基于ARM和MMS的无线远程图像采集系统

1、基于ARM和MMS的无线远程图像采集系统张 舰 刘建新(西华大学机械工程与自动化学院摘 要:本文结合无线网络技术及多媒体信息业务的特点,介绍了一种以ARM9为控制单元,采用USB摄像头进行图片采集,使用GPRS模块传输MMS的无线远程图片采集系统。并且完成了系统整体结构搭建,实现了图片采集单元、通信控制单元及软件系统开发。关键词:ARM;多媒体信息业务;通用无线分组业务模块A Wireless Image Acquisition System Based on ARM and MMSZhang Jian Liu Jianxin(School of Mechanical Engineering

2、and Automation, Xihua UniversityAbstract: This paper combines the features of wireless networking and the multimedia message service, to introduce a wireless long-distance image acquisition system, which takes ARM9 as the control unit, uses USB camera to gather images, and uses GPRS module to transm

3、it the MMS. And the paper completes the set up of the system structure, realizes the picture gathering unit, and conducts the development of communication control unit and software system.Key word: ARM; MMS; GPRS module0 引言传统的监控系统都是以计算机为核心,通过有线宽带接入技术,对工作人员的要求比较高,多是运用于现代工业生产中的仪器设备监控1。而在实际使用中,受到人力物力成本

4、过高等局限。根据嵌入式Linux系统的优点以及基于GPRS系统的多媒体信息业务(MMS的特点2,本课题基于ARM微处理器硬件平台与LTG101B GPRS通信模块,使用ARM Linux操作系统为软件平台,探讨一种基于MMS业务并结合嵌入式控制系统的智能安防系统。该系统可以实现远程监控并在发生意外状况时发送多媒体短消息,让监控者直观了解现场状况,并可以通过短信向处理器发送指令控制启动报警设备或通知保安人员。1 总体方案设计本系统以ARM为核心处理器,主要分为图像采集和数据传输两部分。图像采集部分采用市面上通用的使用中星微控制芯片的USB摄像头。数据传输部分采用基于MTK平台的GPRS模块,模块

5、通过串口与MCU完成通信。用户使用移动PDA发送SMS给GPRS模块,通过GPRS模块发送指令给MCU,控制USB摄像头采集图像,并将采集到的图像进行压缩编码,以JPEG格式保存,然后通过GPRS模块将图片以MMS方式发送到PDA终端上,实现无线远程图像传输。系统如图1所示。图1 系统总体设计框图 2 硬件系统的搭建2.1 ARM系统本系统中的MCU采用Samsung公司的S3C2440芯片作为系统主控制器,S3C2440是基于ARM920T内核体系结构的32位高速RISC微处理器,1.2V内核供电电压,3.3V输入输出供电电压,功耗较低,资源丰富,带独立16kB指令Cache和16kB数据C

6、ache、4路PWM、具有3路URAT、2路USB控制器等,典型主频400MHz、最高可达533MHz。另外配置了64MB的NAND Flash存储器和64MB的SDRAM。引出一个USB主口用于接USB摄像头,通过USB摄像头采集到的图像数据输出到缓冲区中保存,并通过GPRS模块传输到PDA终端。2.2 图像采集图像采集的核心采用中星微的ZC0301摄像头微处理器芯片,ZC0301利用USB端口来与ARM进行沟通,同时芯片内建的图像处理功能包括图像信号处理(ISP、图像数据压缩及数据传输、JPEG译码功能等。ZC0302支持最高30帧/秒的图像拍摄速度,支持来源于CMOS图像传感器的8-比特

7、RGB拜尔原始图象数据。2.3 GPRS模块本系统数据的无线远程传输采用LTG101B模块, LTG101B模块是MTK平台的一款GPRS无线工业模块,为单模块方案,在模块内集成了无线电话的所有功能,可外挂MCU而使用户的开发具有延续性,可同时支持GSM900/1800MHz(GSM850/1900MHz四种频率,能够提供语音传输、短消息和资料业务无线界面。此外,模块还内嵌了TCP/IP协议和MMS协议。GPRS模块通过串口与MCU相连,MCU通过向串口发送AT指令实现对模块的控制。3 软件设计根据硬件资源配置及需要,本系统采用嵌入式Linux 操作系统,并建立起相应的交叉编译环境,裁剪好内核

