嵌入式无线安防监控系统设计说明书

1、嵌入式无线安防监控系统设计说明书1 绪论目前，随着网络技术和集成电路技术的高速发展，嵌入式系统已经成为IT的一个焦点，嵌入式视频监控系统大量的应用于自动控制工业生、军事技术和家用消费电子等各个领域。1.1 课题背景现今市场上由两种数字视频监控系统类型，一种是以数字录像设备为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入式视频web服务器为核心的视频监控系统。以嵌入式视频web服务器为核心的视频监控系统，采用嵌入式实时多任务操作系统。摄像头采集到的图片信息经过压缩，通过内部总线送到内置的web服务器，网络上的用户可以直接用浏览器观看web服务器上的由摄像头采集的图像1。由于把图片采集和web功能集中到一个体

2、积很小的设备内，可以直接连入局域网，用户无需安装任何硬件设备，仅用浏览器即可观看。同时还具有以下优点：布控区域广阔，嵌入式视频web服务器监控系统web服务器直接连入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的概念，扩展布控的区域。系统具有几乎无限的无缝扩展能力。所以设备都以IP地址进行标示，增加设备只是意味着IP地址的扩充。性能稳定可靠，无需专人管理。嵌入式web服务器实际上是基于嵌入式微处理器技术，采用嵌入式实时多任务操作系统，对于用户来讲，上网进行登陆，便可对家中情况进行监控。现在监控系统发展到第三代，前端一体化、视频十字化、监控网络化、系统集成化成为视

3、频监控系统公认的发展方向，它以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存放和播放为核心，以智能实用的图像分析为特点，并为报警系统、门禁系统完美的整合到一个使用平台上，引发了视频控制行业的一次技术革命。伴随着数字化和网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落，成为一种势不可挡的历史化大趋势。这一切的最终目的为人们提供一个以人为本的舒适、便捷、高效、安全的生活环境。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今世界的一个热点问题。信息化程度的不断提高，人们对智能家居的功能也提出了更高层次的要求。本课题研究的是基于GPRS的远程视频监控系统。利用市场上比较通用的GPRS模块收发信息，利用lin

4、ux内核中的PPP拨号上网的方式，并在Linux系统中搭建web服务器来实现远程监控的目的。此类远程监控系统对于电子消费各个领域都有着重要的意义。1.2 国内外研究现状综述1.2.1 安防系统的发展智能家居安防监控起源于80年代中期的美国，上世纪末来到中国，带着全新的概念企盼搭上中国经济的高速顺风列车。经过十几年的市场孕育与发展，特别是伴随住宅产业的进步，智能家居安防监控在中国已经显露出春笋出露的局面。智能家居安防监控在国内已经历了多年的概念推广及发展，现已被人们认识并接受。应该说，自1998年，国内开始提出“智能家居安防监控”这个概念，同时通过社会的热炒，人们已对智能安防监控有了一定的认识，

5、但由于没有真正适合市场的产品，所以真正的应用并没有太大的突破，倒是智能安防监控里最重要的组成部分家居安防及小区安防得到了迅猛的发展，而且技术上明显表现为以智能防范小区嵌套智能防范家居的特点，这种技术特点目前已广泛地被市场接受，同时亦显现出其无比的竞争优越性。随着近年网络技术的日趋成熟和发展，更高层次的基于TCP/IP协议的数字社区及所捆绑的智能家居安防监控结构特点的应用，正浮出水面，并迅速被市场所接受，可以说，真正意义的智能家居，正迎来市场的大发展阶段3。1.2.2 国内安防系统的发展现状经过二十多年的发展,中国安防行业已经形成集研发、生产、销售、工程与系统集成、报警运营与中介服务等为一体的朝

6、阳产业,全国现有安防产品生产、工程系统集成、产品经销和安防报警服务企业1.5 万余家,涉及保安报警服务、CCTV监控、防盗报警、楼宇对讲、智能家居、生物识别、智能交通等诸多领域。据资料统计,世界上有一半的安防产品是由中国企业制造的,而中国安防市场以每年增长20% 30% 的速度发展,预计今年全国安防行业产值可以达到1200 亿元人民币,其中,安防产品制造产值约700 亿元,安防工程产值420 亿元,安防报警服务80 亿元。随着国家经济持续发展,人们生活水平不断提高, 安防市场会不断扩大,需求将更加迫切,可以预计“, 十一五”后期至“十二五”期间,将成为中国安防行业发展的黄金时期。 从整体上看,

