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作者：徐彬彬，伍利衡，李秋廷，湯澤宇 隨著(zhù)社會(huì )電子信息化的不斷發(fā)展，人們在家居中使用的電器越來(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(hù)能及時(shí)得到信息，并通過(guò)實(shí)時(shí)監控采取一定的操作排除異常。因此，遠程監控系統的作用是非常巨大的。 隨著(zhù)安防行業(yè)的高速發(fā)展，國內外對安防監控系統的研究越來(lái)越熱門(mén)，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控系統，實(shí)現了嵌入式系統與Internet相連、家庭內部得安全監控、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)與監控端交互比較麻煩。新的系統將對以上地方進(jìn)行完善，新的系統需要實(shí)用家居環(huán)境的要求，降低成本，改變原先不間斷監控模式，并需要為用戶(hù)提供友好的交互界面，使用戶(hù)在不同的場(chǎng)所下對設備進(jìn)行監控操作。 在此設計的基于GPRS的遠程安防監控系統，是采用的是攝像機傳送視頻信號經(jīng)壓縮編碼后，通過(guò)內部總線(xiàn)傳送到內置的Web服務(wù)器。用戶(hù)在監控端可以直接通過(guò)瀏覽器觀(guān)看Web服務(wù)器上的攝像機視頻圖像，授權用戶(hù)還可以控制監控機的動(dòng)作。這樣就實(shí)現了對監控點(diǎn)的遠程控制，通過(guò)瀏覽器很方便地實(shí)現了對監控機控制。 1 總體方案設計 系統以ARM 9處理器S3C2410為MCU，作為控制器，負責從紅外傳感器，溫度傳感器，攝像頭采集數據，并且控制報警措施和滅火措施的執行，通過(guò)GPRS模塊向用戶(hù)發(fā)送短信，同時(shí)監控機可以通過(guò)Internet和網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行交互，用戶(hù)可以通過(guò)登錄網(wǎng)頁(yè)對監控機進(jìn)行控制，同時(shí)監控機可以將采集到的數據通過(guò)Web服務(wù)器傳輸給網(wǎng)頁(yè)端。本系統的總體設計框架如圖1所示。 
2 硬件電路設計 2．1 主控電路設計 主控系統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，蜂鳴器報警模塊，滅火處理模塊，紅外傳感模塊組成。處理器采用輪詢(xún)的方式不斷的從溫度采集模塊和紅外傳感模塊讀取數據，當讀取的溫度值超過(guò)設定的臨界值，或者紅外傳感模塊有中斷來(lái)臨時(shí)，說(shuō)明家里有火災，或者家里出現小偷，處理器此時(shí)去驅動(dòng)蜂鳴器報警模塊報警，并通過(guò)GPRS模塊發(fā)送報警短信給用戶(hù)。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 報警電路設計 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，當數據寄存器里寫(xiě)入1時(shí)。蜂鳴器打開(kāi)，寫(xiě)0關(guān)閉蜂鳴器。軟件上是通過(guò)ioctl來(lái)進(jìn)行相應的控制的。報警電路如圖2所示。
2．3 溫度采集電路設計 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轉換器轉換后傳送給主控板。A／D轉換器是模擬信號源和CPU之間聯(lián)系的接口，它的任務(wù)是將連續變化的模擬信號轉化為數字信號，以便計算機和數字系統使用。FS2410開(kāi)發(fā)板用的A／D轉換器是ARMS3C2410自帶的一個(gè)一路10位的A／D轉換器。并且支持觸摸屏功能。最大轉化率是500 kHz，A／D轉換器頻率的計算公式為：系統時(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A／D的讀和寫(xiě)的操作。溫度采集模擬電路如圖3所示。
2．4 滅火電路設計 將4個(gè)LED燈與S3C2410處理器的4個(gè)管腳相連接，由于GPIO是復用管腳，所以首先進(jìn)行相應寄存器的配置，也就是首先配置控制寄存器GPFCON，配置為output．然后就是對燈的相應控制，這個(gè)是對數據寄存器GPFDAT，如果寫(xiě)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 紅外傳感器電路設計 本設計用鍵盤(pán)電路來(lái)模擬紅外傳感器，當有鍵盤(pán)按下時(shí)，說(shuō)明有人闖入，主控板接收到鍵盤(pán)中斷時(shí)，通過(guò)蜂鳴器報警，并發(fā)送短信給用戶(hù)，啟動(dòng)滅火裝置。根據硬件電路圖可知4×4鍵盤(pán)掃描的工作原理，軟件上首先完成對相應的寄存器作配置，這里主要涉及GPFCON，GPGCO N，GPECON三個(gè)寄存器，把相應的位設置為0UTPUT和INPUT工作模式，這個(gè)根據原理圖。然后就是對中斷的處理，設置下降沿有效。紅外傳感器模擬電路如圖5所示。
