基于CortexA8的家庭智能安防系统.docx
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基于CortexA8的家庭智能安防系统
毕业设计说明书
题目：
基于Cortex-A8的家庭智能安防系统
教学系：
汽车与电子工程学院
年级、专业：
08级电子信息工程
学生姓名：
胡志明
学号：
05
指导教师：
钟黔川
完成时间：
2012年5月25日
西昌学院
毕业论文（设计）任务书
2011年12月12日至2012年5月25日
题目：
基于Cortex-A8的家庭智能安防系统
姓名：
胡志明
学号：
05
专业：
电子信息工程
年级：
2008级
指导教师：
钟黔川
一、毕业论文时间安排
1、起止时间：
周～周（2011年12月～2012年5月25日）
2、开题报告：
12月20日之前
3、提交论文提纲：
月日～月日
4、初稿：
月日～月日
5、二稿：
月日～月日
6、三稿：
月日～月日
7、定稿：
月日～月日
8、答辩：
月日～日
二、研究方案和目标
三、任务要求和主要内容
四、指导教师针对选题提供的参考文献
如：
[1]郑贤君，潘静.诚信是构建法治国家的精神基石[M].北京：
中国工商出版社，2005
毕业论文（设计）开题报告
（理工类）
题目：
基于Cortex-A8的家庭
智能安防系统
系（部）：
汽车与电子工程学院
年级、专业：
2008级电子信息工程
学生姓名：
王海何霄胡志明
学号：
09
05
05
指导教师：
钟黔川
日期：
2011年12月日
一、研究背景
随着社会电子信息化的不断发展，人们在家居中使用的电器越来越多，由此带来的安全隐患也有了明显的增多。
在这些电器中一旦出现一些异常，便会给人们带来很大的损失。
为了降低电器的不合理使用带来的异常情况，就要求在异常发生时用户能及时得到信息，并通过实时监控采取一定的操作排除异常。
因此，远程监控系统的作用是非常巨大的。
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。
由于把图片采集和web功能集中到一个体积很小的设备内，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。
二、研究内容
本系统是基于Cortex-A8的家庭智能安防系统系统。
主要包括温度检测、红外感应防盗、视频采集及显示、GSM短信收发控制、web服务器，实现对家庭安全的实时监控。
三、研究意义
智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。
利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。
与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。
还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。
系统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段。
使生活更加舒适、便利和安全。
因智能家居控制系统简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。
家居生活的智能化是当今计算机网络与通讯技术最人性化的应用，给人们的家居生活带来了全新的感受。
今天，借助电话控制或互联网，您几乎可以在任何地方、任何时候监控您的家居状况，为您的家居生活带来前所未有的方便。
随着社会全面的信息化、智能化和自动化，家庭智能化必将成为未来家居装饰潮流发展的最新方向！
四、设计步骤级示意框图
1．选择设计思路，正确论证并确定系统个模块的方案；
2．明确设计要求，确定电子元件并采购电子元件，完成基本运算；
3．设计硬件电路；
4．设计系统软件；
5．调试系统。
包括硬件调试、软件调试及软硬联调。
五、拟采用的技术路线及其方法
（1）需求分析：
了解该系统的设计的实用性和具体要解决的问题，做好基本的概括，然后在根据这个估计要采用的技术，为下面的工作做好准备；
（2）系统组成：
该系统自己采用模块化设计。
明确构造好各个模块所需要实现的功能和模块之间相互的联系；
（3）模块设计：
根据每个模块所要实现的功能正确绘制电路图，利用软件模拟电路运行状态，检测电路是否可靠；
（4）软件设计：
根据Cortex-A8，s5pc100的特性编写正确的程序；
（5）系统调试：
将编写好的程序进行系统调试，实现系统的功能，达到预期的目标。
六、总体安排和进度计划
~：
开题报告
~：
模块的设计和元器件的确定
~：
模块电路图绘制及制作PCB图
~：
购买元器件
~：
焊接电路板及硬件测试
~：
程序编写及软件测试
~：
毕业论文写作
~：
毕业答辩
七、预期目标：
（王海）
1、视频采集与LCD显示；
2、数据库保存数据记录；
<系统集成及联合调试>
（何霄）
3、红外传感，非法闯入报警（发送短信、蜂鸣器报警和led闪烁）；
4、GSM短信收发以及控制；
（胡志明）
5、温度采集，火灾报警（发送短信、蜂鸣器报警和led闪烁）；
6、构建嵌入式web服务器，使用户通过网络利用pc机进行监控；
八、参考文献
[1]谭浩强.C程序设计.第三版.北京：
清华大学出版社，2005
[2]曾宏安.嵌入式linuxC语言开发.2009
[3]宋宝华.<>.2011
[4]李岩、王建卫等著.基于ARM嵌入式uCLinux系统原理及应用.北京.清华大学出版社，2007.
