基于GPRS的家庭安防远程监控系统-毕业设计开题报告

毕业设计(论文)开题报告题 目： 基于GPRS的家庭安防远程监控系统 学 院： 电气信息学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 胡琼 学 号： 7 指导老师： 颜渐德 2013年 3 月 18 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述1、 前言随着社会的不断进步与发展，人民的生活水平日益提高，生活方式也发生了很大的改变。与此同时，农村城镇化和人员流动性增大，又使得社会治安状况更趋复杂性，因此作为社会的基本单元-家庭财产的安全问题就显得尤为重要。这一问题的出现，使得防盗报警系统与居民的日常生活越来越紧密，以保障家庭住宅安全为目的的安防系统也因此得到了一定程度的发展。但是目前的家庭安防系统大多数存在着功能简单，可靠性差；有些功能强大的又存在着价格昂贵，操作不方便等问题，不易被普通家庭接受。因此一款使用方便、性能可靠，价格合理的产品，无疑更能受到大家的青睐。近年来，随着现代通信技术和计算机事业的迅速发展，以及电子技术和微电子技术自动化，智能化程度的不断的提高，实时监控的安防技术在现代GPRS网络潮流中成为了现代远程监控自动化的显著应用技术，正在不断地发展。正是由于无线通讯技术的进步和不断普及，GPRS网络已无处不在，而且应用成本已经降到很低，而且利用GPRS远程安防监控系统，实现远程监控通信，不但具有系统易维护性，可扩展性和安全性，而且具有GPRS通讯的所有优点。本系统的功能扩展性非常好，可以应用于很多其他场合。本系统是定义一个人为目标客户的远程安防监控系统，利用市场上比较通用的GPRS模块收发信息，从功能设计到实物的实现模式都立足于满足人们能远程对家庭实施远程监控的目的。2、 嵌入式系统简介嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据英国电器工程师协会（ U.K. Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。由于嵌入式系统通常进行大量生产。所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。3、 嵌入式 系统设计中运用到的技术3.1、Linux操作系统在mini2440上的移植Linux内核启动过程概述 一个嵌入式 Linux 系统从软件角度看可以分为四个部分：引导加载程序（Bootloader），Linux 内核，文件系统，应用程序。其中 Bootloader是系统启动或复位以后执行的第一段代码，它主要用来初始化处理器及外设，然后调用 Linux 内核。Linux 内核在完成系统的初始化之后需要挂载某个文件系统做为根文件系统（Root Filesystem）。根文件系统是 Linux 系统的核心组成部分，它可以做为Linux 系统中文件和数据的存储区域，通常它还包括系统配置文件和运行应用软件所需要的库。应用程序可以说是嵌入式系统的“灵魂”，它所实现的功能通常就是设计该嵌入式系统所要达到的目标。如果没有应用程序的支持，任何硬件上设计精良的嵌入式系统都没有实用意义。3.2、交叉编译环境的建立 在Linux操作系统移植到开发板之前，要做的准备工作就是交叉编译环境的建立。因为此后的移植工作都要围绕交叉编译环境的展开，包括BootLoader，Linux内核以及应用程序的移植和编写。下面对交叉编译器进行简要的概述，交叉编译器是一种可以在平台A上为另一种平台B编译程序的编译器。其中，运行交叉编译器的平台A称为宿主机，交叉编译生成的目标文件的运行平台B称为目标机。交叉编译器的编译过程称为交叉编译。一个完整的arm-linux交叉编译器包括arm-linux-gcc、glibc、binutils等组件。其中，arm-linux-gcc是为ARM平台编译C程序的编译器；glibc是嵌入式C程序所需的基本函数库；binutils包含一组二进制工具。所以交叉编译器又称为交叉编译工具链。因此要安装必要的工具，比如arm-linux-gcc，glibc，binutils等工具，安装好后交叉编译环境就搭建成功了。可以进行一下的各部分移植操作了。