視頻圖像，授權(quán)用戶還可以控制監(jiān)控機(jī)的動(dòng)作。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制，通過(guò)瀏覽器很方便地實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控機(jī)控制。

1 總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以ARM 9處理器S3C2410為MCU，作為控制器，負(fù)責(zé)從紅外傳感器，溫度傳感器，攝像頭采集數(shù)據(jù)，并且控制報(bào)警措施和滅火措施的執(zhí)行，通過(guò)GPRS模塊向用戶發(fā)送短信，同時(shí)監(jiān)控機(jī)可以通過(guò)Internet和網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行交互，用戶可以通過(guò)登錄網(wǎng)頁(yè)對(duì)監(jiān)控機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)監(jiān)控機(jī)可以將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)Web服務(wù)器傳輸給網(wǎng)頁(yè)端。本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主控電路設(shè)計(jì)

主控系統(tǒng)電路主要由三星公司的處理器S3C2410組成，主控電路連接的外圍包括攝像頭，GPRS模塊，溫度采集模塊，蜂鳴器報(bào)警模塊，滅火處理模塊，紅外傳感模塊組成。處理器采用輪詢的方式不斷的從溫度采集模塊和紅外傳感模塊讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)讀取的溫度值超過(guò)設(shè)定的臨界值，或者紅外傳感模塊有中斷來(lái)臨時(shí)，說(shuō)明家里有火災(zāi)，或者家里出現(xiàn)小偷，處理器此時(shí)去驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警模塊報(bào)警，并通過(guò)GPRS模塊發(fā)送報(bào)警短信給用戶。處理器在處理這些動(dòng)作的同時(shí)還一直獲取攝像頭的視屏流。

2.2 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

首先將蜂鳴器接到S3C2410處理器的一個(gè)GPB0管腳上。首先配置GPBCON的GPB0為輸出模式，當(dāng)數(shù)據(jù)寄存器里寫入1時(shí)。蜂鳴器打開，寫0關(guān)閉蜂鳴器。軟件上是通過(guò)ioctl來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的控制的。報(bào)警電路如圖2所示。

2.3 溫度采集電路設(shè)計(jì)

溫度值由主控板從溫度傳感器中得到，得到的溫度值通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后傳送給主控板。A/D轉(zhuǎn)換器是模擬信號(hào)源和CPU之間聯(lián)系的接口，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)使用。FS2410開發(fā)板用的A/D轉(zhuǎn)換器是ARMS3C2410自帶的一個(gè)一路10位的A/D轉(zhuǎn)換器。并且支持觸摸屏功能。最大轉(zhuǎn)化率是500 kHz，A/D轉(zhuǎn)換器頻率的計(jì)算公式為：系統(tǒng)時(shí)鐘/(比例值+1)。本電路的特點(diǎn)是通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器的阻值來(lái)改變模擬電壓量來(lái)模擬溫度的變化。軟件是通過(guò)read，write來(lái)進(jìn)行對(duì)A/D的讀和寫的操作。溫度采集模擬電路如圖3所示。

2.4 滅火電路設(shè)計(jì)

將4個(gè)LED燈與S3C2410處理器的4個(gè)管腳相連接，由于GPIO是復(fù)用管腳，所以首先進(jìn)行相應(yīng)寄存器的配置，也就是首先配置控制寄存器GPFCON，配置為output.然后就是對(duì)燈的相應(yīng)控制，這個(gè)是對(duì)數(shù)據(jù)寄存器GPFDAT，如果寫0，led燈亮，燈亮模擬的是啟動(dòng)滅火裝置。否則燈滅，軟件是通過(guò)ioctl進(jìn)行相應(yīng)的控制。滅火模塊模擬電路如圖4所示。

2.5 紅外傳感器電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)用鍵盤電路來(lái)模擬紅外傳感器，當(dāng)有鍵盤按下時(shí)，說(shuō)明有人闖入，主控板接收到鍵盤中斷時(shí)，通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，并發(fā)送短信給用戶，啟動(dòng)滅火裝置。根據(jù)硬件電路圖可知4×4鍵盤掃描的工作原理，軟件上首先完成對(duì)相應(yīng)的寄存器作配置，這里主要涉及GPFCON，GPGCO N，GPECON三個(gè)寄存器，把相應(yīng)的位設(shè)置為0UTPUT和INPUT工作模式，這個(gè)根據(jù)原理圖。然后就是對(duì)中斷的處理，設(shè)置下降沿有效。紅外傳感器模擬電路如圖5所示。

2.6 GPRS電路設(shè)計(jì)

GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，目前理論傳輸速率為115kpbs，GPRS的基本原理是：當(dāng)用戶上傳或下載互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)利用分組將數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳送，達(dá)到多用戶間對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的共享。選擇SIEMENS公司推出的MS35模塊，MS35支持語(yǔ)音，數(shù)據(jù)傳輸，短消息，提供RS 232全雙工數(shù)據(jù)口，使用AT指令進(jìn)行控制。模塊的UART0口接開發(fā)板的UART1口，當(dāng)MS35模塊睡眠時(shí)，需要對(duì)模塊發(fā)AT指令來(lái)喚醒模塊。GPRS模塊電路如圖6所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

圖7～圖10是主程序流程圖功能描述。項(xiàng)目中主要的進(jìn)程，其中包括2個(gè)線程等待控制命令，在代碼中采用輪詢的形式來(lái)對(duì)線程狀況進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)生問(wèn)題的時(shí)候進(jìn)行相應(yīng)的處理，用戶可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)本系統(tǒng)并遠(yuǎn)程進(jìn)行控制操作，其中系統(tǒng)對(duì)外圍設(shè)備的操作需要互斥信號(hào)量的保護(hù)，并且由于在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)報(bào)警功能以及對(duì)報(bào)警動(dòng)作的控制，所以在在設(shè)計(jì)互斥量的時(shí)候就同時(shí)設(shè)計(jì)有全局的變量，分別代表相應(yīng)模塊在功能上是否被關(guān)閉以及在動(dòng)作上是否被關(guān)閉。

