遠程安防監(jiān)控系統(tǒng)設計介紹

1、遠程安防監(jiān)控系統(tǒng)設計介紹摘 要伴隨著數字化和網絡化的進程，智能化的浪潮席卷了世界的每一個角落，成為一種勢不可擋的歷史化大趨勢。面對當前犯罪分子作案手段日趨技能化、智能化、團伙化和暴力化的勢態(tài)，單靠傳統(tǒng)的“人防”一種途徑已遠不能適應新形式下斗爭的需要 。隨著網絡通訊技術及圖像壓縮處理技術以及傳輸技術的快速發(fā)展，使得家庭能夠采用最新的通訊和圖像處理技術，通過網絡傳輸數字圖像，可為實現家庭監(jiān)控系統(tǒng)提供高效可行而且價格低廉的解決方案。本課題所研究的基于GPRS的遠程安防監(jiān)控系統(tǒng),目的在于使得人們在可以繁忙工作的同時，在遠程就了解自己家庭概況，及時作出分析與判斷。本文主要介紹了以SAMSUNG ARM9

2、（S3C2410）和嵌入式Linux 為平臺的，基于SIEMENS M35 GPRS模塊的無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件方面的設計。主要內容包括：S3C2410內部芯片的詳細分析；ARM9的外圍與內部硬件電路的設計分析；AT 指令的收發(fā)等等。該系統(tǒng)實現了以下功能：實時遠程監(jiān)控；拍照儲存；短信服務；入侵報警；火災報警并滅火。本文重點介紹了在實際研究開發(fā)過程中采用的一些技術手段和具體的實現過程，并簡要介紹了一些嵌入式相關理論基礎，同時指出了該系統(tǒng)開發(fā)有待于進一步完善發(fā)展的方向。關鍵詞： ARM；GPRS；嵌入式；安防；s3c2410；遠程監(jiān)控1 緒論目前，隨著網絡技術和集成電路技術的高速發(fā)展，嵌入式

3、系統(tǒng)已經成為IT的一個焦點，嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)大量的應用于自動控制工業(yè)生、軍事技術和家用消費電子等各個領域。1.1 課題背景現今市場上由兩種數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)類型，一種是以數字錄像設備為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，另一種是以嵌入式視頻web服務器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。以嵌入式視頻web服務器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)。攝像頭采集到的圖片信息經過壓縮，通過內部總線送到內置的web服務器，網絡上的用戶可以直接用瀏覽器觀看web服務器上的由攝像頭采集的圖像1。由于把圖片采集和web功能集中到一個體積很小的設備內，可以直接連入局域網，用戶無需安裝任何硬件設備，僅用瀏覽器即可觀看。同時還具

4、有以下優(yōu)點：布控區(qū)域廣闊，嵌入式視頻web服務器監(jiān)控系統(tǒng)web服務器直接連入網絡，沒有線纜長度和信號衰減的限制，同時網絡是沒有距離概念的，徹底拋棄了地域的概念，擴展布控的區(qū)域。系統(tǒng)具有幾乎無限的無縫擴展能力。所以設備都以IP地址進行標示，增加設備只是意味著IP地址的擴充。性能穩(wěn)定可靠，無需專人管理。嵌入式web服務器實際上是基于嵌入式微處理器技術，采用嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)，對于用戶來講，上網進行登陸，便可對家中情況進行監(jiān)控?，F在監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代，前端一體化、視頻十字化、監(jiān)控網絡化、系統(tǒng)集成化成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)公認的發(fā)展方向，它以網絡為依托，以數字視頻的壓縮、傳輸、存放和播放為核心，以智能

5、實用的圖像分析為特點，并為報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)完美的整合到一個使用平臺上，引發(fā)了視頻控制行業(yè)的一次技術革命。伴隨著數字化和網絡化的進程，智能化的浪潮席卷了世界的每一個角落，成為一種勢不可擋的歷史化大趨勢。這一切的最終目的為人們提供一個以人為本的舒適、便捷、高效、安全的生活環(huán)境。如何建立一個高效率、低成本的智能家居系統(tǒng)已成為當今世界的一個熱點問題。信息化程度的不斷提高，人們對智能家居的功能也提出了更高層次的要求。本課題研究的是基于GPRS的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。利用市場上比較通用的GPRS模塊收發(fā)信息，利用linux內核中的PPP撥號上網的方式，并在Linux系統(tǒng)中搭建web服務器來實現遠程監(jiān)控的目的

6、。此類遠程監(jiān)控系統(tǒng)對于電子消費各個領域都有著重要的意義。1.2 國內外研究現狀綜述1.2.1 安防系統(tǒng)的發(fā)展智能家居安防監(jiān)控起源于80年代中期的美國，上世紀末來到中國，帶著全新的概念企盼搭上中國經濟的高速順風列車。經過十幾年的市場孕育與發(fā)展，特別是伴隨住宅產業(yè)的進步，智能家居安防監(jiān)控在中國已經顯露出春筍出露的局面。智能家居安防監(jiān)控在國內已經歷了多年的概念推廣及發(fā)展，現已被人們認識并接受。應該說，自1998年，國內開始提出“智能家居安防監(jiān)控”這個概念，同時通過社會的熱炒，人們已對智能安防監(jiān)控有了一定的認識，但由于沒有真正適合市場的產品，所以真正的應用并沒有太大的突破，倒是智能安防監(jiān)控里最重要的組