3.3、BootLoader之U-boot的移植 本次设计中的BootLoader用到的是U-boot，因此要对U-boot进行移植。U-Boot，全称Universal Boot Loader，是遵循GPL条款的开放源码项目。从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步发展演化而来。其源码目录、编译形式与Linux内核很相似，事实上，不少U-Boot源码就是相应的Linux内核源程序的简化，尤其是一些设备的驱动程序，这从U-Boot源码的注释中能体现这一点。但是U-Boot不仅仅支持嵌入式Linux系统的引导，当前，它还支持NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS嵌入式操作系统。在移植uboot之前首先要对uboot有大概的了解。首先读读uboot自带的readme文件，了解一个大概。看看common.h这个文件，该文件定义了一些基本的东西，并包含了一些必要的文件。再看看flash.h，这个文件里面定义了flash_info_t为一个struct。包含了flash的一些属性定义。对uboot有了大概的了解之后就可以开始对uboot进行移植了。修改flash和SDRAM的相关参数以便和板子上的硬件参数相一致。3.4、Linux内核的移植下面进行关键的一步，Linux内核的移植，Linux内核是整个系统的核心，其主要功能有进程调度、内存管理、设备管理、文件管理和网络管理。由此可知对内核的移植就是对设备、文件以及网络进行移植。一切设备皆文件，在内核的世界里一切设备都是以文件的形式存在的，因此对内核的移植就是对内核进行裁剪。在内核中所有的设备都是以模块的形式存在的。在开发板上的每个硬件在内核中都对应了一个ID，此ID是识别该设备的唯一标示符。我们要把不需要的设备驱动从内核中移除，以减小内核的空间，把需要的驱动加进内核，当然有些驱动要自己编写以便使硬件能够正常的工作。3.5、根文件系统的制作根文件系统首先是一种文件系统，该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能，但是相对于普通的文件系统，它的特殊之处在于，它是内核启动时所挂载（mount）的第一个文件系统，内核代码的映像文件保存在根文件系统中，系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本（如rcS,inittab）和服务加载到内存中去运行。我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上，是没有办法真正的启动Linux操作系统的，会出现无法加载文件系统的错误。因此在移植完内核之后还要挂载根文件系统才能真正的启动Linux操作系统。在本课题中使用的根文件系统时yaffs2。yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用 NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。与jffs2相比，它减少了一些功能(例如不支持数据压缩)，所以速度更快，挂载时间很短，对内存的占用较小。另外，它还是跨平台的文件系统，除了Linux和eCos，还支持WinCE, pSOS和ThreadX等。yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动，并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API，用户可以不使用Linux中的MTD与VFS，直接对文件系统操作。当然，yaffs也可与MTD驱动程序配合使用。yaffs与 yaffs2的主要区别在于，前者仅支持小页(512 Bytes) NAND闪存，后者则可支持大页(2KB) NAND闪存。同时，yaffs2在内存空间占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。移植yaffs2根文件系统其实比较简单，只需获取yaffs2的源代码，编译进内核进OK了。当移植好根文件系统后，就可以启动Linux操作系统了。3.6、boa服务器的搭建 在本课题中用到了WEB服务，因此要在开发板上搭建boa服务器，以实现网络服务。