[5]潘双来，邢丽冬，龚余才.电路理论基础（第2版）[M].北京:
清华大学出版社,2008.
[6]朱文凯，何岭松，丁汉等.基于Internet的嵌入式Web传感器[J].传感器技术， 2002，
[7]邵贝贝.嵌入式实时操作系统μC/OS-II北京航空航天大学出版社.2002
[8]俞建新，嵌入式应用程序开发综合实例，清华大学出版社，2002
[9]穆煜.嵌入式应用程序设计.2009
[10]RaghuRamakrishnan，JohannesGehrke.DATABASEMANAGEMENTSYSTEMS[M].清华大学出版社，.
指导教师意见：
指导教师签名：
年月日
毕业设计（论文）领导小组意见：
组长签名：
年月日
基于Cortex-A8的家庭智能安防系统
胡志明指导教师：
钟黔川
（08级电子信息工程）
摘要家庭监控是利用网络技术将安装在家内的视频、音频、报警等监控系统连接起来，通过中控电脑的处置将有效信息保留并发送到其他数据终端，如电话，笔记本，110报警中心等。
本系统是linux下的基于Cortex-A8的嵌入式家庭智能安防系统系统，采纳的是S5PC100的内核芯片。
要紧包括温度检测、红外感应防盗、视频搜集及显示、GSM短信收发操纵、web服务器，实现对家庭安全的实时监控。
用户能够通过电话实时监控家中的信息，也能够远程web登录监控家中情形。
从而方便人们的生活需要，为进一步的现代化铺路搭桥。
关键词：
linuxCortex-A8GSM嵌入式S5PC100
BasedontheCortex-theA8familyintelligentsecuritysystem
Huzhimingteachers:
ZhongQianChuan
（Theengineerofelectronicandinformationfor08level）
Abstract
Familymonitoringisbyusingthenetworktechnologywillbeinstalledathomevideo,audio,andwithinthealertmonitorsystemconnected,throughthecentralcomputerprocessingwillbeusefulinformationpreservationcapabilitytosendotherdataterminal,suchascellphones,laptops,110alarmcenter,etc.ThesystemisbasedontheLinuxofCortex-theA8embeddedfamilyintelligencesecuritysystemsystem,useisS5PC100kernelincludestemperaturedetection,inductiveguardagainsttheft,videocollectionanddisplay,GSMmessagesendingandreceivingcontrol,webserver,realizethereal-timemonitoringoffamilycanreal-timemonitoringofthemobilephonehomeinformation,alsocanremotewebloghomemonitoring.Whichmakesiteasytothelifeofpeopleneed,forfurtherpavingthemodernbypass.