7、成部分家居安防及小區(qū)安防得到了迅猛的發(fā)展，而且技術上明顯表現為以智能防范小區(qū)嵌套智能防范家居的特點，這種技術特點目前已廣泛地被市場接受，同時亦顯現出其無比的競爭優(yōu)越性。隨著近年網絡技術的日趨成熟和發(fā)展，更高層次的基于TCP/IP協(xié)議的數字社區(qū)及所捆綁的智能家居安防監(jiān)控結構特點的應用，正浮出水面，并迅速被市場所接受，可以說，真正意義的智能家居，正迎來市場的大發(fā)展階段3。1.2.2 國內安防系統(tǒng)的發(fā)展現狀經過二十多年的發(fā)展,中國安防行業(yè)已經形成集研發(fā)、生產、銷售、工程與系統(tǒng)集成、報警運營與中介服務等為一體的朝陽產業(yè),全國現有安防產品生產、工程系統(tǒng)集成、產品經銷和安防報警服務企業(yè)1.5 萬余家,涉及

8、保安報警服務、CCTV監(jiān)控、防盜報警、樓宇對講、智能家居、生物識別、智能交通等諸多領域。據資料統(tǒng)計,世界上有一半的安防產品是由中國企業(yè)制造的,而中國安防市場以每年增長20% 30% 的速度發(fā)展,預計今年全國安防行業(yè)產值可以達到1200 億元人民幣,其中,安防產品制造產值約700 億元,安防工程產值420 億元,安防報警服務80 億元。隨著國家經濟持續(xù)發(fā)展,人們生活水平不斷提高, 安防市場會不斷擴大,需求將更加迫切,可以預計“, 十一五”后期至“十二五”期間,將成為中國安防行業(yè)發(fā)展的黃金時期。 從整體上看,中國安防產業(yè)在歷經了20 世紀90 年代中后期的快速發(fā)展,2002 年進入技術升級結構調整

9、時期后,2006 年,因為平安城市建設,安防市場步入發(fā)展快車道。從市場地域分布來看,安防產品市場比較活躍的地區(qū)以華南華東、華北為主。華南市場的珠江三角洲八個城市(廣州、深圳、珠海、中山、佛山、惠州、江門、東莞) 安裝100 萬個攝像機加強城市治安防控,引發(fā)了華南安防市場火爆性增長;華東市場由于江蘇、浙江、上海三省市近年來全面推進科技強警示范城市建設以及2010 年上海世博會,安防產品在各地一、二、三級市場遍地開花;華北市場因為2008 年北京奧運會安全防范的需要,帶來了各種安防產品的幾何增長。 伴隨我國安防產業(yè)規(guī)模的擴大,珠江三角洲、長江三角洲、環(huán)渤海地區(qū)等安防制造基地已經形成。這些地區(qū)的共同

10、優(yōu)勢是,安防制造企業(yè)集中,產業(yè)鏈比較完整,具有很強生產和配套能力。其中,以深圳為中心的珠江三角洲已成為我國規(guī)模最大、發(fā)展速度最快、品種最全、產品出口所占比重最高的安防產品加工密集地區(qū);以杭州為中心的長三角,也成為國內最重要的DVR制造、安防監(jiān)控軟件基地;以天津為中心的環(huán)渤海地區(qū)則逐步形成了攝像機產業(yè)集群。 但在我國安防制造業(yè)中,外商和港澳臺投資企業(yè)生產的安防產品仍然占據半壁江山。2006 年,外商和港澳臺企業(yè)更是加緊了對中國安防市場的凌厲攻勢,收購、兼并、合作、加大在國內投資,他們憑借其技術優(yōu)勢和成熟的運作模式,在國內市場占有相當的優(yōu)勢條件。一些企業(yè)不斷擴大自身優(yōu)勢,對銷售模式進行了調整,取消

11、了原來的多級代理,實行區(qū)域代理+ 直銷的銷售模式,強化渠道控制力。除在省會城市布下營銷團隊外,還加速了在地、市甚至是縣級市場的營銷,同時二、三、四級市場的競爭正在逐步升溫,是近年國內安防市場渠道營銷的一個最為明顯變化。 我國安防產業(yè)經過多年的發(fā)展已經初具規(guī)模，并且發(fā)展迅速。 “十五”期間，我國安防產業(yè)年均增長速度超過了國民經濟發(fā)展的1倍以上，以年均25增長速度快速發(fā)展。安防行業(yè)正由啟動期走向發(fā)展期，根據統(tǒng)計數據顯示: 2005 年安防企業(yè)已達1.5 萬家，從業(yè)人員近100 萬人，實現增加值300 多億元，其中出口創(chuàng)匯產品約占10左右。但據統(tǒng)計，目前國內安防企業(yè)銷售額在100 萬元以下的企業(yè)占2

12、3%，100-500萬元的占37%，而年銷售額在500 萬元以上的企業(yè)只有不到40%的份額，1000 萬元以上的企業(yè)數量更少。雖然，國內的安防企業(yè)以小型的私營企業(yè)和股份制企業(yè)為主，但這兩年安防行業(yè)發(fā)展非?？?，尤其在閉路監(jiān)控、防盜報警兩項業(yè)務作為行業(yè)市場啟動的龍頭業(yè)務，現處于高速發(fā)展期，并將逐漸向成熟期邁進。在國外，發(fā)達國家在發(fā)展之初就確定了智能家居安防監(jiān)控相關標準及組織，明確了智能家居安防監(jiān)控概念等問題。比如以微軟、INTEL 等公司為主要成員UPnP（通用即插即用）組織、歐洲KNX協(xié)議等。智能家居從概念引進到現在發(fā)展已有10個年頭，國內一直未能有一個統(tǒng)一的行業(yè)標準及規(guī)范來約束和引導智能家居行