BOA 服务器是一个小巧高效的web服务器，是一个运行于unix或linux下的，支持CGI的、适合于嵌入式系统的单任务的http服务器，源代码开放、性能高。它是一种非常小巧的Web服务器，其可执行代码只有大约60KB左右。作为一种单任务Web服务器，Boa只能依次完成用户的请求，而不会fork出新的进程来处理并发连接请求。但Boa支持CGI，能够为CGI程序fork出一个进程来执行。Boa的设计目标是速度和安全。CGI在物理上是一段程序，运行在服务器上，提供同客户端HTML页面的接口。即客户端与服务器的接口。当移植好boa服务器后就可以在网页上运行boa程序了，从而实现了WEB服务。3.7、应用程序的编写当前面的准备工作都做好后，接下来的是编写应用程序了，以实现视频监控功能。由于在本课题中要用到视频监控功能，就务必要进行视频数据采集，在因此在编写视频数据采集的程序中就务必要用到V4L2框架和SDL协议。V4L2框架的主要功能是使程序有发现设备和操作设备的能力.它主要是用一系列的回调函数来实现这些功能。像设置摄像头的频率、帧频、视频压缩格式和图像参数等等。当然也可以用于其他多媒体的开发，如音频等。此框架只能运行在Linux操作系统上。此框架支持多种设备，有以下几种接口：视频采集接口，视频输出接口，直接传输视频接口，视频间隔消隐信号接口，收音机接口。v4L2是针对uvc免驱usb设备的编程框架2，主要用于采集usb摄像头等。SDL（Simple DirectMedia Layer）是一套开放源代码的跨平台多媒体开发库，使用C语言写成。SDL提供了数种控制图像、声音、输出入的函数，让开发者只要用相同或是相似的代码就可以开发出跨多个平台（Linux、Windows、Mac OS X等）的应用软件。目前SDL多用于开发游戏、模拟器、媒体播放器等多媒体应用领域。当把V4L2框架和SDL协议结合起来就能够完成视频数据的采集，采集完数据后还要编写一个能够显示视频的软件以便在终端的显示屏上看到采集回来的视频数据，在Web服务器上调用javascript插件显示并控制视频。参考文献1 谭浩强.C程序设计.清华大学出版社.2010.2Christopher Hallinan.Embedded Linux PrimerM.Upper Saddle River:Prentice Hall,2008.3Karim Yaghmour.构建嵌入式Linux系统M.北京:中国电力出版社,2004.4 周立功.ARM嵌入式系统基础教程北京航空航天大学出版社2008.5 吕京建, 肖海桥. 面向二十一世纪的嵌入式系统综述. http :PPwww. bol - system. com 6 邹思轶Linux嵌入式设计与应用清华大学出版社.2001. 7 Heam,D计算机图形学电子工业出版社，2003.8 许海燕，付炎嵌入式系统技术与应用机械工业出版社，2003.9Stanley B.Lippman.C+ Primer中文版(第4版)M.北京:人民邮电出版社,2008.10刘刚，赵剑川.Linux系统移植.清华大学出版社.2011.11 Clarke Esler , TASKING Inc. And Christopher S. Sontag , emWareEm2bedded web for 8 - and 16 -bit MPUsComponents in Electronics.April 1999.12（美）史蒂文斯，（美）拉戈 著，尤晋元，张亚英，戚正伟 译. UNIX环境高级编程. 人民邮电出版社.2006.13（美）洛夫. Linux系统编程. 东南大学出版社.2009.14赵炯Linux内核完全注释机械工业山版社2004946-4815马志晶. S3C2440 32位COMS微型控制器用户手册.200-316赵敏.杨恢先.汤安平.基于S3C2440的嵌入式Linux系统移植的研究与实现.电子器件第31卷第6期2008年12月.1984-194917佚名.GPRS的路由原理，网络.1 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一、课题的目的与意义：安防监控系统是一门被人们日益重视的新兴专业，就目前发展看，应用普及越来越广，科技含量越来越高。