挑戰(zhàn)杯論文基于3G技術(shù)的家居安防監(jiān)控系統(tǒng)

1、第一章 緒論1.1 作品背景隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們生活水平逐漸提高，對(duì)家庭財(cái)產(chǎn)及家居安全重視程度也不斷提高。在社會(huì)商品化進(jìn)程中，由于社會(huì)體制轉(zhuǎn)型而帶來(lái)一些不穩(wěn)定因素也在增進(jìn)人們對(duì)家庭防盜報(bào)警器的需求，科技的普及進(jìn)步，使得原來(lái)高貴神秘的防盜報(bào)警器開(kāi)始走入尋常家庭。城市居民住宅小區(qū)的大量崛起，促使人們?cè)诩彝プ≌挠^念上逐步發(fā)生變化。人們不僅需要寬敞、豪華的住宅，同時(shí)也希望有一個(gè)安全的生活空間。所謂安全，就是有一個(gè)快速、有效、連動(dòng)的防火、防盜、防爆的治安體系，同時(shí)要求家庭、社區(qū)管理中心及其有關(guān)單位部門(mén)都能及時(shí)獲得相關(guān)信息并采取相應(yīng)措施。然而，社會(huì)上還有不法分子在活動(dòng)，他們置法律于不顧，人為地制造一些破

2、壞和災(zāi)難。行兇、盜竊等違法犯罪活動(dòng)還時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重地?cái)_亂了人們正常的生活，給社會(huì)帶來(lái)不安定因素。而且，伴隨著著高科技產(chǎn)品的應(yīng)用，相應(yīng)地也帶來(lái)了一系列不安全因素，如煤氣管道、熱水器使用以及其它許多大容量的家用電器的使用，都明顯地增加了發(fā)生火災(zāi)的可能性、觸電的不安全性以及煤氣中毒、爆炸的危險(xiǎn)等。這些不安全隱患潛伏在人們的身邊，使人們逐漸地意識(shí)到家庭安防的重要。因此智能電子技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的智能家居電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技己經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人

3、們生活質(zhì)量，智能化家居也正是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。智能家居的日漸興起給人們的家居生活帶來(lái)了全新的感受，家居智能化成為一種趨勢(shì)。同時(shí)，隨著手機(jī)用戶(hù)越來(lái)越多，特別是3g網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，手機(jī)上網(wǎng)用戶(hù)量增加很快，越來(lái)越多的人希望能夠通過(guò)手機(jī)查看遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景，基于這樣的背景，聯(lián)網(wǎng)手機(jī)的家居智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況和應(yīng)用前景1.2.1 家居安防系統(tǒng)概述隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，在全國(guó)建成了許許多多的現(xiàn)代化住宅小區(qū)。由于城市人口膨脹、外來(lái)人口的增加及煤氣和大量家用電器設(shè)備使用中的不安全因素以及惡意侵害(如入室偷竊等)，對(duì)小區(qū)居民的生命和財(cái)產(chǎn)造成了很大威脅。因此，人

4、們?cè)絹?lái)越迫切要求、采用有效的措施，以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的安全防范需求。為了更有效地保證居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，在住宅和住宅小區(qū)內(nèi)引入了智能化的手段，即家庭安防系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行安全防范管理。家庭安防系統(tǒng)是由安全對(duì)講系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和防煤氣泄漏系統(tǒng)等組成，該安全防范系統(tǒng)是家庭、住宅小區(qū)防范外來(lái)侵害和自然災(zāi)害的一種最重要的、最有效的手段，它大大提高了居民自身的安全感，已成為社會(huì)治安的一個(gè)重要組成部分。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，智能小區(qū)家居智能化系統(tǒng)越來(lái)越成熟，功能越來(lái)越完善，安防報(bào)警系統(tǒng)已成為智能小區(qū)家居智能化重要組成部分。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 自從世界上第一幢智能建筑1984年在美國(guó)出現(xiàn)后，美國(guó)、加拿

5、大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居的方案。智能家居在美國(guó)、德國(guó)、新加坡、日本等國(guó)都有廣泛應(yīng)用。1998年5月新加坡舉辦的“98亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國(guó)際展覽會(huì)”上，通過(guò)在場(chǎng)內(nèi)模擬“未來(lái)之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)。目前在新加坡也有近30個(gè)社區(qū)(住宅小區(qū))近5000戶(hù)的家庭采用了“家庭智能化系統(tǒng)”，美國(guó)已有近四萬(wàn)戶(hù)家庭安裝了這一類(lèi)的“家庭智能化系統(tǒng)”。 在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的大潮中，智能社區(qū)的安防建設(shè)顯得越來(lái)越重要，國(guó)外的許多大公司已進(jìn)入到該領(lǐng)域中，如微軟公司投資一家itran公司，專(zhuān)業(yè)從事家庭安防和家庭自動(dòng)化方法的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。ibm公司與建筑商合作，為用

6、戶(hù)提供裝備先進(jìn)的安防系統(tǒng)的智能化住宅。美國(guó)聯(lián)邦政府和以ibm，at&t等大型it企業(yè)為首，投資4000億美元，為全國(guó)500萬(wàn)個(gè)小區(qū)和9000萬(wàn)個(gè)家庭提供全面的小區(qū)和家庭的安全防護(hù)和信息服務(wù)。1.2.3國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 “安全技術(shù)防范”作為一個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)歷了數(shù)年的發(fā)展歷程，它的發(fā)展歷程分為三個(gè)階段：1979-1983年為起步階段；1984-1996年為發(fā)展階段；1997年后為提高階段，即探索安全技術(shù)防范的發(fā)展規(guī)律和方向的階段。近兩年來(lái)，安防行業(yè)又有了進(jìn)一步的發(fā)展。視頻監(jiān)控系統(tǒng)隨著社會(huì)的進(jìn)步，近年來(lái)越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)隨著社會(huì)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也隨之經(jīng)歷了三個(gè)不同的階段:模擬

7、視頻監(jiān)控、基于微機(jī)平臺(tái)的多媒體監(jiān)控和基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字視頻監(jiān)控。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是由攝像機(jī)、視頻矩陣、監(jiān)視器、錄像機(jī)等組成。但模擬視頻系統(tǒng)只適用于較小的地理范圍，與信息系統(tǒng)無(wú)法交換數(shù)據(jù)，監(jiān)控僅限于監(jiān)控中心，基于gprs的主動(dòng)式移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的靈活性較差，而且不易擴(kuò)展?；谖C(jī)平臺(tái)的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)以高性能的多媒體工控機(jī)為核心，采用模塊化結(jié)構(gòu)，將主控端的全部設(shè)備集成于一體，另外，該系統(tǒng)還具有友好的人機(jī)交互界面和基于網(wǎng)絡(luò)的多級(jí)分控能力，每一級(jí)都有自我管理和控制的功能，并可以受上一級(jí)的控制。 dvr(數(shù)字視頻錄像機(jī))是第二代多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的核心產(chǎn)品，采用微機(jī)和w