7、中国安防产业在历经了20 世纪90 年代中后期的快速发展,2002 年进入技术升级结构调整时期后,2006 年,因为平安城市建设,安防市场步入发展快车道。从市场地域分布来看,安防产品市场比较活跃的地区以华南华东、华北为主。华南市场的珠江三角洲八个城市(广州、深圳、珠海、中山、佛山、惠州、江门、东莞) 安装100 万个摄像机加强城市治安防控,引发了华南安防市场火爆性增长;华东市场由于江苏、浙江、上海三省市近年来全面推进科技强警示范城市建设以及2010 年上海世博会,安防产品在各地一、二、三级市场遍地开花;华北市场因为2008 年北京奥运会安全防范的需要,带来了各种安防产品的几何增长。 伴随我国安

8、防产业规模的扩大,珠江三角洲、长江三角洲、环渤海地区等安防制造基地已经形成。这些地区的共同优势是,安防制造企业集中,产业链比较完整,具有很强生产和配套能力。其中,以深圳为中心的珠江三角洲已成为我国规模最大、发展速度最快、品种最全、产品出口所占比重最高的安防产品加工密集地区;以杭州为中心的长三角,也成为国内最重要的DVR制造、安防监控软件基地;以天津为中心的环渤海地区则逐步形成了摄像机产业集群。 但在我国安防制造业中,外商和港澳台投资企业生产的安防产品仍然占据半壁江山。2006 年,外商和港澳台企业更是加紧了对中国安防市场的凌厉攻势,收购、兼并、合作、加大在国内投资,他们凭借其技术优势和成熟的运

9、作模式,在国内市场占有相当的优势条件。一些企业不断扩大自身优势,对销售模式进行了调整,取消了原来的多级代理,实行区域代理+ 直销的销售模式,强化渠道控制力。除在省会城市布下营销团队外,还加速了在地、市甚至是县级市场的营销,同时二、三、四级市场的竞争正在逐步升温,是近年国内安防市场渠道营销的一个最为明显变化。 我国安防产业经过多年的发展已经初具规模，并且发展迅速。 “十五”期间，我国安防产业年均增长速度超过了国民经济发展的1倍以上，以年均25增长速度快速发展。安防行业正由启动期走向发展期，根据统计数据显示: 2005 年安防企业已达1.5 万家，从业人员近100 万人，实现增加值300 多亿元，

10、其中出口创汇产品约占10左右。但据统计，目前国内安防企业销售额在100 万元以下的企业占23%，100-500万元的占37%，而年销售额在500 万元以上的企业只有不到40%的份额，1000 万元以上的企业数量更少。虽然，国内的安防企业以小型的私营企业和股份制企业为主，但这两年安防行业发展非常快，尤其在闭路监控、防盗报警两项业务作为行业市场启动的龙头业务，现处于高速发展期，并将逐渐向成熟期迈进。在国外，发达国家在发展之初就确定了智能家居安防监控相关标准及组织，明确了智能家居安防监控概念等问题。比如以微软、INTEL 等公司为主要成员UPnP（通用即插即用）组织、欧洲KNX协议等。智能家居从概念

11、引进到现在发展已有10个年头，国内一直未能有一个统一的行业标准及规范来约束和引导智能家居行业的健康快速发展，各设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备，其结果导致不同设备之间的互连、互通变得非常困难。因此，中国智能家居企业向国外学习，首先应当建立共同遵循的标准与协议，这是发展智能家居安防监控必须首先解决的问题。1.2.3 国外安防系统的发展现状自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。 1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会

12、”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。 这种“未来之家”家庭智能化系统，市场真正启动尚需时日。目前在新加坡也有近30个社区(住宅小区)近5000户的家庭采用了“家庭智能化系统”，美国已有近四万户家庭安装了这一类的“家庭智能化系统”，相信到了21世纪将会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品。目前美国有一种占据市场主流的产品X-10，销售已超过1亿个，设计户型为单体别墅，应用多为

