基于ARM的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：介紹了一種以ARM嵌入式開發(fā)板為核心、融合因特網(wǎng)通信和GPRS無線通信技術(shù)的，智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)以及硬件原理框圖和軟件設(shè)計思路。該系統(tǒng)由傳感器采集信號，攝像頭采集圖像，經(jīng)ARM開發(fā)板處理后，利用因特網(wǎng)和GPRS模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的監(jiān)控中心。使用Boa嵌入式Web服務(wù)器和SOLite數(shù)據(jù)庫搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，用戶通過點(diǎn)擊網(wǎng)頁上的按鈕遠(yuǎn)程發(fā)送控制命令。實驗測試表明，該系統(tǒng)不僅有效地實現(xiàn)了快速報警、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，還實現(xiàn)的圖像的抓拍、打包下載等功能，滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計要求。

伴隨著數(shù)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角落，成為一種勢不可擋的歷史化大趨勢。面對當(dāng)前犯罪分子作案手段日趨技能化、智能化、團(tuán)伙化和暴力化的勢態(tài)，單靠傳統(tǒng)的“人防”一種途徑已遠(yuǎn)不能適應(yīng)新形式下斗爭的需要。

新型的安防監(jiān)控系統(tǒng)利用安置在家中的不同功能的傳感器采集各類環(huán)境參數(shù)，傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，利用信息管理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、顯示、分析處理等操作，對異常情況進(jìn)行報警，并根據(jù)預(yù)置控制策略自動處理，及時消除安全隱患。

隨著網(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)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字圖像，可為實現(xiàn)家庭監(jiān)控系統(tǒng)提供高效可行而且價格低廉的解決方案。

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

1 系統(tǒng)功能及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

該系統(tǒng)主要是針對家庭用戶而設(shè)計的，對家居的安全狀況進(jìn)行監(jiān)控。用戶可以根據(jù)自己需要進(jìn)行用戶基本信息及監(jiān)控狀態(tài)、監(jiān)控參數(shù)等的設(shè)置。系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能：

1)用戶設(shè)置：可以在監(jiān)控主頁面點(diǎn)擊用戶設(shè)置按鈕，設(shè)置登錄界面的用戶名、密碼;修改或新增接收告警信息的手機(jī)號碼、變更短信中心號碼、設(shè)置火災(zāi)溫度上限。

2)家居安全狀況遠(yuǎn)程實時監(jiān)控與查詢：主人外出，可通過手機(jī)或其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過瀏覽網(wǎng)頁來查看家中的安全狀況。

同時主人可以點(diǎn)擊網(wǎng)頁上的相關(guān)按鈕，遠(yuǎn)程發(fā)送控制命令。

3)家居安防監(jiān)控：當(dāng)小偷闖入住宅或有火災(zāi)等違紀(jì)事件發(fā)生時，監(jiān)控終端能實時地監(jiān)測到險情，并自動采取相應(yīng)處理措施，同時向監(jiān)控中心發(fā)送告警信息，監(jiān)控中心則以GSM短信的方式通知戶主。

4)現(xiàn)場圖像抓拍功能：在設(shè)防狀態(tài)下，當(dāng)紅外傳感器或者門磁觸發(fā)告警時，攝像頭將自動抓拍圖像，通過在ARM開發(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(shù)據(jù)庫中。

5)歷史照片的打包下載和定時刪除：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，同時為保證存儲空間的充裕，所以提供定時刪除過去一段時間的照片。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)以FS_S5PC100開發(fā)板和Linux操作系統(tǒng)作為實驗平臺，主要立足互聯(lián)網(wǎng)，采用攝像機(jī)采集圖像，經(jīng)壓縮處理后傳到互聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)端用戶可以通過瀏覽網(wǎng)頁或手機(jī)上網(wǎng)直接查看家中情況。利用市場上比較通用的GPRS模塊收發(fā)信息，利用Linux內(nèi)核中的PPP撥號上網(wǎng)的方式;使用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，通過交叉編譯模式，使用C語言編寫移植驅(qū)動和控制程序，并在Linux系統(tǒng)中搭建視頻服務(wù)器、WEB服務(wù)器和SQL ite數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)的總體設(shè)計框架如圖1所示，整個系統(tǒng)分為以下3個模塊：

1)輸入模塊：包括兩類，一是監(jiān)測參數(shù)的采集模塊，即火災(zāi)的溫度采集模塊、防盜的攝像頭監(jiān)測模塊，采集并無線發(fā)送監(jiān)測參數(shù);二是實現(xiàn)控制的模塊，即Internet或手機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對整個監(jiān)測系統(tǒng)的用戶信息及監(jiān)控參數(shù)的設(shè)置、監(jiān)測參數(shù)的查詢、顯示及設(shè)防、撤防等控制指令下發(fā);

2)處理模塊：以ARM開發(fā)板為核心的主控板，接收由輸入模塊采集的數(shù)據(jù)，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(yīng)的處理;同時也能根據(jù)網(wǎng)頁上發(fā)送過來的各種設(shè)置和控制指令，然后調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù);

3)輸出模塊：解析處理模塊發(fā)出的信號，實施相應(yīng)的異常處理措施;如果溫度傳感器測得的溫度高于預(yù)先設(shè)定的溫度或者紅外傳感器探測到有不法分子闖入，那么開啟相應(yīng)的聲光報警和對應(yīng)的異常處理，通過控制攝像頭來捕捉圖片，然后進(jìn)行圖像處理并將數(shù)據(jù)保存在SQLite數(shù)據(jù)庫中。并通過GPRS模塊發(fā)送告警短信通知用戶家居現(xiàn)場情況，用戶根據(jù)具體情況點(diǎn)擊網(wǎng)頁上對應(yīng)按鈕發(fā)送命令給系統(tǒng)，完成一個遠(yuǎn)程監(jiān)控的任務(wù)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的總體架構(gòu)，分析遠(yuǎn)程安防監(jiān)控系統(tǒng)功能上的需求，得知相應(yīng)的硬件需求如表1所示。

處理模塊處在系統(tǒng)中間層，既要處理輸入模塊采集的數(shù)據(jù)，又要控制輸出模塊的相應(yīng)處理，同時還得與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這就要求其具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力?；诖丝紤]，本系統(tǒng)選用了基于Samsllng公司的Cotex_A8內(nèi)核的FS_S5PC100作為實驗平臺。考慮到市場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(nèi)嵌強(qiáng)大的TCP/IP協(xié)議棧，低功耗，增強(qiáng)的AT控制指令。由于具體的硬件設(shè)計電路圖比較繁雜，在此給出系統(tǒng)硬件實現(xiàn)框圖，如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件實現(xiàn)主要包括：S5PC100軟件編程，監(jiān)控頁面的編程兩大部分，在此只介紹S5PC100微控制器的軟件編程部分。

3.1 系統(tǒng)移植與驅(qū)動設(shè)計思想

考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，在S5PC100上采用Linux嵌入式實時操作系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的實時操作系統(tǒng)(RTOS)相比，采用嵌入式Linux這樣的開放源碼的操作系統(tǒng)的另外一個好處是Linux開發(fā)團(tuán)體看來會比RTOS的供應(yīng)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(shè)備驅(qū)動程序要比用于商業(yè)操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序多，如網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)驅(qū)動程序以及并口和串口驅(qū)動程序。