8、indows平臺(tái)，在計(jì)算機(jī)中安裝視頻壓縮卡和相應(yīng)的dvr軟件，不同型號(hào)視頻卡可連接1/2/4視頻，支持實(shí)時(shí)視頻和音頻，是第一代模擬監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的可選方案。但存在許多缺陷，要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離視頻傳輸需鋪設(shè)光纜、在光纜兩端安裝視頻光端機(jī)設(shè)備，系統(tǒng)建設(shè)成本高，不易維護(hù)、且維護(hù)費(fèi)用較大。網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)將傳統(tǒng)的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸，通過(guò)智能化的計(jì)算機(jī)軟件來(lái)處理。系統(tǒng)將傳統(tǒng)的視頻、音頻及控制信號(hào)數(shù)字化，以ip包的形式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，實(shí)現(xiàn)了視頻/音頻的數(shù)字化、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、應(yīng)用的多媒體化以及管理的智能化。目前，安防產(chǎn)品在市場(chǎng)結(jié)構(gòu)方面呈現(xiàn)三個(gè)特點(diǎn)：第一是地區(qū)分布不均衡。第二

9、是安防產(chǎn)品差別程度不大，國(guó)內(nèi)安防產(chǎn)品企業(yè)，生產(chǎn)同類(lèi)產(chǎn)品的差異性不大。這意味著產(chǎn)品容易替代，壟斷程度低。第三是在市場(chǎng)進(jìn)入障礙上呈現(xiàn)弱勢(shì)。安防產(chǎn)品是境外企業(yè)爭(zhēng)相進(jìn)入的熱點(diǎn)，進(jìn)入障礙的高低，影響著市場(chǎng)內(nèi)已有企業(yè)優(yōu)勢(shì)的大小。1.2.4存在問(wèn)題以及發(fā)展方向(1)存在的問(wèn)題電源可靠性差目前市場(chǎng)上的不少監(jiān)控產(chǎn)品由電池提供電能，耗電狀況既無(wú)限制又不做出真實(shí)說(shuō)明，更無(wú)欠壓指示或欠壓報(bào)警功能，普遍存在實(shí)質(zhì)性缺陷。無(wú)線防盜產(chǎn)品在各個(gè)布防點(diǎn)上的正常工作，至少應(yīng)保證正常穩(wěn)定的電源。 誤報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象嚴(yán)重由于傳感器件的靈敏度問(wèn)題，市場(chǎng)上的不少安防產(chǎn)品存在著嚴(yán)重的誤報(bào)、漏報(bào)現(xiàn)像。國(guó)內(nèi)一些安防監(jiān)控系統(tǒng)大都采用常規(guī)的計(jì)算機(jī)與通訊技

10、術(shù)，即以單片機(jī)為核心的區(qū)域控制器以及以rs-232或rs-485串行通訊總線為標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)連接，監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝的傳感器、控制器以及相應(yīng)的變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)各種被監(jiān)控對(duì)像進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制。這種系統(tǒng)雖然可以滿(mǎn)足大多數(shù)用戶(hù)的要求，但由于它的集成度較低、規(guī)范性差，而且又無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以，系統(tǒng)的可靠性、維修性、互換性以及可擴(kuò)充性均難以達(dá)到理想效果和規(guī)范要求。安裝不方便市場(chǎng)上出售的家居安防產(chǎn)品多為有線，其主要的缺點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性差，不便適應(yīng)用戶(hù)及產(chǎn)品的多變要求,對(duì)于要在已裝修好的房間內(nèi)安裝施工，是一件十分棘手的事情，所以很難被千家萬(wàn)戶(hù)所接受。成本高，不適合家居監(jiān)控 現(xiàn)行的許多視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是采用在監(jiān)控室里

11、對(duì)著監(jiān)視器瀏覽畫(huà)面的模式，這種傳統(tǒng)模式對(duì)于企業(yè)集團(tuán)用戶(hù)、學(xué)校、工廠、小區(qū)等來(lái)說(shuō)，是很適用的，因?yàn)樗麄兛梢云刚?qǐng)專(zhuān)人坐在監(jiān)視器前關(guān)注畫(huà)面的情況，但是對(duì)于普通老百姓來(lái)說(shuō)可行性不大，因?yàn)槔习傩找习唷⒂凶约旱墓ぷ饕?，不可能長(zhǎng)時(shí)間盯著監(jiān)視器。而且，這類(lèi)監(jiān)控安防產(chǎn)品成本高，性?xún)r(jià)比差。(2)發(fā)展方向低電壓微功耗無(wú)線收、發(fā)組件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在無(wú)線射頻安防系統(tǒng)應(yīng)該是安防系統(tǒng)研究的重點(diǎn)問(wèn)題。該系統(tǒng)主要利用門(mén)縫探測(cè)器和紅外探測(cè)器以及火災(zāi)探測(cè)器、煤氣泄漏探測(cè)器探測(cè)人體入侵或感知事故發(fā)生時(shí)傳輸報(bào)警信息到系統(tǒng)主機(jī)，系統(tǒng)主機(jī)收到報(bào)警信號(hào)后立即按主機(jī)設(shè)定的報(bào)警號(hào)碼，利用電話線路自動(dòng)撥打報(bào)警電話和播報(bào)主機(jī)預(yù)設(shè)的報(bào)警救援錄音及報(bào)

12、警信息，通過(guò)接警人的監(jiān)聽(tīng)、判斷、控制警鈴、阻嚇求援，以及通過(guò)聯(lián)網(wǎng)電腦監(jiān)控中心接收?qǐng)?bào)警信息，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)報(bào)警功能，該系統(tǒng)既可單家獨(dú)戶(hù)使用，也可以同時(shí)進(jìn)行小區(qū)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理。無(wú)線防盜產(chǎn)品應(yīng)重視低電壓微功耗產(chǎn)品及部件的開(kāi)發(fā)和采用，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化是智能家居安防發(fā)展的一個(gè)方向。應(yīng)用gsm/gprs傳輸技術(shù)是智能家居安防又一發(fā)展方向，gsm/gprs網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用上有廣泛的全球化支持，它永遠(yuǎn)在線，永遠(yuǎn)連接，具有廣闊的市場(chǎng)前景。短消息傳送具有自動(dòng)傳送、費(fèi)用低廉、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，適用于智能家居安防領(lǐng)域。1.2.5家居智能安防的應(yīng)用前景國(guó)內(nèi)從事智能家居方面研究的企業(yè)還很少或是剛剛起步，市場(chǎng)上能見(jiàn)到的相關(guān)產(chǎn)品更少，而且大多產(chǎn)品