13、旧房改造，仅在美国便有超过400万个家庭在使用。但这些产品技术限制较多，并不适合在我国原样照搬使用应用。三星从今年春节后，开始在中、韩两国同时推出其智能家居系统，通过机顶盒和网络，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。 根据美国该行业之专业顾问公司PARKS的统计资料显示：1995年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000至9000美元之间。 1995年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为0.33，看来市场真正启动尚需时日。预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为8。 PARKS公司的资料亦显示：到20

14、04年，家庭网络市场总额可达57亿美元。据国际专家预测，到2010年底国际智能家居的产品销售额可达500亿美元。 2020年可达1000亿美元。 由于智能家居的诱人前景和巨大市场，尽管国外市场真正启动也尚需时日，但并未能阻止企业去争食智能家居市场。虽然每家公司的策略各不相同，但它们都坚持同样的信念：山那边遍地是金。IBM公司的迈克尔。凯罗斯克说：“这是个不容IBM公司忽视的市场机会。”2 嵌入式系统开发环境相关概念综述2.1 嵌入式系统开发环境简介2.1.1 什么是嵌入式系统嵌入式系统一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不能称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用

15、系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于 PC 中 BIOS 的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上 PDA 、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。嵌入式系统的

16、硬件部分，包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和 I/O端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM 或闪存(Flash Memory)作为存储介质。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。其的核心是嵌入式微处理器4。2.1.2 嵌入式微处理器嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式处理器一般就具备以下4 个特点：(1) 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实

17、时操作系统的执行时间减少到最低限度。(2) 具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。(3) 可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。(4) 嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW 甚至W 级。2.1.3 ARM微处理器简介ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种

18、技术的名字。1991 年ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM 技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM 微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位RISC 微处理器75以上的市场份额，ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM 公司购买其设计的ARM 微处理器核，根据各自不同的

19、应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM 微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM 公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。2.1.4 ARM 微处理器的应用领域到目前为止，ARM 微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域：(1)工业控制领域：作为32 的RISC 架构，基于ARM 核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM 微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8 位/16 位微控制器提出了

20、挑战。(2)无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM 技术， ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。(3)网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM 技术的ADSL 芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM 在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。(4)消费类电子产品：ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。(5)成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM 技术。手机中的32 位SIM 智能卡也采用了ARM 技术。除此以外，ARM 微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取

21、得更加广泛的应用。2.1.5 ARM 微处理器的特点采用RISC 架构的ARM 微处理器一般具有如下特点：(1) 体积小、低功耗、低成本、高性能；(2) 支持Thumb（16 位）/ARM（32 位）双指令集，能很好的兼容8 位/16 位器件；(3) 大量使用寄存器，指令执行速度更快；(4) 大多数数据操作都在寄存器中完成；(5) 寻址方式灵活简单，执行效率高；(6) 指令长度固定2.1.6 ARM 微处理器的系列ARM 微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于ARM 体系结构的处理器，除了具有ARM 体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM 微处理器都有各自的特点和应用领域。(1)

22、ARM7 系列(2) ARM9 系列(3) ARM9E 系列(4) ARM10E 系列(5) SecurCore 系列(6) Inter 的Xscal(7) Inter 的StrongARM其中，ARM7、ARM9、ARM9E 和ARM10 为4 个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore 系列专门为安全要求较高的应用而设计。2.1.7 Linux 操作系统简介Linux操作系统是可以运行在许多不同类型的计算机上的一种操作系统的“内核”。在所有操作系统中，Linux是发展最快、应用最广泛的。它是提供命令行或者程序与计算机硬件之间接口的软件的核

23、心部分。Linux操作系统内核管理以下事情：比如内存采用什么方法以及在什么时候打开或者关闭文件、哪一个进程或者程序可以获得计算机的中央处理单元（CPU）等等。虽然大多数 Linux 系统运行在 PC 平台上，但 Linux 也可以作为嵌入式系统的可靠主力。Linux 流行的“back-to-basics”方法使得它的安装和管理比UNIX 更加简单灵活，这对于那些 UNIX 专家们来说又是一个优点，他们已经因为 Linux 中有许多命令和编程接口同传统的 UNIX 一样而赏识它了。典型的压缩包装 Linux 系统经过打包，在拥有硬盘和大容量内存的 PC 机上运行，嵌入式系统可不要这么高的配置。一

