基于A(yíng)RM及GPRS的遠程入侵監控系統的設計

隨著(zhù)電子和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機已經(jīng)在數據壓縮采集、電子設備、工業(yè)控制領(lǐng)域、以及多種家電設備等方面得到了廣泛的應用，無(wú)線(xiàn)通信因其投資少、維護簡(jiǎn)單、方便、快捷和實(shí)時(shí)性強的優(yōu)勢，充分彌補了有線(xiàn)通信的缺陷，尤其是現在已經(jīng)覆蓋全國的GPRS網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)得到了非常廣泛的應用。

同時(shí)無(wú)線(xiàn)報警系統越來(lái)越受歡迎，無(wú)線(xiàn)監控報警系統不需要人員在場(chǎng)，將單片機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和計算機技術(shù)結合起來(lái)，通過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò )設備建立起通信關(guān)系，具有高度的可靠性，集軟硬件為一體，是對待監測范圍內的待監設備完成自動(dòng)準確采集、傳輸的系統。

可見(jiàn)設計出一種低價(jià)格適于家用的、工作性能穩定可靠的智能型入侵監控報警系統是必要的。通過(guò)此系統對家里出現的入室盜竊等狀況自動(dòng)發(fā)送報警信息數據并及時(shí)通知用戶(hù)進(jìn)行處理和解決。

1、系統的功能需求分析

本課題主要是為家庭、辦公室等場(chǎng)所設計的安裝方便、低成本的小型民用監控報警設施。本設計的目標是通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現入侵信號的檢測和現場(chǎng)入侵圖像的采集，達到遠程監控的目的。系統的應用示意圖如圖1所示。監控終端一般安裝在室內比較隱蔽的部位，人體入侵檢測模塊要對準門(mén)或窗等部位。

圖1 系統的應用示意圖

2、系統工作流程

當有入侵者闖入熱釋電紅外探測器的監測范圍內時(shí)，紅外傳感器立即向主控制器發(fā)出報警信號，接到警情之后，主控制器對信息進(jìn)行確認，證實(shí)無(wú)誤后，對圖像采集器進(jìn)行初始化并拍攝入侵圖像，接著(zhù)把圖像數據信息通過(guò)GPRS模塊以發(fā)送彩信的形式傳給用戶(hù)手機。如果用戶(hù)想主動(dòng)查看家里情況，則可以給報警系統發(fā)送短消息告知。GPRS模塊接到信息后，通過(guò)程序將信號傳送至監控系統，再重復上面的過(guò)程，這樣就完成了主動(dòng)查詢(xún)的功能。使用戶(hù)了解家里的情況。系統的整體工作過(guò)程如圖2所示。

圖2 系統總體工作過(guò)程圖

3、系統硬件設計

整個(gè)系統的硬件主要由主控制器、CMOS圖像采集模組熱釋紅外傳感器及信號放大電路、GPRS模塊、繼電器電路、電源及復位電路組成。系統總體結構圖如圖3所示。

圖3 系統總體結構圖

監控系統以微處理器為核心，通過(guò)控制和協(xié)調各個(gè)模塊的正常運行來(lái)保證系統穩定有序的工作。本系統選用功耗低、價(jià)格合理、體積小、可靠性高的基于A(yíng)RMCortex-M3內核的ST公司的STM32F103系列處理器芯片作為系統的主控制單元。STM32F103系列芯片使用ARM最新的、先進(jìn)架構的Cortex-M3內核，采用指令和數據總線(xiàn)分開(kāi)的哈佛結構，在取指的同時(shí)可以讀取或存儲數據，16位和32位的可混合Thumb-2指令集，具有很高的代碼密度，可降低存儲器的需求，3級流水線(xiàn)，內部集成前實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能滿(mǎn)足本課題對時(shí)間截取的要求，內置了快速的中斷控制器，提供了優(yōu)越的實(shí)時(shí)性能，與ARM7TDMI相比運行速度最多可快35%且代碼可節省45%。