13、還是國(guó)外產(chǎn)品的代銷(xiāo)或oem生產(chǎn)，真正有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品幾乎沒(méi)有。隨著越來(lái)越多的智能住宅項(xiàng)目的啟動(dòng)，國(guó)內(nèi)在數(shù)字社區(qū)、智能家居方面的需求卻日趨旺盛?？梢?jiàn)，國(guó)內(nèi)智能住宅發(fā)展的春天已經(jīng)到來(lái)。而在家居智能安防方面，其優(yōu)越性已經(jīng)明顯體現(xiàn)出來(lái)，省卻了布線的麻煩，大大的減少了工程量，特別是在家用市場(chǎng)方面顯示出了極大的優(yōu)越性。盡管智能家居在國(guó)內(nèi)是一個(gè)新興的行業(yè)，但是，它也正以不可抵擋之勢(shì)迅速崛起。自智能家居走進(jìn)中國(guó)以來(lái)，在短短幾年的時(shí)間里，智能家居生產(chǎn)商由最初的幾家公司增加到如今的百余家企業(yè)，其行業(yè)發(fā)展之迅速是目前國(guó)內(nèi)任何其它行業(yè)所無(wú)法比擬的。目前，我國(guó)智能家居生產(chǎn)廠商、分銷(xiāo)商、集成商與裝飾公司都形成了相當(dāng)規(guī)

14、模，不少?lài)?guó)內(nèi)知名企業(yè)紛紛涉足智能家居行業(yè)，并涌現(xiàn)出一些較具影響力的智能家居專(zhuān)業(yè)廠商，智能家居產(chǎn)品已開(kāi)始走進(jìn)中國(guó)的普通家庭。隨著智能家居熱潮在世界范圍內(nèi)的日漸興起，中國(guó)電子技術(shù)的飛速發(fā)展、人們生活水平的不斷提高以及智能電子技術(shù)在生活中的廣泛應(yīng)用，智能家居已經(jīng)成為未來(lái)家居裝飾潮流發(fā)展的最新方向，在不久的將來(lái)，沒(méi)有智能家居系統(tǒng)的住宅肯定不合潮流。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，在未來(lái)的20年時(shí)間里，智能家居行業(yè)將成為中國(guó)的主流行業(yè)之一，智能家居安防系統(tǒng)則是其中重要的一部分，其市場(chǎng)的發(fā)展前景是非常廣闊的。1.3本文主要研究?jī)?nèi)容本文將在研究中深入探討聯(lián)網(wǎng)手機(jī)家居智能安防系統(tǒng)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法，并在實(shí)踐中檢驗(yàn)，解

15、決出現(xiàn)的問(wèn)題。其具體的研究?jī)?nèi)容如下：(1)系統(tǒng)概述；(2) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)；(3) gprs簡(jiǎn)介；(4)嵌入式系統(tǒng)linux簡(jiǎn)介；(5) 熱釋電人體紅外傳感器；（6）圖像采集、處理與傳輸；(7)試驗(yàn)結(jié)果與分析；(8）本文工作進(jìn)行了總結(jié)和展望。1.4本章小結(jié)本章介紹了作品的科學(xué)意義以及當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題和發(fā)展方向。正是因?yàn)榧揖又悄馨卜涝趪?guó)內(nèi)擁有良好的基礎(chǔ)，以及網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)在人類(lèi)生活中的普及，才使得聯(lián)網(wǎng)手機(jī)家居智能安防系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊。最后從系統(tǒng)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法入手，簡(jiǎn)要概述本文主要研究?jī)?nèi)容。第二章 系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)概述根據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示，目前國(guó)內(nèi)絕大部分家庭都對(duì)家庭監(jiān)控設(shè)備有需求。

16、但由于國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的不均衡性的特點(diǎn)，其所需求的檔次存在著明顯的不同。對(duì)于一部分用戶(hù)只需要具有簡(jiǎn)單報(bào)警功能的安防設(shè)備；而對(duì)于高收入階層，由于其對(duì)生活環(huán)境的要求較高，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)提出了更高的要求。家居舒適性，設(shè)備的智能性以及人性化就成了他們的首選要求。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)住宅小區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r，如何遠(yuǎn)程監(jiān)視家庭內(nèi)部情況，防止陌生人的闖入都成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在要求性能的同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品的外觀小、低耗能、經(jīng)濟(jì)以及擴(kuò)展性等特點(diǎn)的要求在不斷提高。手機(jī)聯(lián)網(wǎng)智能家居監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)家庭用戶(hù)設(shè)計(jì)，其主要是使家庭的主人通過(guò)該系統(tǒng)方便的進(jìn)行遠(yuǎn)程家庭的內(nèi)部監(jiān)視。本作品使用嵌入式linux操作系統(tǒng)。系統(tǒng)開(kāi)始工作后，攝

17、像頭進(jìn)行監(jiān)控錄像并將圖像信息通過(guò)usb輸入arm控制器,通過(guò)arm系統(tǒng)持續(xù)進(jìn)行圖像對(duì)比,期間，如果監(jiān)控畫(huà)面出現(xiàn)異常，輸入arm中的數(shù)字信息發(fā)生改變,或者當(dāng)人體紅外傳感模塊獲取到異常信息，arm控制系統(tǒng)立即驅(qū)動(dòng)使用usb 接口的攝像頭拍照進(jìn)行圖像采集，將圖像信息經(jīng)過(guò)gprs模塊，傳輸?shù)脚carm服務(wù)端通過(guò)udp方式連接的遠(yuǎn)端用戶(hù)綁定的手機(jī)中，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖片報(bào)警。與此同時(shí)，arm控制系統(tǒng)將把從該時(shí)刻起直到十五分鐘后的監(jiān)控視頻存儲(chǔ)到sd卡中，以備以后查看?，F(xiàn)在社會(huì)上已有許多監(jiān)控系統(tǒng)，但由于沒(méi)有遠(yuǎn)程圖像傳輸，系統(tǒng)可能由于一些外界干擾而發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警，給用戶(hù)帶來(lái)不必要的麻煩。此裝置正好彌補(bǔ)了這一點(diǎn)，遠(yuǎn)程圖像傳

18、輸給用戶(hù)最直觀的圖片展示，不僅讓用戶(hù)收到報(bào)警信息，還能了解警報(bào)產(chǎn)生的原因，避免不必要的麻煩。而且，本裝置還增添了防火和燃?xì)庑孤额A(yù)警模塊，通過(guò)煙霧傳感器和氣敏傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障家居安全。手機(jī)聯(lián)網(wǎng)智能家居監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 2.2可行性分析隨著人們生活水平的提高和對(duì)生活環(huán)境要求的提高，對(duì)智能化家居產(chǎn)品的需求在快速擴(kuò)展。而隨著技術(shù)水平的發(fā)展，相應(yīng)的電子器件和外圍設(shè)備的價(jià)錢(qián)又在不斷的降低，這也為其良好的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。相信在不久的將來(lái)，在中國(guó)廣泛的小區(qū)建設(shè)中，會(huì)出現(xiàn)更多的智能家居安防產(chǎn)品，人們的生活水平和居住環(huán)境也將因此得到不斷的提高。從技術(shù)上來(lái)講，嵌入式技術(shù)在最近幾年得到了廣闊的發(fā)展。嵌入式處理器的性能