24、个功能完备的 Linux 内核要求大约 1 MB 内存。而 Linux 微内核只占用其中很小一部分内存，包括虚拟内存和所有核心的操作系统功能在内，只需占用 Pentium CPU 系统的 100 K 内存。只要有 500 K 的内存，一个有网络栈和基本实用程序的完全的 Linux 系统就可以在一台 8 位总线（SX）的 Intel 386 微处理器上运行的很好了。由于内存要求常常是需要的应用所决定的，比如 Web 服务器或者 SNMP 代理，Linux 系统甚至可以仅使用 256 KB ROM 和 512 KB RAM 进行工作。因此它是一个瞄准嵌入式市场的轻量级操作系统。与传统的实时操作系统

25、相比（RTOS），采用象嵌入式 Linux 这样的开放源码的操作系统的另外一个好处是 Linux 开发团体看来会比 RTOS 的供应商更快地支持新的 IP 协议和其它协议。例如，用于Linux 的设备驱动程序要比用于商业操作系统的设备驱动程序多，如网络接口卡（NIC）驱动程序以及并口和串口驱动程序。核心 Linux 操作系统本身的微内核体系结构相当简单。网络和文件系统以模块形式置于微内核的上层。驱动程序和其它部件可在运行时作为可加载模块编译到或者是添加到内核。这为构造定制的可嵌入系统提供了高度模块化的构件方法。而在典型情况下该系统需结合定制的驱动程序和应用程序以提供附加功能。嵌入式系统也常常要

26、求通用的功能，为了避免重复劳动，这些功能的实现运用了许多现成的程序和驱动程序，它们可以用于公共外设和应用。Linux 可以在外设范围广泛的多数微处理器上运行，并早已经有了现成的应用库。Linux 正在嵌入式开发领域稳步发展。因为Linux 使用GPL，所以任何对将Linux 定制于PDA、掌上机或者可佩带设备感兴趣的人都可以从因特网免费下载其内核和应用程序，并开始移植或开发。许多Linux 改良品种迎合了嵌入式实时市场。它们包括RTLinux（实时Linux）、 uclinux（用于非MMU 设备的Linux）、Montavista Linux（用于ARM、MIPS、PPC 的Linux 分发

27、版）、ARM-Linux（ARM 上的Linux）和其它Linux 系统。2.1.8 GPRS 无线通讯简介GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称，采用的是基于GSM 系统的无线高速数据分组传输技术，目前理论传输速率为115kbps。GPRS 业务于2002 年7 月开始在国内移动通信业推出，第一期工程在全国东部16 个省的25 个城市开通并进入试商用。试商用的GPRS 系统能够提供传输速率为3050 kbps 的分组业务。GPRS 的出现，很大程度是为多媒体、互联网通信服务，将从根本上改变原有的GSM 的基于话音服务。GPRS 基本原理是

28、，当用户上传或下载互联网数据时，系统不是利用当时承载服务所采用的电路连接，而是利用分组将数据在网络中传送，达到多用户间对网络资源的共享，同时网络运营机构还可以最大限度地使用现有GSM 设备，避免了GSM 设备投资的浪费。另外，数据传送使用GPRS，而语音传送使用GSM，使下载资料和通话可以同时进行。为此，它不但可以为GPRS 用户提供GSM 移动电话通信的所有功能，更为突出的是为GPRS 用户提供了一种更快捷，更方便，更便宜，更持久的移动上网方式。GPRS 目前被认为是移动通信从第二代向第三代过渡的重要一环。GPRS 基本原理是，当用户上传或下载互联网数据时，系统不是利用当时承载服务所采用的电

29、路连接，而是利用分组将数据在网络中传送，达到多用户间对网络资源的共享，同时网络运营机构还可以最大限度地使用现有GSM 设备，避免了GSM 设备投资的浪费。另外，数据传送使用GPRS，而语音传送使用GSM，使下载资料和通话可以同时进行。为此，它不但可以为GPRS 用户提供GSM 移动电话通信的所有功能，更为突出的是为GPRS 用户提供了一种更快捷，更方便，更便宜，更持久的移动上网方式。GPRS 目前被认为是移动通信从第二代向第三代过渡的重要一环5。2.2 嵌入式开发平台搭建2.2.1 ARM 处理器选型如前文所述ARM 微处理器目前包括下面ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10E,Secur