2．6 GPRS電路設計 GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，目前理論傳輸速率為115kpbs，GPRS的基本原理是：當用戶(hù)上傳或下載互聯(lián)網(wǎng)數據時(shí)，系統利用分組將數據在網(wǎng)絡(luò )中傳送，達到多用戶(hù)間對網(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，數據傳輸，短消息，提供RS 232全雙工數據口，使用AT指令進(jìn)行控制。模塊的UART0口接開(kāi)發(fā)板的UART1口，當MS35模塊睡眠時(shí)，需要對模塊發(fā)AT指令來(lái)喚醒模塊。GPRS模塊電路如圖6所示。 3 軟件設計 圖7～圖10是主程序流程圖功能描述。項目中主要的進(jìn)程，其中包括2個(gè)線(xiàn)程等待控制命令，在代碼中采用輪詢(xún)的形式來(lái)對線(xiàn)程狀況進(jìn)行檢測，發(fā)生問(wèn)題的時(shí)候進(jìn)行相應的處理，用戶(hù)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)本系統并遠程進(jìn)行控制操作，其中系統對外圍設備的操作需要互斥信號量的保護，并且由于在系統中實(shí)現了對各個(gè)報警功能以及對報警動(dòng)作的控制，所以在在設計互斥量的時(shí)候就同時(shí)設計有全局的變量，分別代表相應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 測試結果與分析 4．1 平臺搭建 硬件平臺選擇的是S3C2410的開(kāi)發(fā)板，軟件平臺為一種流行的linux操作系統：Ubuntu 8．10發(fā)行版。然后是交叉工具鏈的建立，由于開(kāi)發(fā)是在x86體系結構進(jìn)行的，最終需要在A(yíng)RM體系結構上運行，所以必須建立交叉工具鏈。在終端執行命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，編譯執行命令make fs2420-config，make，將生成的uboot．bin燒寫(xiě)到開(kāi)發(fā)板的nandflah的第一個(gè)分區；第3步是Linux內核編譯與移植，采用的是Linux-2．6．22．6版本內核，編譯內核前，在內核中靜態(tài)加載網(wǎng)卡驅動(dòng)，如圖11所示。靜態(tài)加載nandflash驅動(dòng)，如圖12所示。靜態(tài)加載usb驅動(dòng)，如圖13所示。執行make ZImage命令，生成內核鏡像ZImage，將ZImage燒寫(xiě)到nanflash的第2個(gè)分區。最后是根文件系統制作，選用cramfs作為根文件系統，cramfs文件系統的特點(diǎn)為只讀，用戶(hù)不能修改，很適合作為根文件系統。將制作根文件系統的工具busybox編譯后，運行命令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加入執行主程序的腳本命令．／main。并將ad驅動(dòng)，蜂鳴器驅動(dòng)，鍵盤(pán)驅動(dòng)的加載命令加入rcs腳本文件中。rcs是內核啟動(dòng)執行的第一個(gè)腳本，所以主程序和一些驅動(dòng)的加載放在rcs中。最后執行mkfs．cramfs rootfsrootfs．cramfs命令。這樣就生成了文件系統rootfs．cr amfs，將生成的rootfs．cramfs燒寫(xiě)到nandflash的第3個(gè)分區。
4．2 功能測試與分析 插上USB攝像頭和GPRS，在GPRS中插上手機卡，GPRS連接到開(kāi)發(fā)板的串口線(xiàn)上，連接網(wǎng)線(xiàn)，啟動(dòng)開(kāi)發(fā)板。在任何一臺聯(lián)網(wǎng)的PC機上打開(kāi)瀏覽器，輸入192．168．1．1，結果如圖14所示。點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的實(shí)時(shí)監控按鈕，瀏覽器窗口出現監控機端傳輸過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)畫(huà)面。點(diǎn)擊拍照按鈕，默認每隔1 s進(jìn)行拍照。也可以在網(wǎng)頁(yè)設置間隔拍照的時(shí)間。按開(kāi)發(fā)板的鍵盤(pán)任意一個(gè)鍵，此時(shí)蜂鳴器報警，用戶(hù)收到報警短信，短信內容為“有小偷”。點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的關(guān)閉報警按鈕，蜂鳴器停止報警。當點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的關(guān)紅外感應按鈕后，再按下開(kāi)發(fā)板鍵盤(pán)的任意一個(gè)鍵，監控機不進(jìn)行任何操作。當旋轉開(kāi)發(fā)板上電位器時(shí)(調整A／D的輸入電壓)，輸入電壓模擬的是溫度值，當輸入的溫度值達到設置的臨界值60℃時(shí)，蜂鳴器報警，監控機通過(guò)GPRS模塊發(fā)送短信，短信內容為“火災”。當點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的按鈕關(guān)閉報警時(shí)，蜂嗚器停止報警。當點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的關(guān)溫度感應按鈕時(shí)，當監控機讀取到的溫度值達到設置的臨界值時(shí)，監控機不進(jìn)行任何操作。 5 結語(yǔ) 本系統結合嵌入式Web服務(wù)器，GPRS技術(shù)以及嵌入式相關(guān)技術(shù)，實(shí)現用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對家中情況的實(shí)時(shí)監控。該系統可以進(jìn)行方便的擴展，結合用戶(hù)自身需求進(jìn)行定制，使得用戶(hù)通過(guò)手機獲得家中異常報警，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對家中情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，通過(guò)遠程的操作來(lái)降低異常帶來(lái)的損失。在系統中Web服務(wù)器通過(guò)Internet提供遠程訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，并通過(guò)GSM短信息通知用戶(hù)異常，用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對異常進(jìn)行相應的指令操作。用戶(hù)可使用系統的GPRS上網(wǎng)功能提供擴展功能。 |