19、得到了顯著的提高，這就為以嵌入式為基礎(chǔ)的智能化家居系統(tǒng)的發(fā)展奠定了硬件基礎(chǔ)，使較復(fù)雜的檢測(cè)和識(shí)別算法在系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在軟件方面，出現(xiàn)了豐富的支持嵌入式設(shè)備的軟件，使嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)的難度降低。出現(xiàn)了大量專(zhuān)注于嵌入式的企業(yè)，使嵌入式開(kāi)發(fā)中能得到良好的技術(shù)支持。同時(shí)智能化家居的概念也更加明確，相關(guān)的智能化技術(shù)得到了顯著的發(fā)展，使開(kāi)發(fā)能獲得大量先進(jìn)的資料。第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為了使設(shè)計(jì)合理，確保系統(tǒng)的可靠性和后續(xù)升級(jí)，以獲得最佳的設(shè)計(jì)效果，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遵循以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則：(1) 高性能的mcu芯片。本系統(tǒng)采用最新或是功能更完善的芯片，能夠達(dá)到更高的精度和可靠

20、性，可大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)電路，使系統(tǒng)的精度和可靠性得到了保證。通過(guò)正確選用高性能的mcu芯片，提高了系統(tǒng)的可靠性，并使設(shè)計(jì)留有余地，為以后的升級(jí)提供了方便。(2)可擴(kuò)展性。電路設(shè)計(jì)上應(yīng)該留有余地，以考慮將來(lái)擴(kuò)展和修改的需要因?yàn)檐浖纳?jí)比硬件要方便得多，而且往往只要修改或添加軟件中數(shù)據(jù)處理的模式或算法，就可以大幅度地提高系統(tǒng)的功能。因此，應(yīng)該在硬件設(shè)計(jì)時(shí)盡可能地留有余地，以便將來(lái)的修改和擴(kuò)充。例如在flash、sdram等芯片的選取上，既考慮了現(xiàn)在的實(shí)際要求，又在價(jià)格允許的范圍內(nèi)，選取了較大容量的型號(hào)，留有較大的存儲(chǔ)空間，考慮到了以后添加數(shù)據(jù)的方便。(3)軟件代替硬件。在實(shí)時(shí)性允許的條件下，能夠用軟

21、件完成的功能，就不用硬件，這樣不僅節(jié)省了成本；而且也提高了系統(tǒng)的可靠性。在實(shí)時(shí)性能夠保證的情況下，用軟件代替硬件是很合算的。(4)引入linux操作系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)中引入嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，使得軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化、結(jié)構(gòu)化、模塊化。3.2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇根據(jù)系統(tǒng)功能、性能要求，該系統(tǒng)基于arm9架構(gòu)嵌入式芯片mini2440，穩(wěn)定工作在202mhz主頻，板載64mb sdram/64m flash。up-netarm2440主板資源包括： usb口，10m/100m以太網(wǎng)口，觸摸屏、彩色lcd、6個(gè)用戶(hù)按鍵， a/d、rtc電路，4個(gè)串口、一個(gè)jtag通用接口，音頻模塊，支持mpeg4、mp3編解碼

22、，三個(gè)168pin的擴(kuò)展插座，32位的數(shù)據(jù)總線，保留充分?jǐn)U展空間。 16kb數(shù)據(jù)cach，16kb指令cach，mmu內(nèi)置外部存儲(chǔ)器控制器 lcd控制器(最高4k色stn和256k彩色tft)，一個(gè)lcd專(zhuān)用dma 4個(gè)帶外部請(qǐng)求線的dma 三個(gè)通用異步串行端口，2通道spi 一個(gè)多主iic總線 一個(gè)iis總線控制器 sd主接口版本1.0和多媒體卡協(xié)議版本2.11兼容 1個(gè)usb host，一個(gè)usbslave 4個(gè)pwm定時(shí)器和一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器 看門(mén)狗定時(shí)器 117個(gè)通用io 24個(gè)外部中斷 電源控制模式：標(biāo)準(zhǔn)、慢速、休眠、掉電 8通道10位adc和觸摸屏接口 帶日歷功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 芯片內(nèi)置p

23、ll 設(shè)計(jì)用于手持設(shè)備和通用嵌入式系統(tǒng) 16/32位risc體系結(jié)構(gòu)，使用arm920t cpu核的強(qiáng)大指令集 arm帶mmu的先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)支持wince、epoc32、linux 指令緩存、數(shù)據(jù)緩存、寫(xiě)緩沖，減小了對(duì)主存儲(chǔ)器帶寬和性能的影響 arm920t體系結(jié)構(gòu) 內(nèi)部先進(jìn)的位控制器總線(amba2.0，ahb/apb)3.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案3.3.1功能設(shè)計(jì)考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)端主要有g(shù)prs無(wú)線傳輸模塊、圖像采集模塊、無(wú)線人體探測(cè)模塊。通過(guò)gprs模塊進(jìn)行彩信的發(fā)送，可以讓家居主人隨時(shí)了解室內(nèi)情況等信息。系統(tǒng)以arm9(mini2440)為基礎(chǔ)，將圖像采集模塊、人體感應(yīng)傳感器、等

24、所采集的信號(hào)通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊傳到控制主機(jī)，主機(jī)對(duì)各路信號(hào)處理后借助gprs網(wǎng)絡(luò)，以mms的形式傳送到遠(yuǎn)程手機(jī)，家居主人可以更及時(shí)、更直觀、更清晰的掌握家中安防情況。3.3.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 根據(jù)選定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，參考s3c2410的數(shù)據(jù)手冊(cè)等資料，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括arm9(mini2440)核心處理器、16mflash、64msram、圖像采集模塊、無(wú)線人體感應(yīng)模塊、無(wú)線門(mén)磁模塊和gprs模塊，其總體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。系統(tǒng)硬件主要有以下幾部分構(gòu)成：(1) 中央控制部分采用arm9(mini2440)處理器，其中mini2440芯片集成了大量的功能單元。外圍的存儲(chǔ)器有64msram、16mfla