30、Core, Xscale, StrongARM 等几个系列. 鉴于当前电子市场上的情况,在此我主要讨论一下ARM7 与ARM9 这两种主流处理器的特点及应用领域。ARM7 微处理器系列:ARM7 系列微处理器为低功耗的32 位RISC 处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7 微处理器系列具有如下特点：(1) 具有嵌入式ICERT 逻辑，调试开发方便。(2) 极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。(3) 能够提供0.9MIPS/MHz 的三级流水线结构。(4) 代码密度高并兼容16 位的Thumb 指令集。(5) 对操作系统的支持广泛，包括Windows CE

31、、Linux、Palm OS 等。(6) 指令系统与ARM9 系列、ARM9E 系列和ARM10E 系列兼容，便于用户的产品升级换代。(7) 主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。ARM7 系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet 设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。ARM7 系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI 是目前使用最广泛的32 位嵌入式RISC 处理器，属低端ARM 处理器核。ARM9 微处理器系列:ARM9 系列微处理

32、器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点：(1) 5 级整数流水线，指令执行效率更高。(2) 提供1.1MIPS/MHz 的哈佛结构。(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 总线接口。(5) 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS 等多种主流嵌入式操作系统。(6) MPU 支持实时操作系统。(7) 支持数据Cache 和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。ARM9 系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。ARM9 系列微处理

33、器包含ARM920T、ARM922T 和ARM940T 三种类型.由此可见, ARM9 对于Linux 操作系统的支持性明显强于ARM7。 因此, 本系统采用的核心微处理器是SAMSUNG S3C2410 (以ARM920T 为内核)6。2.2.2 GSM/GPRS通讯模块选型目前市面上出现的主流GPRS/GSM 模块主要有以下几种:(1) BenQ 公司的M20/M22(A)/M32(A) 模块；(2) SIEMENS 公司的TC35i/MC35 模块；(3) Sony Ericsson 公司的GR47/GR48 模块；考虑到市场的普及度与可靠性的要求, 我们选择SIEMENS 公司的通讯M

34、C35模块。下面详细的介绍一下SIEMENS 公司 MS35模块。MS35 是SIEMENS 公司生产的GPRS 调制解调器，它提供RS232 数据口，用AT 指令进行控制。MS35 的主要特征如下：(1) 支持语音、数据传输、短消息、传真业务；(2) 三种语音编码方式(FR/EFR/HR)；(3) 四种数据传输模式CS-1、CS-2、CS-3、CS-4 下行速率最大为85.6Kbit/s，上传速率最大为21.4Kbit/s；(5) 提供RS232 全双工数据口； (6) 使用AT指令进行控制鉴于设计成本与功能上的要求，本系统采用SIEMENS M35 无线模块。2.3主要仪器设备详细设计概述

35、（1）SAMSUNG fs2410 ARM9开发板（2）SIEMENS M35 GPRS模块（3）SIM卡（4）PC机一台（4）中星微摄像头一个2.3.1 fs2410开发板简介中央处理器CPU:三星S3C2410，主频203MHz；外部存储器(1)内存：64M 字节；(2) NOR Flash：2M 字节（SST39VF160或SST39VF1601）；(3) NAND Flash：64M 字节（K9F1208，用户可自己更换为16M、32M 或128M NandFlash）串口(4)两个五线异步串行口，波特率高达115200bps；网络接口(5)一个10M 网口，采用CS8900Q3，带联

36、接和传输指示灯；USB接口(1)二个USB1.1 HOST接口；(2)一个USB1.1 Device接口；红外通讯口一个IRDA红外线数据通讯口；音频接口(1)采用IIS接口芯片UDA1341，一路立体声音频输出接口可接耳机或音箱；(2)支持录音，板子自带驻机体话筒可直接录音，另有一路话筒输入接口接麦克风；存储接口一个SD卡接口，可接256M SD卡；LCD和触摸屏接口(1)板上集成了4线电阻式触摸屏接口的相关电路；(2)一个50芯LCD接口引出了LCD控制器的全部信号，并且这些信号引脚都加了74LVTH162245驱动，所以LCD输出更加稳定可靠；(3)支持黑白、4级灰度、16级灰度、256