13、業(yè)的健康快速發(fā)展，各設備廠商按照不同的接口標準與協(xié)議生產設備，其結果導致不同設備之間的互連、互通變得非常困難。因此，中國智能家居企業(yè)向國外學習，首先應當建立共同遵循的標準與協(xié)議，這是發(fā)展智能家居安防監(jiān)控必須首先解決的問題。1.2.3 國外安防系統(tǒng)的發(fā)展現狀自從世界上第一幢智能建筑1984年在美國出現后，美國、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經濟比較發(fā)達的國家先后提出了各種智能家居的方案。智能家居在美國、德國、新加坡、日本等國都有廣泛應用。 1998年5月新加坡舉辦的“98亞洲家庭電器與電子消費品國際展覽會”上，通過在場內模擬“未來之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)。它的系統(tǒng)功能包括三表抄

14、送功能、安防報警功能、可視對講功能、監(jiān)控中心功能、家電控制功能、有線電視接入、電話接入、住戶信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布線箱、寬帶網接入和統(tǒng)軟件配置等。 這種“未來之家”家庭智能化系統(tǒng)，市場真正啟動尚需時日。目前在新加坡也有近30個社區(qū)(住宅小區(qū))近5000戶的家庭采用了“家庭智能化系統(tǒng)”，美國已有近四萬戶家庭安裝了這一類的“家庭智能化系統(tǒng)”，相信到了21世紀將會有更多的住宅安裝上這一類高科技智能化系統(tǒng)產品。目前美國有一種占據市場主流的產品X-10，銷售已超過1億個，設計戶型為單體別墅，應用多為舊房改造，僅在美國便有超過400萬個家庭在使用。但這些產品技術限制較多，并不適合在我國原樣

15、照搬使用應用。三星從今年春節(jié)后，開始在中、韓兩國同時推出其智能家居系統(tǒng)，通過機頂盒和網絡，將家居自動化控制、信息家電、安防設備以及娛樂和信息中心這四部分集成一個全面的，面向寬帶互聯(lián)網的家居控制網絡。 根據美國該行業(yè)之專業(yè)顧問公司PARKS的統(tǒng)計資料顯示：1995年，美國一個家庭要安裝家庭自動化設備的平均費用在7000至9000美元之間。 1995年美國家庭已使用先進家庭自動化設備的比率為0.33，看來市場真正啟動尚需時日。預計這五年內，家庭自動化的市場年平均增長率為8。 PARKS公司的資料亦顯示：到2004年，家庭網絡市場總額可達57億美元。據國際專家預測，到2010年底國際智能家居的產品銷

16、售額可達500億美元。 2020年可達1000億美元。 由于智能家居的誘人前景和巨大市場，盡管國外市場真正啟動也尚需時日，但并未能阻止企業(yè)去爭食智能家居市場。雖然每家公司的策略各不相同，但它們都堅持同樣的信念：山那邊遍地是金。IBM公司的邁克爾。凱羅斯克說：“這是個不容IBM公司忽視的市場機會。”2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境相關概念綜述2.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介2.1.1 什么是嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)一般指非 PC 系統(tǒng)，有計算機功能但又不能稱之為計算機的設備或器材。它是以應用為中心，軟硬件可裁減的，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。簡單地說，嵌入式系統(tǒng)

17、集系統(tǒng)的應用軟件與硬件于一體，類似于 PC 中 BIOS 的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動化、響應速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應用軟件系統(tǒng)等組成，它是可獨立工作的“器件”。嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的所有電器設備，如掌上 PDA 、移動計算設備、電視機頂盒、手機上網、數字電視、多媒體、汽車、微波爐、數字相機、家庭自動化系統(tǒng)、電梯、空調、安全系統(tǒng)、自動售貨機、蜂窩式電話、消費電子設備、工業(yè)自動化儀表與醫(yī)療儀器等。嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和 I/O端口、圖形控制器等。嵌入式系統(tǒng)有

18、別于一般的計算機處理系統(tǒng)，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質，而大多使用EPROM、EEPROM 或閃存(Flash Memory)作為存儲介質。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(要求實時和多任務操作)和應用程序編程。應用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應用程序編程與硬件的交互作用。其的核心是嵌入式微處理器4。2.1.2 嵌入式微處理器嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式處理器一般就具備以下4 個特點：(1) 對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時操作系統(tǒng)的執(zhí)行時間減少到最低限度。(2) 具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系

19、統(tǒng)的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷。(3) 可擴展的處理器結構，以能最迅速地開展出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。(4) 嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有mW 甚至W 級。2.1.3 ARM微處理器簡介ARM（Advanced RISC Machines），既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。1991 年ARM 公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術的授權。目前，采用

20、ARM 技術知識產權（IP）核的微處理器，即我們通常所說的ARM 微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產品、通信系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產品市場，基于ARM 技術的微處理器應用約占據了32 位RISC 微處理器75以上的市場份額，ARM 技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。ARM 公司是專門從事基于RISC 技術芯片設計開發(fā)的公司，作為知識產權供應商，本身不直接從事芯片生產，靠轉讓設計許可由合作公司生產各具特色的芯片，世界各大半導體生產商從ARM 公司購買其設計的ARM 微處理器核，根據各自不同的應用領域，加入適當的外圍電路，從而形成自己的ARM 微處理器芯片進入市場。目前，全世界有幾

