基于ARM+GPRS的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)設計

摘要：介紹了一種以ARM嵌入式開發(fā)板為核心、融合因特網(wǎng)通信和GPRS無線通信技術(shù)的，智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)以及硬件原理框圖和軟件設計思路。該系統(tǒng)由傳感器采集信號，攝像頭采集圖像，經(jīng)ARM開發(fā)板處理后，利用因特網(wǎng)和GPRS模塊傳輸?shù)竭h程的監(jiān)控中心。使用Boa嵌入式Web服務器和SOLite數(shù)據(jù)庫搭建遠程監(jiān)控系統(tǒng)，用戶通過點擊網(wǎng)頁上的按鈕遠程發(fā)送控制命令。實驗測試表明，該系統(tǒng)不僅有效地實現(xiàn)了快速報警、遠程監(jiān)控功能，還實現(xiàn)的圖像的抓拍、打包下載等功能，滿足遠程監(jiān)控的設計要求。

伴隨著數(shù)字化和網(wǎng)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。

新型的安防監(jiān)控系統(tǒng)利用安置在家中的不同功能的傳感器采集各類環(huán)境參數(shù)，傳輸?shù)缴衔粰C，利用信息管理軟件進行數(shù)據(jù)存儲、顯示、分析處理等操作，對異常情況進行報警，并根據(jù)預置控制策略自動處理，及時消除安全隱患。

隨著網(wǎng)絡通訊技術(shù)及圖像壓縮處理技術(shù)以及傳輸技術(shù)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(shù)，通過網(wǎng)絡傳輸數(shù)字圖像，可為實現(xiàn)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。

因此，開發(fā)和推廣遠程安防監(jiān)控系統(tǒng)，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，及時做出分析與判斷，具有非常重要的實際意義。

1 系統(tǒng)功能及總體結(jié)構(gòu)設計

1.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

該系統(tǒng)主要是針對家庭用戶而設計的，對家居的安全狀況進行監(jiān)控。用戶可以根據(jù)自己需要進行用戶基本信息及監(jiān)控狀態(tài)、監(jiān)控參數(shù)等的設置。系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能：

1)用戶設置：可以在監(jiān)控主頁面點擊用戶設置按鈕，設置登錄界面的用戶名、密碼;修改或新增接收告警信息的手機號碼、變更短信中心號碼、設置火災溫度上限。

2)家居安全狀況遠程實時監(jiān)控與查詢：主人外出，可通過手機或其他聯(lián)網(wǎng)設備通過瀏覽網(wǎng)頁來查看家中的安全狀況。

同時主人可以點擊網(wǎng)頁上的相關(guān)按鈕，遠程發(fā)送控制命令。

3)家居安防監(jiān)控：當小偷闖入住宅或有火災等違紀事件發(fā)生時，監(jiān)控終端能實時地監(jiān)測到險情，并自動采取相應處理措施，同時向監(jiān)控中心發(fā)送告警信息，監(jiān)控中心則以GSM短信的方式通知戶主。

4)現(xiàn)場圖像抓拍功能：在設防狀態(tài)下，當紅外傳感器或者門磁觸發(fā)告警時，攝像頭將自動抓拍圖像，通過在ARM開發(fā)板上搭建的MGPJ—Streamer服務器處理圖像，并以流的方式將圖像保存到SQLite數(shù)據(jù)庫中。

5)歷史照片的打包下載和定時刪除：為方便查看和快速傳輸歷史照片，所以將歷史照片以.tar.gz格式進行打包壓縮，同時為保證存儲空間的充裕，所以提供定時刪除過去一段時間的照片。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)以FS_S5PC100開發(fā)板和Linux操作系統(tǒng)作為實驗平臺，主要立足互聯(lián)網(wǎng)，采用攝像機采集圖像，經(jīng)壓縮處理后傳到互聯(lián)網(wǎng)，遠端用戶可以通過瀏覽網(wǎng)頁或手機上網(wǎng)直接查看家中情況。利用市場上比較通用的GPRS模塊收發(fā)信息，利用Linux內(nèi)核中的PPP撥號上網(wǎng)的方式;使用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，通過交叉編譯模式，使用C語言編寫移植驅(qū)動和控制程序，并在Linux系統(tǒng)中搭建視頻服務器、WEB服務器和SQL ite數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)的總體設計框架如圖1所示，整個系統(tǒng)分為以下3個模塊：

1)輸入模塊：包括兩類，一是監(jiān)測參數(shù)的采集模塊，即火災的溫度采集模塊、防盜的攝像頭監(jiān)測模塊，采集并無線發(fā)送監(jiān)測參數(shù);二是實現(xiàn)控制的模塊，即Internet或手機通過網(wǎng)絡實現(xiàn)對整個監(jiān)測系統(tǒng)的用戶信息及監(jiān)控參數(shù)的設置、監(jiān)測參數(shù)的查詢、顯示及設防、撤防等控制指令下發(fā);

2)處理模塊：以ARM開發(fā)板為核心的主控板，接收由輸入模塊采集的數(shù)據(jù)，并進行邏輯判斷，如果有異常發(fā)生，通知輸出模塊做出相應的處理;同時也能根據(jù)網(wǎng)頁上發(fā)送過來的各種設置和控制指令，然后調(diào)用相應的處理函數(shù);

3)輸出模塊：解析處理模塊發(fā)出的信號，實施相應的異常處理措施;如果溫度傳感器測得的溫度高于預先設定的溫度或者紅外傳感器探測到有不法分子闖入，那么開啟相應的聲光報警和對應的異常處理，通過控制攝像頭來捕捉圖片，然后進行圖像處理并將數(shù)據(jù)保存在SQLite數(shù)據(jù)庫中。并通過GPRS模塊發(fā)送告警短信通知用戶家居現(xiàn)場情況，用戶根據(jù)具體情況點擊網(wǎng)頁上對應按鈕發(fā)送命令給系統(tǒng)，完成一個遠程監(jiān)控的任務。

2 系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)系統(tǒng)的總體架構(gòu)，分析遠程安防監(jiān)控系統(tǒng)功能上的需求，得知相應的硬件需求如表1所示。

處理模塊處在系統(tǒng)中間層，既要處理輸入模塊采集的數(shù)據(jù)，又要控制輸出模塊的相應處理，同時還得與遠程監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)交互，這就要求其具有較強的數(shù)據(jù)處理能力。基于此考慮，本系統(tǒng)選用了基于Samsllng公司的Cotex_A8內(nèi)核的FS_S5PC100作為實驗平臺?？紤]到市場的普及度與可靠性的要求，GPRS模塊選用SIEMENS公司的TC35i/MC35，該模塊內(nèi)嵌強大的TCP/IP協(xié)議棧，低功耗，增強的AT控制指令。由于具體的硬件設計電路圖比較繁雜，在此給出系統(tǒng)硬件實現(xiàn)框圖，如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件實現(xiàn)主要包括：S5PC100軟件編程，監(jiān)控頁面的編程兩大部分，在此只介紹S5PC100微控制器的軟件編程部分。

3.1 系統(tǒng)移植與驅(qū)動設計思想

考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，在S5PC100上采用Linux嵌入式實時操作系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的實時操作系統(tǒng)(RTOS)相比，采用嵌入式Linux這樣的開放源碼的操作系統(tǒng)的另外一個好處是Linux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(qū)動程序要比用于商業(yè)操作系統(tǒng)的設備驅(qū)動程序多，如網(wǎng)絡接口卡(NIC)驅(qū)動程序以及并口和串口驅(qū)動程序。

linux操作系統(tǒng)文章專題：linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）