几乎所有高新科技都可促进其发展，尤其是信息时代的来临，更为该专业发展提供契机。但就监控业界而言，系统组成一直没得到明确的划分，这使工程商和用户之间谈到安防监控系统时沟通很不方便。在现今的居家环境中,存在着这样的问题:一方面,传统的家庭安防的手段多为被动式,当意外发生时,不能及时做出判断或者保留可靠的信息;另一方面,即便小区中安置有安防系统,也不能够及时告知家庭主人个体家中的异常情况。在构建数字家庭的背景下,从家庭的个体安防理念出发,这样的弊端是理应被克服的。此家庭安防系统可以进行方便的扩展，结合用户自身需求进行定制，使得用户通过手机获得家中异常报警，并通过网络对家中情况进行实时监控，通过远程的操作来降低异常带来的损失。在安防系统方面，视频监控是必不可少的一项，嵌入式监控可以直接接入网络，没有传统线缆长度和信号衰减的限制，基于网络更使得监控地点具有随意性。管理员可以通过网页的方式登陆到系统中，随时随地地对监控场所进行监控。本系统实现网络实时监控，管理。在基于ARM体系的嵌入式开发板上，实现驱动移植、视频服务程序、视频控制程序，在网页中实现视频采集。成为一套完整的远程视频监控系统。当今市场上普遍采用基于PC机的视频监控，但这样的系统价格昂贵，操作比较繁琐；而嵌入式系统有操作简单、体积小、成本低、功耗小和实时性高等特点其市场前景相当广阔，是未来市场发展的主流。二、课题发展现状和前景展望：智能家居，英文为 Smart Home，是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。 是利用计算机技术、数字技术、电子技术、网络通信技术和综合布线技术，将与家庭生活密切相关的防盗报警系统、家电控制系统、网络信息服务系统等有机的结合在一起，通过中心管理平台，让家居生活更加安全、舒适和高效。智能家居系统相对于一般应用于安防的监控系统要更加的考虑成本、功耗和稳定性问题，因此智能家居与我们常常所说的安防系统有相似之处，但是又具有自身的特点。 从智能家居概念在我国推广的将近 10 年时间里，虽然有很多公司推出了自己的智能家居系统，但现在智能家居系统仍然没有得到一个很好的普及。 由于一个建筑的生命周期相对较长，所以很难像手机、PC 产品频繁更新换代，因此使用非标的产品企业的经营风险就可能转嫁到用户头上，为以后的维护和升级换代造成一定困扰。 并且智能家居是一个多行业交叉覆盖的系统工程，各设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备，其结果是不同设备之间的连通变得十分困难。 因此，建立共同遵循的标准与协议是发展智能家居必须首先解决的问题。 目前，智能家居领域的国际标准尚未成熟，各大厂商和相关组织机构正在着手建立和制定智能家居系统内部设备之间的网络接口标准和数据传输协议。现今智能家庭网络向三大技术趋势发展：1)网络化发展；2)无线技术；3)基于嵌入式系统的远程控制。 而推进这个发展趋势的正是网络技术、无线通信技术以及嵌入式系统的广泛应用。 网络化的嵌入式无线智能家居控制系统是未来智能家居的展方向，它能够提供标准化接口和无线网络互连功能，而且可以通过嵌入式通信协议使得系统能够脱离传统 PC，从而智能家居行业也将跨入后“PC”时代，这样的智能家居才能有更大发展。未来的智能家居系统必然是将家中的数字设备通过无线技术连接起来，构建独立的家庭局域网，并通过 Internet 或 GPRS 连接到外网，进而实现通过计算机、手机或 PDA 来远程监测和控制家庭中的各种设备，真正实现家庭设备的信息化、网络化和智能化三、课题主要内容和要求：本课题是基于ARM9的智能家居监控模块开发与实现，我们采用ARM9内核的S3C2440处理器为控制芯片，再将Linux系统移植到硬件平台上，然后设计好相应的驱动和应用程序，最后将软件下载到硬件平台来对家电进行本地和远程控制。整个远程家居监控系统如下：1.嵌入式Linux系统的搭建与移植；2.基于ARM9的mini2440视频子系统3.嵌入式Web服务器与终端UI系统在整个系统中Web服务器通过Internet 提供远程访问服务，用户可以简单的通过打开指定IP的浏览器来对家中情况进行实时监控。用户通过浏览器相应页面的按钮对异常进行相应指令操作，整个系统是基于B/S架构的。其中的视频模块基本思路如下所述，在了解USB是屁设备信息传输技术的基本原理，并编写