25、sh。(2) gprs模塊：以wap無(wú)線應(yīng)用協(xié)議為載體，實(shí)現(xiàn)即時(shí)的系統(tǒng)端到手機(jī)端的多媒體信息傳送。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端，報(bào)警觸發(fā)時(shí)，需要向用戶(hù)的手機(jī)上發(fā)送包含當(dāng)時(shí)家里狀況的圖片的mms，讓用戶(hù)能夠及時(shí)了解家里的狀況。其與mini2440的連接方式采用的是串口連接方式。(3)圖像采集模塊采用的是v3000的usb接口攝像頭，主控芯片是ov511芯片，一個(gè)專(zhuān)用的數(shù)字?jǐn)z像ic到usb的接口芯片，內(nèi)含數(shù)字?jǐn)z像ic接口、dram接口、實(shí)時(shí)圖像壓縮引擎、usb接口、i2c接口、fifo等功能，用于將攝取的數(shù)字視頻圖像直接通過(guò)usb接口送入cpu進(jìn)行處理。(4)電源模塊，用于系統(tǒng)供電。(5)無(wú)線人體感應(yīng)模塊用于檢

26、測(cè)狀態(tài)信號(hào)。3.4本章小結(jié)本章介紹了聯(lián)網(wǎng)手機(jī)智能家居系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)原則，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇，功能分析設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。第四章 gprs模塊簡(jiǎn)介4.1 gprs概念gprs的英文全稱(chēng)為general packet radio service，中文含義為通用分組無(wú)線服務(wù)，通常我們將移動(dòng)通信分為三代，第一代是模擬的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，第二代是數(shù)字通信如gsm等，gprs是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱(chēng)為2.5g，它是利用“包交換”(packet-switched)的概念發(fā)展出的一套無(wú)線傳輸方式?，F(xiàn)今，移動(dòng)通信系統(tǒng)己經(jīng)發(fā)展到了 3g （umts， cdma2000）系統(tǒng)，但 2.5g 系統(tǒng)在今后

27、幾年內(nèi)仍將是覆蓋范圍最大應(yīng)用最廣的一種移動(dòng)通信系統(tǒng)。gprs是在gsm基礎(chǔ)上引入了三種新的邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)體服務(wù)gprs支持節(jié)點(diǎn)（sgsn）、網(wǎng)關(guān)gprs支持節(jié)點(diǎn)（ggsn）和分組控制單元（pcu）?？梢苑奖恪⒖焖?、低成本的為用戶(hù)數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署。 gprs是一種基于 gsm的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶(hù)提供移動(dòng)分組的 ip 或者 x.25 連接。gprs 是在現(xiàn)有的 gsm 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加的一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上增加一些硬件設(shè)備，并對(duì)原軟件升級(jí)，形成了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體。gprs 能給用戶(hù)提供端到端的、廣域的無(wú)線 ip 連接。gprs 以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，可以在移動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行

28、數(shù)據(jù)傳遞業(yè)務(wù)。由于 gprs 系統(tǒng)使用現(xiàn)有的 gsm 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，共用相同的基站，中國(guó)移動(dòng)借助原 gsm 網(wǎng)絡(luò)建設(shè) gprs 網(wǎng)絡(luò)，使得 gprs 覆蓋非常廣。gprs業(yè)務(wù)采用分組方式，增強(qiáng)了用戶(hù)的容納能力。且gprs網(wǎng)絡(luò)接入速度快，分組交換接入時(shí)間縮短為少于1秒提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無(wú)縫連接。gprs業(yè)務(wù)具有較高的數(shù)據(jù)速率，在較高的數(shù)據(jù)速率條件下，除了傳輸文本外還使傳輸圖片、話音和視頻等成為現(xiàn)實(shí)。gprs的核心網(wǎng)絡(luò)層采用ip技術(shù)，底層可使用多種傳輸技術(shù)，很方便地實(shí)現(xiàn)與高速發(fā)展的ip網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫連接。gprs 網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有 gsm 網(wǎng)絡(luò)中增加ggsn 和 sgsn 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使得用戶(hù)能夠在端到端分組方

29、式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。4.2 mms，ems，sms簡(jiǎn)介sms(短消息)，在第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它是一種使用手機(jī)發(fā)送和接收有限長(zhǎng)度文本信息的通訊服務(wù)。ems(增強(qiáng)型短消息)，它是sms業(yè)務(wù)的升級(jí)和擴(kuò)展。在傳遞內(nèi)容上，除了更長(zhǎng)的文本外還可以發(fā)送簡(jiǎn)單的圖像、聲音和動(dòng)畫(huà)，如鐘聲、屏保等信息。但是由于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的局限，在要求傳遞的內(nèi)容越來(lái)越豐富的情況下，ems越來(lái)越不能滿(mǎn)足要求。mms(多媒體消息業(yè)務(wù))是sms和ems的進(jìn)一步發(fā)展。由于選擇網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的不同，使其可以傳送更大的數(shù)據(jù)量，因而其傳遞內(nèi)容進(jìn)一步豐富，包括圖像、音頻信息、視頻信息、數(shù)據(jù)以及文本；在技

30、術(shù)上，除了提供了更好的標(biāo)準(zhǔn)性和開(kāi)放性、業(yè)務(wù)的擴(kuò)展性外，同時(shí)較好地考慮了與現(xiàn)有消息類(lèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的兼容，定義了一系列標(biāo)準(zhǔn)接口以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有sms以及其他消息系統(tǒng)的互操作，從而提供了更好的業(yè)務(wù)過(guò)渡和銜接，因此，mms是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ囊苿?dòng)消息類(lèi)技術(shù)。mms并非只能在3g網(wǎng)絡(luò)中使用。mms可以用在2g或者2.5g網(wǎng)絡(luò)中，支持mms的手持設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)出現(xiàn)。4.3 gprs模塊mms發(fā)送方法mms(多媒體信息業(yè)務(wù))是在gprs網(wǎng)絡(luò)或者cdma2000lx網(wǎng)絡(luò)的支持下，以wap無(wú)線應(yīng)用協(xié)議為載體，傳送視頻片段、圖片、聲音和文字等信息內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)即時(shí)的手機(jī)端到手機(jī)端的多媒體信息傳送。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端，報(bào)警觸發(fā)時(shí)，

31、需要向用戶(hù)的手機(jī)上發(fā)送包含當(dāng)時(shí)家里狀況的圖片的mms，讓用戶(hù)能夠及時(shí)了解家里的狀況。4.3.1 wap協(xié)議概述wap(wireless application protocol)是一種向移動(dòng)終端提供互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容和先進(jìn)增值服務(wù)的全球統(tǒng)一的開(kāi)放式協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，是簡(jiǎn)化了的無(wú)線internet協(xié)議。wap將internet和移動(dòng)電話技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使隨時(shí)隨地訪問(wèn)豐富的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)資源成為現(xiàn)實(shí)。4.3.2 gprs和wap的關(guān)系手機(jī)聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的彩信發(fā)送是通過(guò)wap協(xié)議借助于gprs網(wǎng)絡(luò)，把遠(yuǎn)程的圖像傳輸?shù)浇K端手機(jī)。gprs是先進(jìn)的2.5代網(wǎng)絡(luò)，為用戶(hù)通過(guò)手機(jī)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)提供更高的速率、更短的連接時(shí)間、更優(yōu)惠的資