本系統采用熱釋電紅外傳感器LHi778來(lái)探測入侵者身體產(chǎn)生的紅外線(xiàn)輻射，并轉化成電信號輸出，從而觸發(fā)攝像頭拍攝現場(chǎng)照片，并將其傳遞至用戶(hù)手機終端。

選用GXT-M201串口攝像頭模塊來(lái)完成現場(chǎng)圖像的采集和壓縮。GXT-M201是一款能夠將視頻采集和圖像壓縮集于一身的圖像采集模塊，它是通過(guò)比較簡(jiǎn)單的串行口指令來(lái)控制圖像的捕捉和獲取，并對采集到的圖像完成JPEG格式的壓縮，接著(zhù)通過(guò)串口輸出。

選用IWOW公司的TR800GPRS模塊，TR800的接收速率和發(fā)送速率都能夠保證穩定可靠的實(shí)現數據、傳真、語(yǔ)音傳輸和短消息服務(wù)。TR800超低的功耗能夠保證其在使用電池的情況下正常工作，它具有標準的AT指令集接口，與ESTIGSMPhase2+標準兼容，支持文本和PDU格式的的短信傳輸，支持Group3（Class2.0）協(xié)議的傳真功能和語(yǔ)音功能。TR800的下載速度最大可達85.6kbps,內部嵌入了TCP/IP協(xié)議棧，WAP協(xié)議棧和MMS（彩信）協(xié)議棧。

4、系統軟件分析

本系統的程序主要就是單片機控制程序。主要作用就是配合系統的硬件功能，保證整個(gè)系統穩定可靠的運行起來(lái)，達到設計要滿(mǎn)足的要求。系統的監視終端軟件結構函數如表1所示。

表1 系統的軟件結構

4.1 圖像采集模塊通信協(xié)議

攝像頭模塊的軟件主要包含兩部分，即攝像頭初始化子程序和攝像頭拍照子程序。攝像頭通信時(shí)采用的協(xié)議是UART串行協(xié)議，與微控制器每次傳遞6個(gè)字節的單獨指令，指令的包頭為0xAA.攝像頭模塊與單片機之間通信時(shí)，采用的通信方式是應答的方式。

4.2 用戶(hù)終端請求協(xié)議

如果用戶(hù)想主動(dòng)了解家中的安全情況，可以通過(guò)手機給GPRS模塊傳送短信息命令，進(jìn)入串口接收中斷入口，微控制器觸發(fā)攝像頭拍攝現場(chǎng)照片，然后再由GPRS模塊以彩信的形式傳送。

圖4 用戶(hù)請求拍照軟件結構

4.3 GPRS模塊軟件分析

GPRS模塊TR800與微控制器STM32F103之間通過(guò)USART2這個(gè)串口進(jìn)行數據通信，通過(guò)該串口，可以用標準的AT指令控制TR800,以完成數據的無(wú)線(xiàn)發(fā)送。GPRS模塊TR800內嵌彩信協(xié)議棧，支持彩信的收發(fā)，通過(guò)串口用AT指令來(lái)控制模塊工作，部分指令為：

4.4 紅外感應程序

微處理器STM32F103的紅外檢測I/O口中斷發(fā)生則證明有人員闖入，這時(shí)要立刻觸發(fā)攝像頭模塊拍攝入侵者照片，隨后再將入侵者的照片數據發(fā)送出去或者是在NANDFLASH芯片中存儲。如下圖5所示。

圖5 紅外感應I/O口中斷子程序流程圖

5、結束語(yǔ)

該系統將單片機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和計算機技術(shù)結合起來(lái)，通過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò )設備建立起通信關(guān)系，具有高度的可靠性，集軟硬件為一體，是對待監測范圍內的待監設備完成自動(dòng)準確采集、傳輸的系統。該系統具有成本低、實(shí)用方便、人機界面友好等優(yōu)點(diǎn)，從而滿(mǎn)足用戶(hù)對家庭安全的需求。