21、十家大的半導體公司都使用ARM 公司的授權，因此既使得ARM技術獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個系統(tǒng)成本降低，使產品更容易進入市場被消費者所接受，更具有競爭力。2.1.4 ARM 微處理器的應用領域到目前為止，ARM 微處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域：(1)工業(yè)控制領域：作為32 的RISC 架構，基于ARM 核的微控制器芯片不但占據了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，ARM 微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的8 位/16 位微控制器提出了挑戰(zhàn)。(2)無線通訊領域：目前已有超過85%的無線通訊設備采用了ARM 技術， ARM以其

22、高性能和低成本，在該領域的地位日益鞏固。(3)網絡應用：隨著寬帶技術的推廣，采用ARM 技術的ADSL 芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，ARM 在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應用領域提出了挑戰(zhàn)。(4)消費類電子產品：ARM 技術在目前流行的數字音頻播放器、數字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用。(5)成像和安全產品：現在流行的數碼相機和打印機中絕大部分采用ARM 技術。手機中的32 位SIM 智能卡也采用了ARM 技術。除此以外，ARM 微處理器及技術還應用到許多不同的領域，并會在將來取得更加廣泛的應用。2.1.5 ARM 微處理器的特點采用RISC 架構的ARM 微處理器一

23、般具有如下特點：(1) 體積小、低功耗、低成本、高性能；(2) 支持Thumb（16 位）/ARM（32 位）雙指令集，能很好的兼容8 位/16 位器件；(3) 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；(4) 大多數數據操作都在寄存器中完成；(5) 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；(6) 指令長度固定2.1.6 ARM 微處理器的系列ARM 微處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于ARM 體系結構的處理器，除了具有ARM 體系結構的共同特點以外，每一個系列的ARM 微處理器都有各自的特點和應用領域。(1) ARM7 系列(2) ARM9 系列(3) ARM9E 系列(4) ARM10E 系列(5

24、) SecurCore 系列(6) Inter 的Xscal(7) Inter 的StrongARM其中，ARM7、ARM9、ARM9E 和ARM10 為4 個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應用領域的需求。SecurCore 系列專門為安全要求較高的應用而設計。2.1.7 Linux 操作系統(tǒng)簡介Linux操作系統(tǒng)是可以運行在許多不同類型的計算機上的一種操作系統(tǒng)的“內核”。在所有操作系統(tǒng)中，Linux是發(fā)展最快、應用最廣泛的。它是提供命令行或者程序與計算機硬件之間接口的軟件的核心部分。Linux操作系統(tǒng)內核管理以下事情：比如內存采用什么方法以及在什么時候打開或者關閉

25、文件、哪一個進程或者程序可以獲得計算機的中央處理單元（CPU）等等。雖然大多數 Linux 系統(tǒng)運行在 PC 平臺上，但 Linux 也可以作為嵌入式系統(tǒng)的可靠主力。Linux 流行的“back-to-basics”方法使得它的安裝和管理比UNIX 更加簡單靈活，這對于那些 UNIX 專家們來說又是一個優(yōu)點，他們已經因為 Linux 中有許多命令和編程接口同傳統(tǒng)的 UNIX 一樣而賞識它了。典型的壓縮包裝 Linux 系統(tǒng)經過打包，在擁有硬盤和大容量內存的 PC 機上運行，嵌入式系統(tǒng)可不要這么高的配置。一個功能完備的 Linux 內核要求大約 1 MB 內存。而 Linux 微內核只占用其中很

26、小一部分內存，包括虛擬內存和所有核心的操作系統(tǒng)功能在內，只需占用 Pentium CPU 系統(tǒng)的 100 K 內存。只要有 500 K 的內存，一個有網絡棧和基本實用程序的完全的 Linux 系統(tǒng)就可以在一臺 8 位總線（SX）的 Intel 386 微處理器上運行的很好了。由于內存要求常常是需要的應用所決定的，比如 Web 服務器或者 SNMP 代理，Linux 系統(tǒng)甚至可以僅使用 256 KB ROM 和 512 KB RAM 進行工作。因此它是一個瞄準嵌入式市場的輕量級操作系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的實時操作系統(tǒng)相比（RTOS），采用象嵌入式 Linux 這樣的開放源碼的操作系統(tǒng)的另外一個好處是 Li

27、nux 開發(fā)團體看來會比 RTOS 的供應商更快地支持新的 IP 協(xié)議和其它協(xié)議。例如，用于Linux 的設備驅動程序要比用于商業(yè)操作系統(tǒng)的設備驅動程序多，如網絡接口卡（NIC）驅動程序以及并口和串口驅動程序。核心 Linux 操作系統(tǒng)本身的微內核體系結構相當簡單。網絡和文件系統(tǒng)以模塊形式置于微內核的上層。驅動程序和其它部件可在運行時作為可加載模塊編譯到或者是添加到內核。這為構造定制的可嵌入系統(tǒng)提供了高度模塊化的構件方法。而在典型情況下該系統(tǒng)需結合定制的驅動程序和應用程序以提供附加功能。嵌入式系統(tǒng)也常常要求通用的功能，為了避免重復勞動，這些功能的實現運用了許多現成的程序和驅動程序，它們可以用于