37、色、4096色STN液晶屏，尺寸从3.5寸 到12.1寸，屏幕分辨率可达到1024×768象素；(4)支持黑白、4级灰度、16级灰度、256色、64K色、真彩色TFT液晶屏，尺寸 从3.5 寸到12.1寸，屏幕分辨率可达到1024×768象素；(5)标准配置为三星256K色240x320/3.5英寸TFT液晶屏，带触摸屏；(6)板上引出一个12V电源输出接口，可为大尺寸TFT液晶屏的5V CCFL背光模块 供电；时钟源内部实时时钟（带有后备锂电池）；复位电路一个复位按键，并采用专用复位芯片进行复位，稳定可靠；调试及下载接口一个20芯MultiICE标准JTAG接口，支持SD

38、T2.51,ADS1.2等调试 ；电源接口12V电源供电，带电源开关和指示灯；其他(1)十六个小按键，四个高亮LED；(2)一个蜂鸣器（带使能控制的短路块）；(3)一个可调电阻接到ADC引脚上用来验证模数转换；(4)一个50芯2毫米间距双排标准连接器用作扩展口，引出了地址线、数据线、读 写、片选、中断、IO口、ADC、5V和3.3V电源、等用户扩展可能用到信号；操作系统支持linux和WINCE5.0.NET。FS2410开发板实物图如图2.1所示：图2.1 FS2410实物图 2.3.2 SAMSUNG S3C2410详细概述SAMSUNG公司推出的16/32位RISC处理器S

39、3C2410A,为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微处理器的解决方案。为了降低整个系统的成本，S3C2410A提供了一下丰富的内部设备：分开的16KB的指令Cache和16KB数据Cache, MMU虚拟存储器管理, LCD控制器，支持NAND Flash系统引导， 系统管理（片选逻辑和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4通道PWM定时器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC和触摸屏接口，IIC-BUS接口，USB主机，USB设备，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及内部PLL时钟倍频器。S3C2410的内部结构图如图2.2所示：图2.2 S3C2

40、410内部结构SAMSUNG公司推出的16/32位RISC处理器S3C2410A,为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微处理器的解决方案。为了降低整个系统的成本， S3C2410A提供了一下丰富的内部设备：分开的16KB的指令Cache和16KB数据Cache, MMU虚拟存储器管理, LCD控制器，支持NAND Flash系统引导， 系统管理（片选逻辑和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4通道PWM定时器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC和触摸屏接口，IIC-BUS接口，USB主机，USB设备，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及内部PLL时钟

41、倍频器。S3C2410A采用了ARM920T内核， 0.18um工艺的CMOS标准宏单元和存储单元。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。同样它还采用了一种叫做Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)新型总线结构。S3C2410的显著特性是它的CPU核心， 是一个由Advanced RISC Machines(ARM)有限公司设计的16/32位ARM920T RISC处理器。ARM920T核由ARM9TDMI、存储管理单元（MMU）和高速缓存三部分组成。其中，MMU可以管理虚拟内存。ARM920T实现了MMU，

42、AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，每个都是由8字长的行构成。ARM920T有两个内部协处理器：CP14和CP15。CP14用于调试控制，CP15用于存储系统控制以及测试控制。在时钟方面S3C2410也有突出的特点，该芯片集成了一个具有日历功能的RTC和具有PLL(MPLL和UPLL)的芯片时钟发生器。MPLL产生主时钟，能够使处理器工作频率高达203MHz。这个频率能够使处理器轻松运行于Windows CE、Linux等操作系统以及进行较为复杂的处理信息。UPLL产生实现主从USB功能时钟。S3C2410对于片内

43、的各个部件采用了独立的电源供给方式：(1)内核采用1.8V供电；(2)存储单元采用3.3V独立供电；(3) I/O采用独立3.3V供电2.3.3 FS2410硬件资源分配S3C2410将系统的存储空间分8组（Bank），每组的大小是128MB，共1GB。Bank0到Bank5的开始地址是固定的，用于ROM或SRAM。Bank6和Bank7用于ROM、SRAM或SDRAM，这两个组可编程且大小相同。Bank7的开始地址是Bank6的结束地址，灵活可变。所有内存块的访问周期都是可编程的。S3C2410采用nGCS7:08个通用片选信号选择这些组。因此，S3C2410支持两种启动模式:(1)从NAN