32、費(fèi)。gprs的開(kāi)通為wap業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了更加廣闊的空間，gprs網(wǎng)絡(luò)好像是高速公路，wap好比是行駛在路上的汽車(chē)；在高速公路上汽車(chē)可以跑得更快，在gprs網(wǎng)絡(luò)上，wap也將運(yùn)行得更成功。4.4 gprs系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)作為移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最主要的承載方式，與其他無(wú)線通訊方式相比，gprs業(yè)務(wù)具有實(shí)時(shí)傳輸、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。因此，基于gprs數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)在多種行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。作為2.5g網(wǎng)絡(luò)，gprs技術(shù)是gsm網(wǎng)絡(luò)由2g向3g平滑過(guò)渡的必由之路。與2g相比較，其具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：(1)資源利用率高gprs引入了分組交換的傳輸模式，使得原來(lái)采用電路交換模式的gsm傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了

33、根本性變化，這在無(wú)線資源稀缺的情況下顯得尤為重要。對(duì)于分組交換模式，用戶(hù)只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個(gè)用戶(hù)可高效率地共享同一無(wú)線信道，從而提高了資源利用率。(2)實(shí)時(shí)傳輸gprs理論上可提供最高值為171.2kbit/s的傳輸速率，這意味著gprs用戶(hù)能和isdn用戶(hù)一樣快速地上網(wǎng)瀏覽，同時(shí)也使一些對(duì)傳輸速率敏感的移動(dòng)多媒體應(yīng)用成為可能。(3)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低gprs用戶(hù)的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了“得到多少、支付多少”的原則。通常，傳輸1k字節(jié)的數(shù)據(jù)需0.010.03元，相對(duì)于短消息(sms)、撥號(hào)上網(wǎng)等方式而言，采用gprs方式能夠有效降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。(4)支持ip協(xié)議

34、和x.25協(xié)議gprs支持因特網(wǎng)上應(yīng)用最廣泛的ip協(xié)議和x.25協(xié)議。而且由于gsm網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，使得gprs能提供internet和其它分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無(wú)線接入。45 本章小結(jié)在本章中，首先介紹了gprs的基本概念、mms，ems，sm的s簡(jiǎn)介、gprs模塊mms發(fā)送方法、以及gprs網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)傳輸、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。第五章嵌入式系統(tǒng)linux簡(jiǎn)介5.1嵌入式操作系統(tǒng)linux介紹從八十年代末開(kāi)始，出現(xiàn)了一些嵌入式操作系統(tǒng)，如vxworks， psos，neculeus和windowsce，但這些專(zhuān)用操作系統(tǒng)都是商業(yè)化產(chǎn)品，且價(jià)格高昂；而且源代碼封閉性也大大限制了開(kāi)發(fā)者的積

35、極性。linux作為嵌入式操作系統(tǒng)，與其它商業(yè)化的嵌入式操作系統(tǒng)相比有著與生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)。嵌入式linux具有以下特點(diǎn)：開(kāi)放的源代碼，豐富的軟件資源。功能強(qiáng)大的內(nèi)核，性能高效、穩(wěn)定，多任務(wù)，易于裁減。支持多種體系結(jié)構(gòu)，如x86，arm，mips，alpha，sparc等。完善的網(wǎng)絡(luò)通訊、圖形、文件管理機(jī)制。支持大量的周邊硬件設(shè)備。良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境，不斷發(fā)展的開(kāi)發(fā)工具集。價(jià)格低廉，能夠有效降低產(chǎn)品成本。對(duì)成本敏感的嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)至關(guān)重要，而linux恰好具有這一特性。根據(jù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)裁減了的linux內(nèi)核，能夠用在嵌入式系統(tǒng)上面的操作系統(tǒng)，可以成為嵌入式linux。正是linux的以上特點(diǎn)

36、，為開(kāi)發(fā)各種嵌入式應(yīng)用軟件提供了強(qiáng)大的平臺(tái)支持。linux的模塊設(shè)計(jì)技術(shù)給嵌入式linux提供了一個(gè)很有優(yōu)勢(shì)的競(jìng)爭(zhēng)條件：對(duì)于嵌入式操作系統(tǒng)，很重要的一點(diǎn)，就是需要的資源少，并且能夠?qū)λ虞d的資源能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理和控制，而嵌入式linux的模塊化設(shè)計(jì)恰好就是該特點(diǎn)的完美體現(xiàn)。 同時(shí)，linux具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和交叉運(yùn)行環(huán)境，并且可以直接使用內(nèi)核調(diào)試器對(duì)操作系統(tǒng)的內(nèi)核進(jìn)行調(diào)試和查錯(cuò)。linux還提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。linux誕生于因特網(wǎng)，它支持所有的因特網(wǎng)協(xié)議，并且可以利用linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧將其開(kāi)發(fā)成為嵌入式tcp/ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。5.2交叉編譯環(huán)境的建立

37、通常嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)采用一種交叉編譯的方式。交叉編譯環(huán)境建立在宿主機(jī)上，對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)板叫做目標(biāo)板。開(kāi)發(fā)時(shí)使用宿主機(jī)上的交叉編譯、匯編及連接工具形成可執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，然后把可執(zhí)行文件下載到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行。調(diào)試時(shí)的方法很多，可以使用串口，以太網(wǎng)口等，具體使用哪種調(diào)試方法可以根據(jù)目標(biāo)機(jī)處理器所提供的支持作出選擇。宿主機(jī)和目標(biāo)板的處理器一般都不相同，宿主機(jī)為intel處理器，而目標(biāo)板為mini2440的開(kāi)發(fā)板， gnu編譯器提供這樣的功能，在編譯器編譯時(shí)可以選擇開(kāi)發(fā)所需的宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)建立開(kāi)發(fā)環(huán)境。本系統(tǒng)中編譯器安裝路徑下表所示。 編譯器安裝路徑說(shuō)明編寫(xiě)的程序當(dāng)中，會(huì)出現(xiàn)許許多多想不到的錯(cuò)誤，這個(gè)時(shí)

38、候就要對(duì)程序進(jìn)調(diào)試，最常用的調(diào)試軟件是gdb，也可以在程序中輸出中間變量的值來(lái)調(diào)試。如果每次將交叉編譯的程序燒寫(xiě)到arm芯片中執(zhí)行，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再重新調(diào)試、交叉編譯、燒寫(xiě)，這樣就會(huì)很煩瑣，因此可以使用nfs在線調(diào)試的方法，確認(rèn)程序正確無(wú)誤之后，只需進(jìn)行一次燒寫(xiě)。5.3嵌入式linux系統(tǒng)的移植linux是一個(gè)可應(yīng)用于多種硬件體系結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)，目前可以在arm等硬件體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行，但是實(shí)際工作到特定的硬件環(huán)境上都需要具體的移植。一個(gè)嵌入式linux系統(tǒng)需要下面三個(gè)基本元素：引導(dǎo)程序、linux微內(nèi)核(由內(nèi)存管理、進(jìn)程管理和事務(wù)處理構(gòu)成)和初始化進(jìn)程。還需要添加硬件驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)和tcp/ip協(xié)