28、公共外設和應用。Linux 可以在外設范圍廣泛的多數微處理器上運行，并早已經有了現成的應用庫。Linux 正在嵌入式開發(fā)領域穩(wěn)步發(fā)展。因為Linux 使用GPL，所以任何對將Linux 定制于PDA、掌上機或者可佩帶設備感興趣的人都可以從因特網免費下載其內核和應用程序，并開始移植或開發(fā)。許多Linux 改良品種迎合了嵌入式實時市場。它們包括RTLinux（實時Linux）、 uclinux（用于非MMU 設備的Linux）、Montavista Linux（用于ARM、MIPS、PPC 的Linux 分發(fā)版）、ARM-Linux（ARM 上的Linux）和其它Linux 系統(tǒng)。2.1.8 GP

29、RS 無線通訊簡介GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱，采用的是基于GSM 系統(tǒng)的無線高速數據分組傳輸技術，目前理論傳輸速率為115kbps。GPRS 業(yè)務于2002 年7 月開始在國內移動通信業(yè)推出，第一期工程在全國東部16 個省的25 個城市開通并進入試商用。試商用的GPRS 系統(tǒng)能夠提供傳輸速率為3050 kbps 的分組業(yè)務。GPRS 的出現，很大程度是為多媒體、互聯(lián)網通信服務，將從根本上改變原有的GSM 的基于話音服務。GPRS 基本原理是，當用戶上傳或下載互聯(lián)網數據時，系統(tǒng)不是利用當時承載服務所采用的電路連接，而是利用分組將數

30、據在網絡中傳送，達到多用戶間對網絡資源的共享，同時網絡運營機構還可以最大限度地使用現有GSM 設備，避免了GSM 設備投資的浪費。另外，數據傳送使用GPRS，而語音傳送使用GSM，使下載資料和通話可以同時進行。為此，它不但可以為GPRS 用戶提供GSM 移動電話通信的所有功能，更為突出的是為GPRS 用戶提供了一種更快捷，更方便，更便宜，更持久的移動上網方式。GPRS 目前被認為是移動通信從第二代向第三代過渡的重要一環(huán)。GPRS 基本原理是，當用戶上傳或下載互聯(lián)網數據時，系統(tǒng)不是利用當時承載服務所采用的電路連接，而是利用分組將數據在網絡中傳送，達到多用戶間對網絡資源的共享，同時網絡運營機構還可

31、以最大限度地使用現有GSM 設備，避免了GSM 設備投資的浪費。另外，數據傳送使用GPRS，而語音傳送使用GSM，使下載資料和通話可以同時進行。為此，它不但可以為GPRS 用戶提供GSM 移動電話通信的所有功能，更為突出的是為GPRS 用戶提供了一種更快捷，更方便，更便宜，更持久的移動上網方式。GPRS 目前被認為是移動通信從第二代向第三代過渡的重要一環(huán)5。2.2 嵌入式開發(fā)平臺搭建2.2.1 ARM 處理器選型如前文所述ARM 微處理器目前包括下面ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10E,SecurCore, Xscale, StrongARM 等幾個系列. 鑒于當前電子市場上的情況,在

32、此我主要討論一下ARM7 與ARM9 這兩種主流處理器的特點及應用領域。ARM7 微處理器系列:ARM7 系列微處理器為低功耗的32 位RISC 處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應用。ARM7 微處理器系列具有如下特點：(1) 具有嵌入式ICERT 邏輯，調試開發(fā)方便。(2) 極低的功耗，適合對功耗要求較高的應用，如便攜式產品。(3) 能夠提供0.9MIPS/MHz 的三級流水線結構。(4) 代碼密度高并兼容16 位的Thumb 指令集。(5) 對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS 等。(6) 指令系統(tǒng)與ARM9 系列、ARM9E 系列和AR

33、M10E 系列兼容，便于用戶的產品升級換代。(7) 主頻最高可達130MIPS，高速的運算處理能力能勝任絕大多數的復雜應用。ARM7 系列微處理器的主要應用領域為：工業(yè)控制、Internet 設備、網絡和調制解調器設備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應用。ARM7 系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI 是目前使用最廣泛的32 位嵌入式RISC 處理器，屬低端ARM 處理器核。ARM9 微處理器系列:ARM9 系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點：(1) 5 級整數流水線，指令執(zhí)行

34、效率更高。(2) 提供1.1MIPS/MHz 的哈佛結構。(3) 支持32 位ARM 指令集和16 位Thumb 指令集。(4) 支持32 位的高速AMBA 總線接口。(5) 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。(6) MPU 支持實時操作系統(tǒng)。(7) 支持數據Cache 和指令Cache，具有更高的指令和數據處理能力。ARM9 系列微處理器主要應用于無線設備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機頂盒、高端打印機、數字照相機和數字攝像機等。ARM9 系列微處理器包含ARM920T、ARM922T 和ARM940T 三種類型.由此可見, ARM9 對

35、于Linux 操作系統(tǒng)的支持性明顯強于ARM7。 因此, 本系統(tǒng)采用的核心微處理器是SAMSUNG S3C2410 (以ARM920T 為內核)6。2.2.2 GSM/GPRS通訊模塊選型目前市面上出現的主流GPRS/GSM 模塊主要有以下幾種:(1) BenQ 公司的M20/M22(A)/M32(A) 模塊；(2) SIEMENS 公司的TC35i/MC35 模塊；(3) Sony Ericsson 公司的GR47/GR48 模塊；考慮到市場的普及度與可靠性的要求, 我們選擇SIEMENS 公司的通訊MC35模塊。下面詳細的介紹一下SIEMENS 公司 MS35模塊。MS35 是SIEMEN