44、D FLASH启动(2)从外部nGCS0片选的 NOR FLASH启动。所以在这两种启动模式下,各片选的存储空间分配是不同的,a)图是nGCS0片选的Nor Flash启动模式下的存储分配图；b)图是NAND FLASH启动模式下的存储分配图；说明：SFR Area为特殊寄存器地在NAND FLASH启动模式下，内部的4K Bytes BootSRAM被映射到nGCS0片选的空间。在Nor Flash启动模式（非NAND FLASH启动模式）下，与nGCS0相连的外部存储器Nor Flash就被映射到nGCS0片选的空间。这两种启动模式的存储分配如图2.3所示:图2.3 S3C2410启动模式

45、存储分布图2.4 系统设计方案总体框架系统以ARM9 处理器S3C2410 为MCU，作为控制器，负责和GPRS 通信模块、安防模块进行通讯以及控制系统的数据采集和处理。GPRS 模块采用工业级的SIEMENS MC35i，实现短消息（SMS）收发，兼容AT 指令。燃气警报模块实现对家居可燃气体的监测报警以及自动处理，由气敏半导体传感器、电源电路、传感器电路、压控振荡器电路及报警电路等组成。入侵警报模块实现监测家居是否有人入侵和对家居信息进行图像采集，由USB 摄像头、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成。本系统的总体设计框架如图2.4所示：图2.4 总体设计框架图

46、2.5 本章小结本章就嵌入式开发环境，相关硬件设备选型及细节进行了概述，并对系统总体设计方案作了介绍。使读者了解本课题的详细思路。3 需求分析3.1 功能需求分析3.1.1 功能服务全局分析系统中主要的进程，包括两个线程等待控制命令，在代码中采用轮询的形式来对线程状况进行检测，发生问题的时候进行相应得处理，用户可通过网络访问本系统并远程进行控制操作。调用了两个进程分别操作thief进程和fire进程。thief进程和fire进程分别调用GPRS模块和摄像头模块进行短消息的发送和图像的采集并保存图片。而且调用FS2410开发板自带的，蜂鸣器模块和LED模块实现报警和模拟灭火的操作3.1.2 功能

47、模块需求分析本节将从客户功能需求分析方面阐述在需求分析阶段所预期的系统功能模块。并对名个功能模块的实现作概要分析。本项目主要是为了实现利用现有的GPRS网络实现远程监控的目的，并在有人入侵或火灾火生时能发及时发送短消息给用户，预警有人入侵或火灾发生，用户接到短消息预警后，通过现在网络通过远程登陆web服务器查看家中情况并作出相应处理，比如采集现场照片，及时报警，关闭蜂鸣器报警，关闭远程监控等等。基于GPRS的嵌入式无线安防监控系统 从功能上分析，主要分为：入侵报警功能模块，火灾报警功能模块，GPRS远程接发消息模块，摄像头监控模块，WEB服务器模块。各功能模块如表3.1所示：系统模块模块功能入

48、侵报警功能模块入侵警报火灾报警功能模块火灾警报GPRS远程接发消息模块接发短信息摄像头监控模块远程监控WEB服务器模块为监控提供web页面表3.1 系统功能模块列表3.2 硬件平台功能需求分析为了实现上述系统功能，相应的本节将对硬件平台功能需求作概要分析对应于嵌入式无线安防监控系统 从功能上的需求，相应的硬件需求主要有：红外探测，温度传感器，GPRS远程接发消息模块，摄像头模块，WEB服务器模块。各功能模块所需硬件如表3.2所示：系统模块模块功能硬件需求入侵报警功能模块入侵警报红外探测火灾报警功能模块火灾警报温度传感器GPRS远程接发消息模块接发短信息GPRS模块摄像头监控模块远程监控摄像头模