39、議棧、圖形用戶(hù)界面gui和設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)的應(yīng)用程序，并將其放在rom、ram或flash中啟動(dòng)。由于嵌入式linux操作系統(tǒng)的高度靈活性，開(kāi)發(fā)者可以很容易地對(duì)它進(jìn)行定制或適當(dāng)開(kāi)發(fā)，來(lái)滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需要。5.3.1 bootloader的移植bootloader引導(dǎo)程序是嵌入式開(kāi)發(fā)十分重要的組成部分。它是嵌入式系統(tǒng)加電后執(zhí)行的第一個(gè)程序，并由它最終將操作系統(tǒng)啟動(dòng)起來(lái)并將控制權(quán)交給操作系統(tǒng)。bootloader引導(dǎo)程序最基本的功能是對(duì)硬件系統(tǒng)的初始化和內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)設(shè)置并啟動(dòng)內(nèi)核。bootloader的主要功能有：(1)初始化cpu的主頻、sdram、中斷、串口等硬件；(2)啟動(dòng)linux內(nèi)核并提供一個(gè)ra

40、mdisk；(3)通過(guò)串口下載內(nèi)核或ramdisk到目標(biāo)板上；(4)將修改過(guò)的內(nèi)核或ramdisk寫(xiě)入到flash內(nèi)；(5)為用戶(hù)提供一個(gè)命令接口。bootloader的實(shí)現(xiàn)除了依賴(lài)于cpu的體系結(jié)構(gòu)，還依賴(lài)于目標(biāo)板的設(shè)置，本系統(tǒng)的bootloader引導(dǎo)程序分為stage1和stage2兩個(gè)階段。依賴(lài)于cpu的體系結(jié)構(gòu)的代碼，比如設(shè)備初始化等，放在stage1中，采用arm匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以達(dá)到短小精悍的目的。stage2用c語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，同時(shí)代碼具有更好的可讀性和可移植性。5.3.2內(nèi)核配置和編譯linux采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，其內(nèi)核由若干功能相對(duì)獨(dú)立的程序模塊組

41、成。采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)內(nèi)核功能的增加和修正十分方便，而且任何一個(gè)模塊的變動(dòng)都不會(huì)影響其它模塊的功能。例如在需要增加系統(tǒng)調(diào)用、修改程序代碼、加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等情況下，只需修改有關(guān)程序模塊，而不必改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。選擇不同的程序模塊，編譯出來(lái)的內(nèi)核有很大的差別。linux支持大量不同的硬件，如果在編譯時(shí)全部都選上，則編譯出來(lái)的內(nèi)核將十分龐大。所以要完全理解編譯時(shí)內(nèi)核支持的選項(xiàng)，只選擇需要的驅(qū)動(dòng)和模塊。對(duì)內(nèi)核源代碼作必要修改后，根據(jù)硬件情況和應(yīng)用開(kāi)發(fā)要求對(duì)內(nèi)核進(jìn)行重新配置。使用make xconfig啟動(dòng)內(nèi)核配置界面如圖所示，在配置過(guò)程中，將linux系統(tǒng)運(yùn)行的必要選項(xiàng)和與s3c24

42、10 arm系統(tǒng)板相關(guān)的配置項(xiàng)選上，其他功能根據(jù)應(yīng)用要求選擇、定制。5.3.3根文件系統(tǒng)的制作linux文件系統(tǒng)具有強(qiáng)大的功能，不僅負(fù)責(zé)管理文件和文件系統(tǒng)，并提供管理設(shè)備、屏蔽設(shè)備復(fù)雜性的手段，為系統(tǒng)的內(nèi)核其他部分、用戶(hù)命令和系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用提供統(tǒng)一的服務(wù)接口。而且，linux文件系統(tǒng)可以支持不同類(lèi)型的文件系統(tǒng)，如minix、ext、ext2、msdos、ntfs、fat、fat32、vfat等。其中，ext2是linux自行設(shè)計(jì)并具有較高效率的一種文件系統(tǒng)類(lèi)型，并被稱(chēng)為linux系統(tǒng)的默認(rèn)的文件系統(tǒng)。linux之所以能支持多種不同的文件系統(tǒng)，是通過(guò)引入虛擬文件系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。可以在一個(gè)臨時(shí)ramd

43、isk(/dev/ram)建立根文件系統(tǒng)，然后創(chuàng)建它的映像， linux內(nèi)核在啟動(dòng)時(shí)根據(jù)這個(gè)映像再把它恢復(fù)出來(lái)(在initrd上)。 (1)配置linux內(nèi)核支持下面的兩項(xiàng)config_blk_dev_ram，config_blk_dev_initrd(2)建立根文件系統(tǒng)映像(3)改變r(jià)amdisks的大小要想使用ramdisk你必須或是得到內(nèi)核的支持或是以模塊的形式將他加載到系統(tǒng)中。其中內(nèi)核的配置選項(xiàng)是config_blk_dev_ram，把ramdisk編譯成一個(gè)可加載的模塊的好處是你可以在加載是重新確定ramdisk的大小。當(dāng)以模塊的形式編譯ramdisk時(shí)，可以在加載的時(shí)候決定ramd

44、isk的大小。5.4本章小結(jié)本文介紹了在基于mini2440arm內(nèi)核硬件平臺(tái)上嵌入式linux系統(tǒng)及嵌入式軟件移植過(guò)程。具體包括bootloader的移植、linux內(nèi)核的配置編譯以及根文件系統(tǒng)制作的具體過(guò)程。第六章 熱釋電人體紅外傳感器聯(lián)網(wǎng)手機(jī)智能家居監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用熱釋電人體紅外傳感器作為探頭,可對(duì)人體的出入情況作自動(dòng)檢測(cè)。一旦系統(tǒng)的圖像發(fā)生異?；蛘弋?dāng)人體紅外傳感模塊獲取到異常信息，arm控制系統(tǒng)立即驅(qū)動(dòng)使用usb 接口的攝像頭拍照進(jìn)行圖像采集，將圖像信息經(jīng)過(guò)gprs模塊，傳輸?shù)脚carm服務(wù)端通過(guò)udp方式連接的遠(yuǎn)端用戶(hù)綁定的手機(jī)中，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖片報(bào)警。6.1 人體紅外傳感器簡(jiǎn)介 人體紅外傳感