36、S 公司生產的GPRS 調制解調器，它提供RS232 數據口，用AT 指令進行控制。MS35 的主要特征如下：(1) 支持語音、數據傳輸、短消息、傳真業(yè)務；(2) 三種語音編碼方式(FR/EFR/HR)；(3) 四種數據傳輸模式CS-1、CS-2、CS-3、CS-4 下行速率最大為85.6Kbit/s，上傳速率最大為21.4Kbit/s；(5) 提供RS232 全雙工數據口； (6) 使用AT指令進行控制鑒于設計成本與功能上的要求，本系統(tǒng)采用SIEMENS M35 無線模塊。2.3主要儀器設備詳細設計概述（1）SAMSUNG fs2410 ARM9開發(fā)板（2）SIEMENS M35 GPRS模

37、塊（3）SIM卡（4）PC機一臺（4）中星微攝像頭一個2.3.1 fs2410開發(fā)板簡介中央處理器CPU:三星S3C2410，主頻203MHz；外部存儲器(1)內存：64M 字節(jié)；(2) NOR Flash：2M 字節(jié)（SST39VF160或SST39VF1601）；(3) NAND Flash：64M 字節(jié)（K9F1208，用戶可自己更換為16M、32M 或128M NandFlash）串口(4)兩個五線異步串行口，波特率高達115200bps；網絡接口(5)一個10M 網口，采用CS8900Q3，帶聯(lián)接和傳輸指示燈；USB接口(1)二個USB1.1 HOST接口；(2)一個USB1.1 D

38、evice接口；紅外通訊口一個IRDA紅外線數據通訊口；音頻接口(1)采用IIS接口芯片UDA1341，一路立體聲音頻輸出接口可接耳機或音箱；(2)支持錄音，板子自帶駐機體話筒可直接錄音，另有一路話筒輸入接口接麥克風；存儲接口一個SD卡接口，可接256M SD卡；LCD和觸摸屏接口(1)板上集成了4線電阻式觸摸屏接口的相關電路；(2)一個50芯LCD接口引出了LCD控制器的全部信號，并且這些信號引腳都加了74LVTH162245驅動，所以LCD輸出更加穩(wěn)定可靠；(3)支持黑白、4級灰度、16級灰度、256色、4096色STN液晶屏，尺寸從3.5寸 到12.1寸，屏幕分辨率可達到1024

39、5;768象素；(4)支持黑白、4級灰度、16級灰度、256色、64K色、真彩色TFT液晶屏，尺寸 從3.5 寸到12.1寸，屏幕分辨率可達到1024×768象素；(5)標準配置為三星256K色240x320/3.5英寸TFT液晶屏，帶觸摸屏；(6)板上引出一個12V電源輸出接口，可為大尺寸TFT液晶屏的5V CCFL背光模塊 供電；時鐘源內部實時時鐘（帶有后備鋰電池）；復位電路一個復位按鍵，并采用專用復位芯片進行復位，穩(wěn)定可靠；調試及下載接口一個20芯MultiICE標準JTAG接口，支持SDT2.51,ADS1.2等調試 ；電源接口12V電源供電，帶電源開關和指示燈；其他(1)十

40、六個小按鍵，四個高亮LED；(2)一個蜂鳴器（帶使能控制的短路塊）；(3)一個可調電阻接到ADC引腳上用來驗證模數轉換；(4)一個50芯2毫米間距雙排標準連接器用作擴展口，引出了地址線、數據線、讀 寫、片選、中斷、IO口、ADC、5V和3.3V電源、等用戶擴展可能用到信號；操作系統(tǒng)支持linux和WINCE5.0.NET。FS2410開發(fā)板實物圖如圖2.1所示：圖2.1 FS2410實物圖 2.3.2 SAMSUNG S3C2410詳細概述SAMSUNG公司推出的16/32位RISC處理器S3C2410A,為手持設備和一般類型應用提供了低價格、低功耗、高性能小型微處理器的解決方案

41、。為了降低整個系統(tǒng)的成本，S3C2410A提供了一下豐富的內部設備：分開的16KB的指令Cache和16KB數據Cache, MMU虛擬存儲器管理, LCD控制器，支持NAND Flash系統(tǒng)引導， 系統(tǒng)管理（片選邏輯和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4通道PWM定時器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC和觸摸屏接口，IIC-BUS接口，USB主機，USB設備，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及內部PLL時鐘倍頻器。S3C2410的內部結構圖如圖2.2所示：圖2.2 S3C2410內部結構SAMSUNG公司推出的16/32位RISC處理器S3C2410A,為手持設

42、備和一般類型應用提供了低價格、低功耗、高性能小型微處理器的解決方案。為了降低整個系統(tǒng)的成本， S3C2410A提供了一下豐富的內部設備：分開的16KB的指令Cache和16KB數據Cache, MMU虛擬存儲器管理, LCD控制器，支持NAND Flash系統(tǒng)引導， 系統(tǒng)管理（片選邏輯和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4通道PWM定時器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC和觸摸屏接口，IIC-BUS接口，USB主機，USB設備，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及內部PLL時鐘倍頻器。S3C2410A采用了ARM920T內核， 0.18um工藝的CMOS標準宏單元和