49、块WEB服务器模块为监控提供web页面Web服务器表3.2 硬件功能需求列表3.3 本章小结本章主要对各个功能模块需求分析进行了阐述，根据不同的功能需求，设计不同的功能模块，并选取相应的硬件模块。4 详细设计与实现4.1 摄像头驱动模块的详细设计与实现4.1.1 摄像头驱动移植1. 从http:/mxhaard.free.fr/下驱动补丁包。2. 把驱动补丁放置再linux-内核driver/usb/目录下面。3. 进入driver/usb/目录，解压驱动补丁包。4. tar zxvf usb-LE06.patch.tar。5. 打补丁 patch p1 <u

50、sb-LE06.patch。6. 进入drver/usb/media,此时得到了一个spca5xx的目录，里面存放的就是USB摄像头的驱动。7. 配置内核，以模块的方式编译驱动模块。8. make menuconfig。9. 编译内核，把驱动模块放在文件系统里。10. 启动开发板，把模块插入内核。11. insmod spca5xx.ko。12. 接上USB摄像头7。4.1.2 摄像头采集图片具体实现当摄像头满足采集图像条件时，即有人入侵，或发生火灾时，thief进程，和fire进程会调用相应的函数进行图片的采集功能，这里调用的是capt_m.capt_func()函数进行图片的

51、采集，首先判断摄像头设备是否打开，如果打开则初始化各设备，接着设置将要采集的图片的属性，然后开始采集图片，并将采集到的图片保存到外部存储器，如SD卡或其他可用的设备8。实现代码如下: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");

52、switch (x)case 1:system ("cp /var/www/images/1.jpg /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;

53、case 5:system ("cp /var/www/images/1.jpg /tmp/thief5.jpg");break;default:break;4.1.3 摄像头采集图片流程图4.1 采集图片流程图4.2 GPRS通讯模块的详细设计与实现4.2.1 GPRS 模块说明本系统采用SIEMENS MC35模块，通过串口与FS2410 开发平台的串口2 相连接。驱动使用串口驱动程序，主要工作就是编写串口的应用程序，来进行短信息的接受和发送并存储短信息的功能。4.2.2 GPRS 发送短信息程序说明:系统运行后，相应模块开始运行，当thief进程或fire进程开始运行

54、后，GPRS模块开始运行，并向原设定好的手机号码发送消息，实现报警功能。首先程序会先打开GPRS的串口设备，并调用int sendmessage(int len)函数发送短消息，第一次发送消息会先设定发送消息的格式及要发送方的号码。发送完后，关闭相应设备。发送消息模块结束。程序执行下一步操作。GPRS 发送短信息程序流程图如图4.2所示：图4.2 发送短信流程图4.2.3 GPRS 接收短信息程序说明:接收消息流程:开始，打开串口，设置串口属性，接收短消息，发送相应指令操作短信息，关闭设备，操作结束。接收短消息流程如图4.3所示：图4.3 接收短信流程图4.3 GPRS模块短消息相关的 AT

55、指令 4.3.1 与短信相关的 AT 指令AT+CMGC Send an SMS command（发出一条短消息命令） AT+CMGD Delete SMS message（删除 SIM 卡内存的短消息） AT+CMGF Select SMS message formate （选择短消息信息收发格式： 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（读短消息） AT+CMGS Send SMS message（发送短消息） AT+CNMI New SM

56、S message indications（显示新收到的短消息） AT+CSCA SMS service center address（短消息中心地址） AT+CSCB Select cell broadcast messages（选择蜂窝广播消息） AT+CSMP Set SMS text mode parameters（设置短消息文本模式参数）发送短消息有两种方式：PDU和TEXT 模式4.3.2 PDU 模式下发送短消息AT+CMGF=0 将短信息格式设为PDU 模式AT+CSCS=“UCS2” 设置字符格式为UCS2 模式AT+CSCA=”+86138XXXXXXXX”，145& amp; nbsp; 设置短消息服务中心地址4.3.3 TEXT 模式发送短消息TEXT模式只支持传送英文及数字信息，但它的编码要比PDU模式简单很多，所以建议采用TXET模式发送和接受短消息。AT+CMGF=1 将短信息格式设为 TEXT 模式AT+CSCS=“UCS2” 设置字符格式为UCS2 模式：AT+CSCA=”+86138XXXXXXXX”，145 设置短消息服务中心地址4.3.4 中文短信的支持linux 上的标准的方法是用iconv () 函数。不仅可以转换GB2312 到Unicode,还可以在任意的两种编码之间转换（