基于A(yíng)RM的智能家居安防監控系統的設計與實(shí)現

摘要：介紹了一種以ARM嵌入式開(kāi)發(fā)板為核心、融合因特網(wǎng)通信和GPRS無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的，智能家居安防監控系統，給出了系統的功能和結構以及硬件原理框圖和軟件設計思路。該系統由傳感器采集信號，攝像頭采集圖像，經(jīng)ARM開(kāi)發(fā)板處理后，利用因特網(wǎng)和GPRS模塊傳輸到遠程的監控中心。使用Boa嵌入式Web服務(wù)器和SOLite數據庫搭建遠程監控系統，用戶(hù)通過(guò)點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的按鈕遠程發(fā)送控制命令。實(shí)驗測試表明，該系統不僅有效地實(shí)現了快速報警、遠程監控功能，還實(shí)現的圖像的抓拍、打包下載等功能，滿(mǎn)足遠程監控的設計要求。

伴隨著(zhù)數字化和網(wǎng)絡(luò )化的進(jìn)程，智能化的浪潮席卷了世界的每一個(gè)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。

新型的安防監控系統利用安置在家中的不同功能的傳感器采集各類(lèi)環(huán)境參數，傳輸到上位機，利用信息管理軟件進(jìn)行數據存儲、顯示、分析處理等操作，對異常情況進(jìn)行報警，并根據預置控制策略自動(dòng)處理，及時(shí)消除安全隱患。

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )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(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸數字圖像，可為實(shí)現家庭監控系統提供高效可行而且價(jià)格低廉的解決方案。

因此，開(kāi)發(fā)和推廣遠程安防監控系統，使得人們在可以繁忙工作的同時(shí)，在遠程就了解自己家庭概況，及時(shí)做出分析與判斷，具有非常重要的實(shí)際意義。

1 系統功能及總體結構設計

1.1 系統實(shí)現的功能

該系統主要是針對家庭用戶(hù)而設計的，對家居的安全狀況進(jìn)行監控。用戶(hù)可以根據自己需要進(jìn)行用戶(hù)基本信息及監控狀態(tài)、監控參數等的設置。系統實(shí)現了以下功能：

1)用戶(hù)設置：可以在監控主頁(yè)面點(diǎn)擊用戶(hù)設置按鈕，設置登錄界面的用戶(hù)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(shí)時(shí)監控與查詢(xún)：主人外出，可通過(guò)手機或其他聯(lián)網(wǎng)設備通過(guò)瀏覽網(wǎng)頁(yè)來(lái)查看家中的安全狀況。

同時(shí)主人可以點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的相關(guān)按鈕，遠程發(fā)送控制命令。

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

4)現場(chǎng)圖像抓拍功能：在設防狀態(tài)下，當紅外傳感器或者門(mén)磁觸發(fā)告警時(shí)，攝像頭將自動(dòng)抓拍圖像，通過(guò)在ARM開(kāi)發(fā)板上搭建的MGPJ—Streamer服務(wù)器處理圖像，并以流的方式將圖像保存到SQLite數據庫中。

5)歷史照片的打包下載和定時(shí)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(jìn)行打包壓縮，同時(shí)為保證存儲空間的充裕，所以提供定時(shí)刪除過(guò)去一段時(shí)間的照片。

1.2 系統總體結構

該系統以FS_S5PC100開(kāi)發(fā)板和Linux操作系統作為實(shí)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(hù)可以通過(guò)瀏覽網(wǎng)頁(yè)或手機上網(wǎng)直接查看家中情況。利用市場(chǎng)上比較通用的GPRS模塊收發(fā)信息，利用Linux內核中的PPP撥號上網(wǎng)的方式;使用嵌入式Linux操作系統，通過(guò)交叉編譯模式，使用C語(yǔ)言編寫(xiě)移植驅動(dòng)和控制程序，并在Linux系統中搭建視頻服務(wù)器、WEB服務(wù)器和SQL ite數據庫。系統的總體設計框架如圖1所示，整個(gè)系統分為以下3個(gè)模塊：

1)輸入模塊：包括兩類(lèi)，一是監測參數的采集模塊，即火災的溫度采集模塊、防盜的攝像頭監測模塊，采集并無(wú)線(xiàn)發(fā)送監測參數;二是實(shí)現控制的模塊，即Internet或手機通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對整個(gè)監測系統的用戶(hù)信息及監控參數的設置、監測參數的查詢(xún)、顯示及設防、撤防等控制指令下發(fā);

2)處理模塊：以ARM開(kāi)發(fā)板為核心的主控板，接收由輸入模塊采集的數據，并進(jìn)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(shí)也能根據網(wǎng)頁(yè)上發(fā)送過(guò)來(lái)的各種設置和控制指令，然后調用相應的處理函數;

3)輸出模塊：解析處理模塊發(fā)出的信號，實(shí)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(kāi)啟相應的聲光報警和對應的異常處理，通過(guò)控制攝像頭來(lái)捕捉圖片，然后進(jìn)行圖像處理并將數據保存在SQLite數據庫中。并通過(guò)GPRS模塊發(fā)送告警短信通知用戶(hù)家居現場(chǎng)情況，用戶(hù)根據具體情況點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上對應按鈕發(fā)送命令給系統，完成一個(gè)遠程監控的任務(wù)。

2 系統硬件設計

根據系統的總體架構，分析遠程安防監控系統功能上的需求，得知相應的硬件需求如表1所示。

處理模塊處在系統中間層，既要處理輸入模塊采集的數據，又要控制輸出模塊的相應處理，同時(shí)還得與遠程監控中心進(jìn)行數據交互，這就要求其具有較強的數據處理能力?；诖丝紤]，本系統選用了基于Samsllng公司的Cotex_A8內核的FS_S5PC100作為實(shí)驗平臺?？紤]到市場(chǎng)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，在此給出系統硬件實(shí)現框圖，如圖2所示。

3 系統軟件設計

系統軟件實(shí)現主要包括：S5PC100軟件編程，監控頁(yè)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 系統移植與驅動(dòng)設計思想

考慮到系統的穩定性和可靠性，在S5PC100上采用Linux嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，與傳統的實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)相比，采用嵌入式Linux這樣的開(kāi)放源碼的操作系統的另外一個(gè)好處是Linux開(kāi)發(fā)團體看來(lái)會(huì )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的設備驅動(dòng)程序要比用于商業(yè)操作系統的設備驅動(dòng)程序多，如網(wǎng)絡(luò )接口卡(NIC)驅動(dòng)程序以及并口和串口驅動(dòng)程序。