43、存儲單元。它的低功耗、精簡和出色的全靜態(tài)設計特別適用于對成本和功耗敏感的應用。同樣它還采用了一種叫做Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)新型總線結構。S3C2410的顯著特性是它的CPU核心， 是一個由Advanced RISC Machines(ARM)有限公司設計的16/32位ARM920T RISC處理器。ARM920T核由ARM9TDMI、存儲管理單元（MMU）和高速緩存三部分組成。其中，MMU可以管理虛擬內存。ARM920T實現了MMU，AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結構。這一結構具有獨立的16KB指令Cache

44、和16KB數據Cache，每個都是由8字長的行構成。ARM920T有兩個內部協(xié)處理器：CP14和CP15。CP14用于調試控制，CP15用于存儲系統(tǒng)控制以及測試控制。在時鐘方面S3C2410也有突出的特點，該芯片集成了一個具有日歷功能的RTC和具有PLL(MPLL和UPLL)的芯片時鐘發(fā)生器。MPLL產生主時鐘，能夠使處理器工作頻率高達203MHz。這個頻率能夠使處理器輕松運行于Windows CE、Linux等操作系統(tǒng)以及進行較為復雜的處理信息。UPLL產生實現主從USB功能時鐘。S3C2410對于片內的各個部件采用了獨立的電源供給方式：(1)內核采用1.8V供電；(2)存儲單元采用3.3V

45、獨立供電；(3) I/O采用獨立3.3V供電2.3.3 FS2410硬件資源分配S3C2410將系統(tǒng)的存儲空間分8組（Bank），每組的大小是128MB，共1GB。Bank0到Bank5的開始地址是固定的，用于ROM或SRAM。Bank6和Bank7用于ROM、SRAM或SDRAM，這兩個組可編程且大小相同。Bank7的開始地址是Bank6的結束地址，靈活可變。所有內存塊的訪問周期都是可編程的。S3C2410采用nGCS7:08個通用片選信號選擇這些組。因此，S3C2410支持兩種啟動模式:(1)從NAND FLASH啟動(2)從外部nGCS0片選的 NOR FLASH啟動。所以在這兩種啟動模

46、式下,各片選的存儲空間分配是不同的,a)圖是nGCS0片選的Nor Flash啟動模式下的存儲分配圖；b)圖是NAND FLASH啟動模式下的存儲分配圖；說明：SFR Area為特殊寄存器地在NAND FLASH啟動模式下，內部的4K Bytes BootSRAM被映射到nGCS0片選的空間。在Nor Flash啟動模式（非NAND FLASH啟動模式）下，與nGCS0相連的外部存儲器Nor Flash就被映射到nGCS0片選的空間。這兩種啟動模式的存儲分配如圖2.3所示:圖2.3 S3C2410啟動模式存儲分布圖2.4 系統(tǒng)設計方案總體框架系統(tǒng)以ARM9 處理器S3C2410 為MCU，作為

47、控制器，負責和GPRS 通信模塊、安防模塊進行通訊以及控制系統(tǒng)的數據采集和處理。GPRS 模塊采用工業(yè)級的SIEMENS MC35i，實現短消息（SMS）收發(fā)，兼容AT 指令。燃氣警報模塊實現對家居可燃氣體的監(jiān)測報警以及自動處理，由氣敏半導體傳感器、電源電路、傳感器電路、壓控振蕩器電路及報警電路等組成。入侵警報模塊實現監(jiān)測家居是否有人入侵和對家居信息進行圖像采集，由USB 攝像頭、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信號處理和報警電路等幾部分組成。本系統(tǒng)的總體設計框架如圖2.4所示：圖2.4 總體設計框架圖2.5 本章小結本章就嵌入式開發(fā)環(huán)境，相關硬件設備選型及細節(jié)進行了概述，并對系統(tǒng)總體設計方

48、案作了介紹。使讀者了解本課題的詳細思路。3 需求分析3.1 功能需求分析3.1.1 功能服務全局分析系統(tǒng)中主要的進程，包括兩個線程等待控制命令，在代碼中采用輪詢的形式來對線程狀況進行檢測，發(fā)生問題的時候進行相應得處理，用戶可通過網絡訪問本系統(tǒng)并遠程進行控制操作。調用了兩個進程分別操作thief進程和fire進程。thief進程和fire進程分別調用GPRS模塊和攝像頭模塊進行短消息的發(fā)送和圖像的采集并保存圖片。而且調用FS2410開發(fā)板自帶的，蜂鳴器模塊和LED模塊實現報警和模擬滅火的操作3.1.2 功能模塊需求分析本節(jié)將從客戶功能需求分析方面闡述在需求分析階段所預期的系統(tǒng)功能模塊。并對名個功

49、能模塊的實現作概要分析。本項目主要是為了實現利用現有的GPRS網絡實現遠程監(jiān)控的目的，并在有人入侵或火災火生時能發(fā)及時發(fā)送短消息給用戶，預警有人入侵或火災發(fā)生，用戶接到短消息預警后，通過現在網絡通過遠程登陸web服務器查看家中情況并作出相應處理，比如采集現場照片，及時報警，關閉蜂鳴器報警，關閉遠程監(jiān)控等等?；贕PRS的遠程安防監(jiān)控系統(tǒng)從功能上分析，主要分為：入侵報警功能模塊，火災報警功能模塊，GPRS遠程接發(fā)消息模塊，攝像頭監(jiān)控模塊，WEB服務器模塊。各功能模塊如表3.1所示：系統(tǒng)模塊模塊功能入侵報警功能模塊入侵警報火災報警功能模塊火災警報GPRS遠程接發(fā)消息模塊接發(fā)短信息攝像頭監(jiān)控模塊遠程