8、。3.1 图像采集部分摄像头属于视频类设备。在目前的Linux核心中,视2021图2 程序流程图频部分的标准是Video for Linux (V 4L 。这个标准定义了一套接口,内核、驱动、应用程序以这个接口为标准进行交流。USB 摄像头就属于它支持的范畴。在Linux 中,视频设备是设备文件,可以像访问普通文件一样对其进行读写3。V 4L 在include/linux/videodev.h 文件中定义了一些重要的数据结构,应用程序可以通过更改这些数据结构来设置图像采集相应参数。具体操作如下:a .打开视频设备;b .读取设备信息;c .设备参数设置;d .视频采集;e .对采集的视频进行处

9、理;f .关闭视频设备。ZC 0301支持JPEG 格式图像采集,只需先声明类型为struct video_picture 的结构变量vp ,将结构变量vp 中成员palettle 赋值为21,再通过I/O 控制命令将更改保存到内核中。struct video_picture vp;vp.palettle=21 ;ioctl(fd,VIDIOCSPICT,&vp;为得到较清晰图像可根据相同方法调整图像采集其他参数,如采集图片大小、对比度、颜色、亮度等。图像采集有两种方法,一是内存映射,另一种是直接读取设备。本设计采用调用read 函数直接读取设备文件来获取一帧数据,先在内存中开辟相应大

10、小缓冲区,通过调用read 函数将数据保存到缓冲区,再将数据转换成完整的JPEG 文件。buf=malloc(vw.height * vw.width * 2 ;read(fd,buf,bufsize;fp=fopen("/home/test.jpg","w" ;jpegsize=get_jpegsize(buf,bufsize ;fwrite(buf,jpegsize,1,fp ;3.2 无线传输本系统通过LTG 101B GSM 模块将采集的JPEG 图像以MMS 方式传送到终端的PDA 上。MMS 采用WAP 技术作为承载,由于WAP 业务可以运行

11、于GPRS 、EDGE 、WCDMA 等网络之上,从而MMS 可以基于2G 和3G 系统提供业务运用。MMS 用户代理与WAP 网关采用WAP 协议通信,WAP 网关进行协议转换后通过IP 协议与MMS 代理进行连接,并通过MMS 代理进行到MMS 服务器的数据和内容交换,从而完成MMS 信息的应用。在通讯过程中,MCU 通过UART 2向GPRS 模块发送AT 指令并接受GPRS 模块的反馈信息,从而完成对GPRS 模块的设置和图像发送。模块内嵌了TCP/IP 协议、MMS协议,极大地缩减了程序设计周期。配置模块彩信服务主要步骤及AT 命令有:(1GPRS 模块初始化。为了使模块正常工作并正

12、确反馈及应答,需设置串口通信参数,关闭回显,关闭睡眠模式。(2配彩信服务参数。执行如下A T 命令配置彩信服务:ATMMSSERVER=cmwap,wap,80,10.0.0.172其中cmwap 为中国移动wap 服务的APN ,也可以选择中国移动internet 服务cmnet 。80为代理服务器端口号。10.0.0.172是移动代理服务器IP 。如果配置成功则返回OK 。(3启动彩信服务。模块上电一段时间后就可以启动彩信服务。执行ATMMSSERVICE =1启动服务,成功返回OK ,无法启动服务会返回NOT READY 。(4创建一个新彩信。执行ATMMSNEW=134XXXXXXXX

13、 创建新短信。134X 为收信人号码。成功返回OK后即可配置彩信内容。ATMMSSUBJECT=subject /*设置彩信主题*/ATMMSCONTENT=content /*设置彩信的文本内容*/ATMMSIMAGE=img_type,img_size/*插入图片到彩信内容中,img_type 为图片类型,1为JPEG 图片。Img_size 为图片大小*/成功后会返回提示符'>',此时模块进入透传模式,按16进制发送图片数据即可,当传输完足够长度时,会返回OK ,退出透传模式,回到ASCII 模式。(5发送图片。执行ATMMSSEND =1发送建立的彩信,成功会返回SEND OK 。4 结论本系统很好地结合了ARM 与GPRS 模块,实现了图像采集和MMS 远程传输。由于嵌入式处理器的高性能、低功率、低价格及硬件可裁剪性,结合GPRS 无线网络,运用在远程监控、道路交通、家庭安防等各领域,具有效率高、维护费用低、系统组件灵活等优点。参考文献:1 朱晓鹏,肖铁军,赵蕙.ARM+FPGA 的实时数据采集 系统设计J .计算机与设计.2009,30(13:3088-3090.