4 測(cè)試結(jié)果與分析

4.1 平臺(tái)搭建

硬件平臺(tái)選擇的是S3C2410的開發(fā)板，軟件平臺(tái)為一種流行的linux操作系統(tǒng)：Ubuntu 8.10發(fā)行版。然后是交叉工具鏈的建立，由于開發(fā)是在x86體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，最終需要在ARM體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行，所以必須建立交叉工具鏈。在終端執(zhí)行命ARM-software-linux-gcc-v顯示gcc vrsion 3.4.5。說(shuō)明交叉工具鏈建立成功；第2步是uboot移植，選擇的uboot版本為u-boot-1.3.1，修改好uboot源碼后，編譯執(zhí)行命令make fs2420-config，make，將生成的uboot.bin燒寫到開發(fā)板的nandflah的第一個(gè)分區(qū)；第3步是Linux內(nèi)核編譯與移植，采用的是Linux-2.6.22.6版本內(nèi)核，編譯內(nèi)核前，在內(nèi)核中靜態(tài)加載網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，如圖11所示。靜態(tài)加載nandflash驅(qū)動(dòng)，如圖12所示。靜態(tài)加載usb驅(qū)動(dòng)，如圖13所示。執(zhí)行make ZImage命令，生成內(nèi)核鏡像ZImage，將ZImage燒寫到nanflash的第2個(gè)分區(qū)。最后是根文件系統(tǒng)制作，選用cramfs作為根文件系統(tǒng)，cramfs文件系統(tǒng)的特點(diǎn)為只讀，用戶不能修改，很適合作為根文件系統(tǒng)。將制作根文件系統(tǒng)的工具busybox編譯后，運(yùn)行命令make install，再創(chuàng)建etc，lib，mnt，etV，proc，var，tmp，sys，root目錄，再在etc下建立初始化啟動(dòng)所需要的文件，在etc/init.d /rcs加入執(zhí)行主程序的腳本命令./main。并將ad驅(qū)動(dòng)，蜂鳴器驅(qū)動(dòng)，鍵盤驅(qū)動(dòng)的加載命令加入rcs腳本文件中。rcs是內(nèi)核啟動(dòng)執(zhí)行的第一個(gè)腳本，所以主程序和一些驅(qū)動(dòng)的加載放在rcs中。最后執(zhí)行mkfs.cramfs rootfsrootfs.cramfs命令。這樣就生成了文件系統(tǒng)rootfs.cr amfs，將生成的rootfs.cramfs燒寫到nandflash的第3個(gè)分區(qū)。

4.2 功能測(cè)試與分析

插上USB攝像頭和GPRS，在GPRS中插上手機(jī)卡，GPRS連接到開發(fā)板的串口線上，連接網(wǎng)線，啟動(dòng)開發(fā)板。在任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的PC機(jī)上打開瀏覽器，輸入192.168.1.1，結(jié)果如圖14所示。點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的實(shí)時(shí)監(jiān)控按鈕，瀏覽器窗口出現(xiàn)監(jiān)控機(jī)端傳輸過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)畫面。點(diǎn)擊拍照按鈕，默認(rèn)每隔1 s進(jìn)行拍照。也可以在網(wǎng)頁(yè)設(shè)置間隔拍照的時(shí)間。按開發(fā)板的鍵盤任意一個(gè)鍵，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警，用戶收到報(bào)警短信，短信內(nèi)容為“有小偷”。點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的關(guān)閉報(bào)警按鈕，蜂鳴器停止報(bào)警。當(dāng)點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的關(guān)紅外感應(yīng)按鈕后，再按下開發(fā)板鍵盤的任意一個(gè)鍵，監(jiān)控機(jī)不進(jìn)行任何操作。當(dāng)旋轉(zhuǎn)開發(fā)板上電位器時(shí)(調(diào)整A/D的輸入電壓)，輸入電壓模擬的是溫度值，當(dāng)輸入的溫度值達(dá)到設(shè)置的臨界值60℃時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，監(jiān)控機(jī)通過(guò)GPRS模塊發(fā)送短信，短信內(nèi)容為“火災(zāi)”。當(dāng)點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的按鈕關(guān)閉報(bào)警時(shí)，蜂嗚器停止報(bào)警。當(dāng)點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的關(guān)溫度感應(yīng)按鈕時(shí)，當(dāng)監(jiān)控機(jī)讀取到的溫度值達(dá)到設(shè)置的臨界值時(shí)，監(jiān)控機(jī)不進(jìn)行任何操作。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)結(jié)合嵌入式Web服務(wù)器，GPRS技術(shù)以及嵌入式相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)家中情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)可以進(jìn)行方便的擴(kuò)展，結(jié)合用戶自身需求進(jìn)行定制，使得用戶通過(guò)手機(jī)獲得家中異常報(bào)警，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)家中情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)遠(yuǎn)程的操作來(lái)降低異常帶來(lái)的損失。在系統(tǒng)中Web服務(wù)器通過(guò)Internet提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)，并通過(guò)GSM短信息通知用戶異常，用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)異常進(jìn)行相應(yīng)的指令操作。用戶可使用系統(tǒng)的GPRS上網(wǎng)功能提供擴(kuò)展功能。

作者：徐彬彬 伍利衡 李秋廷 湯澤宇 來(lái)源：《現(xiàn)代電子技術(shù)》