50、監(jiān)控WEB服務器模塊為監(jiān)控提供web頁面表3.1 系統(tǒng)功能模塊列表3.2 硬件平臺功能需求分析為了實現上述系統(tǒng)功能，相應的本節(jié)將對硬件平臺功能需求作概要分析對應于遠程安防監(jiān)控系統(tǒng)從功能上的需求，相應的硬件需求主要有：紅外探測，溫度傳感器，GPRS遠程接發(fā)消息模塊，攝像頭模塊，WEB服務器模塊。各功能模塊所需硬件如表3.2所示：系統(tǒng)模塊模塊功能硬件需求入侵報警功能模塊入侵警報紅外探測火災報警功能模塊火災警報溫度傳感器GPRS遠程接發(fā)消息模塊接發(fā)短信息GPRS模塊攝像頭監(jiān)控模塊遠程監(jiān)控攝像頭模塊WEB服務器模塊為監(jiān)控提供web頁面Web服務器表3.2 硬件功能需求列表3.3 本章小結本章主要對各個

51、功能模塊需求分析進行了闡述，根據不同的功能需求，設計不同的功能模塊，并選取相應的硬件模塊。4 詳細設計與實現4.1 攝像頭驅動模塊的詳細設計與實現4.1.1 攝像頭驅動移植1. 從http:/mxhaard.free.fr/下驅動補丁包。2. 把驅動補丁放置再linux-內核driver/usb/目錄下面。3. 進入driver/usb/目錄，解壓驅動補丁包。4. tar zxvf usb-LE06.patch.tar。5. 打補丁 patch p1 <usb-LE06.patch。6. 進入drver/usb/media,此時得到了一個spca

52、5xx的目錄，里面存放的就是USB攝像頭的驅動。7. 配置內核，以模塊的方式編譯驅動模塊。8. make menuconfig。9. 編譯內核，把驅動模塊放在文件系統(tǒng)里。10. 啟動開發(fā)板，把模塊插入內核。11. insmod spca5xx.ko。12. 接上USB攝像頭7。4.1.2 攝像頭采集圖片具體實現當攝像頭滿足采集圖像條件時，即有人入侵，或發(fā)生火災時，thief進程，和fire進程會調用相應的函數進行圖片的采集功能，這里調用的是capt_m.capt_func()函數進行圖片的采集，首先判斷攝像頭設備是否打開，如果打開則初始化各設備，接著設置將要采集的圖片的屬性，然后開始采集圖片，

53、并將采集到的圖片保存到外部存儲器，如SD卡或其他可用的設備8。實現代碼如下:pthread_mutex_lock (&capt_m.capt);if (capt_m.capt_func = 1 && capt_m.capt_close = 0)for (; x <= 5; x+) /save 5 to SD cardsystem ("capture");printf ("get image of thief okn");switch (x)case 1:system ("cp /var/www/images/1.j

54、pg /tmp/");break;case 2:system ("cp /var/www/images/1.jpg /tmp/thief2.jpg");break;case 3:system ("cp /var/www/images/1.jpg /tmp/thief3.jpg");break;case 4:system ("cp /var/www/images/1.jpg /tmp/thief4.jpg");break;case 5:system ("cp /var/www/images/1.jpg /tmp/th

55、ief5.jpg");break;default:break;4.1.3 攝像頭采集圖片流程圖4.1 采集圖片流程圖4.2 GPRS通訊模塊的詳細設計與實現4.2.1 GPRS 模塊說明本系統(tǒng)采用SIEMENS MC35模塊，通過串口與FS2410 開發(fā)平臺的串口2 相連接。驅動使用串口驅動程序，主要工作就是編寫串口的應用程序，來進行短信息的接受和發(fā)送并存儲短信息的功能。4.2.2 GPRS 發(fā)送短信息程序說明:系統(tǒng)運行后，相應模塊開始運行，當thief進程或fire進程開始運行后，GPRS模塊開始運行，并向原設定好的手機號碼發(fā)送消息，實現報警功能。首先程序會先打開GPRS的串口設備

56、，并調用int sendmessage(int len)函數發(fā)送短消息，第一次發(fā)送消息會先設定發(fā)送消息的格式及要發(fā)送方的號碼。發(fā)送完后，關閉相應設備。發(fā)送消息模塊結束。程序執(zhí)行下一步操作。GPRS 發(fā)送短信息程序流程圖如圖4.2所示：圖4.2 發(fā)送短信流程圖4.2.3 GPRS 接收短信息程序說明:接收消息流程:開始，打開串口，設置串口屬性，接收短消息，發(fā)送相應指令操作短信息，關閉設備，操作結束。接收短消息流程如圖4.3所示：圖4.3 接收短信流程圖4.3 GPRS模塊短消息相關的 AT 指令 4.3.1 與短信相關的 AT 指令AT+CMGC Send an SMS command（發(fā)出一條

57、短消息命令） AT+CMGD Delete SMS message（刪除 SIM 卡內存的短消息） AT+CMGF Select SMS message formate （選擇短消息信息收發(fā)格式： 0-PDU;1-文本） AT+CMGL List SMS message from preferred store（列出 SIM 卡中的短消息AT+CMGR Read SMS message（讀短消息） AT+CMGS Send SMS message（發(fā)送短消息） AT+CNMI New SMS message indications（顯示新收到的短消息） AT+CSCA SMS service center address（短消息中心