45、器主要由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。它主要用于檢測(cè)人體發(fā)射出的紅外線，當(dāng)有人進(jìn)入開(kāi)關(guān)感應(yīng)范圍時(shí)，人體紅外傳感器探測(cè)到人體紅外光譜的變化，自動(dòng)輸出高電平，人不離開(kāi)感應(yīng)范圍，將持續(xù)輸出高電平；人離開(kāi)后，開(kāi)關(guān)延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載。該傳感器靈敏度高，可靠性強(qiáng)。 該系統(tǒng)人體紅外線傳感器使用gp-10系列的人體感應(yīng)傳感器模塊。該模塊檢測(cè)距離：5米，角度范圍140度，被動(dòng)式觸發(fā)。將輸入信號(hào)通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換，輸入到arm進(jìn)行相應(yīng)處理。6.2 人體紅外傳感器放大電路人體紅外線傳感器所檢測(cè)出的人體紅外線信號(hào)還不足以進(jìn)行單片機(jī)通訊， 其信號(hào)必須經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路才能更好的被單片機(jī)識(shí)別， 信號(hào)放大電路原理圖。

46、 當(dāng)人體進(jìn)入pis 的探測(cè)區(qū)， 人體輻射的紅外線通過(guò)菲涅爾透鏡聚焦到熱釋電紅外傳感器的敏感元件上， 因而在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電荷， 該電荷經(jīng)源極跟隨器后， 以電壓信號(hào)輸出， 反映控制區(qū)內(nèi)的狀態(tài)變化。當(dāng)s 端有信號(hào)輸出時(shí)， 該信號(hào)經(jīng)過(guò)q1、q2 兩級(jí)放大后驅(qū)動(dòng)繼電器rl1 動(dòng)作， 從而使k1 端出現(xiàn)高電平， 故將其有人進(jìn)入的信號(hào)傳入mini2440arm，系統(tǒng)并做出相應(yīng)的判斷。 第七章 圖像模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)7.1圖像采集實(shí)現(xiàn)方案圖像的采集部分的核心是攝像頭，負(fù)責(zé)對(duì)模擬視頻信號(hào)進(jìn)行采集，同時(shí)直接輸出的數(shù)字圖像信號(hào)可以很方便地和后續(xù)處理電路接口，供數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)其進(jìn)行處理。目前，在嵌入式系統(tǒng)中，常用的圖

47、像傳感器主要有兩種：ccd圖像傳感器和cmos圖像傳感器。選擇合適的圖像傳感器對(duì)系統(tǒng)很重要。7.2圖像傳感器的工作原理(1)ccd圖像傳感器的工作原理ccd(charge coupled device)，電荷耦合器件，是一種金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的新型件，其基本結(jié)構(gòu)是一種密排的mos電容器，能夠存儲(chǔ)由入射光在ccd像敏單元激發(fā)出的光號(hào)電荷，并能在適當(dāng)相序的始終脈沖驅(qū)動(dòng)下，把存儲(chǔ)的電荷以電荷包的形式定向傳輸轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)自掃描，完成從光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這種電信號(hào)通常是符號(hào)電視標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)，可在電視屏幕上復(fù)原成物體的可見(jiàn)光像，也可以將信號(hào)存儲(chǔ)在磁帶機(jī)內(nèi)，或輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行圖像增強(qiáng)、識(shí)別、存儲(chǔ)等處理

48、。因此，ccd器件是一種理想的攝像器件。ccd圖像傳感器的特有結(jié)構(gòu)，決定了這類(lèi)器件有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、耗電少、啟動(dòng)快、壽命長(zhǎng)和可靠性。光譜響應(yīng)范圍寬。一般的ccd器件可工作在400nm-1100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)。最大響約900nm。在紫外區(qū)，由于硅片自身的吸收，量子效率下降，但采用背部照射減薄的ccd，工作波長(zhǎng)極限可達(dá)100nm。ccd圖像傳感器靈敏度高，具有很高的單元光量子產(chǎn)率，正面照射的ccd的量子產(chǎn)率可達(dá)20%，若采用背部照射減薄的ccd，其單元量子產(chǎn)率高達(dá)90%以上。另外，ccd的暗電流很小，檢測(cè)噪音也很低。因此，及時(shí)在低照度下(10-21x)，ccd也能順利完成光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)輸

49、出。動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍寬。ccd圖像傳感器可達(dá)很高的分辨率。線陣器件已有7000像元，可分辨最小尺寸7um；面陣器件已達(dá)4096像元，ccd攝像機(jī)分辨率已超過(guò)1000線以上。易與26微光像增強(qiáng)器級(jí)聯(lián)耦合，能在低光條件下采集信號(hào)。(2)cmos圖像傳感器的工作原理cmos圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)目前主要有兩種:無(wú)源像素圖像傳感器pps(passive pixel sensor)和有源像素圖像傳感器aps(active pixel sensor)。出于pps信噪比低，成像質(zhì)量差，目前實(shí)際應(yīng)用中絕大多數(shù)cmos圖像傳感器采用是aps結(jié)構(gòu)。aps結(jié)構(gòu)的像素內(nèi)部包含一個(gè)有源器件，該放大器在像素內(nèi)部具有放大和緩沖功

50、能，具有良好的消噪功能，且電荷不需要像ccd器件那樣經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離移位到達(dá)輸出放大器，因此避免了所有與電荷轉(zhuǎn)移有關(guān)的ccd器件的缺陷。 圖7-1 cmos圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)7.3 圖像傳感器的選型ccd圖像傳感器和cmos圖像傳感器有各自的優(yōu)點(diǎn)，使得二者互為補(bǔ)充。ccd圖像傳感器具有低信號(hào)噪聲、高分辨率、高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，將繼續(xù)保持在高端攝像技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，如天文觀察、衛(wèi)星成像、高分辨率數(shù)字照片、廣播電視、高性能工業(yè)攝像、大部分科學(xué)與醫(yī)學(xué)攝像等應(yīng)用。ccd器件的靈活性體現(xiàn)為，與采用cmos器件相比，用戶(hù)可構(gòu)建更多不同的攝像系統(tǒng)。cmos攝像器件是用與cmos集成電路相同的工藝制造出來(lái)的，所有的電路如a/d轉(zhuǎn)換、定時(shí)控制、信號(hào)處理、彩色編碼與補(bǔ)償和變換控制等都可以集成在同一芯片中，真正實(shí)現(xiàn)單片攝像頭。正因?yàn)槿绱?，與ccd攝像頭相比，cmos攝像頭就具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如集成度高、速度快、功耗低、價(jià)格便宜、體積小等。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，過(guò)去cmos圖像傳感器制造工藝中不易解決的技術(shù)問(wèn)題，現(xiàn)在都能找到相應(yīng)的解決辦法，從而大大改善了cmos圖像pps像素結(jié)構(gòu)。目前cmos單元面積的像素?cái)?shù)已與ccd單元面積的像素相當(dāng)，從而使cmos圖像傳感器也可以達(dá)到較高分辨率。與ccd比，cmos圖像傳感器具有體積小、重量輕、功耗低、高可靠、