Keyword:
LinuxCortex-theA8GSMembeddedS5PC100
第1章绪论
本章要紧介绍课题的来源、研究目的和意义，并简要介绍课题所做的要紧研究工作。
课题来源
本课题为自选课题，基于本实验室已有的开发板资源，研究学习家庭智能安防系统设计。
综合应用嵌入式系统开发、实现安防系统整套应用。
背景
随着社会电子信息化的不断进展，人们在家居中利用的电器愈来愈多，由此带来的安全隐患也有了明显的增多。
在这些电器中一旦显现一些异样，便会给人们带来专门大的损失。
为了降低电器的不合理利用带来的异样情形，就要求在异样发生时用户能及时取得信息，并通过实时监控采取必然的操作排除异样。
因此，远程监控系统的作用是超级庞大的。
以嵌入式视频web服务器为核心的视频监控系统，采纳嵌入式实时多任务操作系统。
摄像头搜集到的图片信息通过紧缩，通过内部总线送到内置的web服务器，网络上的用户能够直接用阅读器观看web服务器上的由摄像头搜集的图像。
由于把图片搜集和web功能集中到一个体积很小的设备内，能够直接连入局域网，用户无需安装任何硬件设备，仅用阅读器即可观看。
同时还具有以下优势：
布控区域广漠，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，完全抛弃了地域的概念，扩展布控的区域。
系统具有几乎无穷的无缝扩展能力。
因此设备都以IP地址进行标示，增加设备只是意味着IP地址的扩充。
性能稳固靠得住，无需专人治理。
嵌入式web服务器事实上是基于嵌入式微处置器技术，采纳嵌入式实时多任务操作系统，关于用户来讲，上网进行登岸，即可对家中情形进行监控。
此刻监控系统进展到第三代，前端一体化、视频十字化、监控网络化、系统集成化成为视频监控系统公认的进展方向，它以网络为依托，以数字视频的紧缩、传输、寄存和播放为核心，以智能有效的图像分析为特点，并为报警系统、门禁系统完美的整合到一个利用平台上，引发了视频操纵行业的一次技术革命。
课题的研究意义
智能家居操纵系统能够概念为一个进程或一个系统。
利用先进的运算机技术、网络通信技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各类子系统，有机地结合在一路，通过统筹治理，让家居生活加倍舒适、安全、有效。
与一般家居相较，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。
还将原先的被动静止结构转变成具有能动聪慧的工具，提供全方位的信息互换功能，帮忙家庭与外部维持信息互换畅通，优化人们的生活方式，帮忙人们有效安排时刻，增强家居生活的安全性，乃至为各类能源费用节约资金。
系统的网络化功能能够提供遥控、家电（空调，热水器等）操纵、照明操纵、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程操纵、可编程按时操纵及运算机操纵等多种功能和手段。
使生活加倍舒适、便利和安全。
因智能家居操纵系统简单、功能灵活，扩展容易而被人们普遍同意和应用。
家居生活的智能化是现今运算机网络与通信技术最人性化的应用，给人们的家居生活带来了全新的感受。
今天，借助电话操纵或互联网，您几乎能够在任何地址、任何时候监控您的家居状况，为您的家居生活带来前所未有的方便。
随着社会全面的信息化、智能化和自动化，家庭智能化必将成为以后家居装饰潮流进展的最新方向！
本课题的要紧研究工作
本课题通过研究现有的电子点菜系统的解决方案，以s5pc100为主控芯片的硬件，linux为操作系统，cgi嵌入式应用图形系统为操作界面，lcd屏作为显示和WEB网页输入设备的一个系统。
具体包括以下内容：
1.了解cortex-A8的系统结构，熟悉编程、调试环境，了解应用程序的开发的进程;
2.底层设备驱动的编写;
3.嵌入式linux开发平台的构建;
4.应用程序的编写等;
第2章方案设计
整体设计框图
硬件环境：
三星S5PC100开发平台介绍
S5PC100开发平台用三星公司先进的基于Cortex-A8内核的S5PC100处置器设计而成。
此平台要紧应用于华清远见的嵌入式系统教学，以适应Android、Linux、Wince等智能操作系统的进展及市场需求。
S5PC100处置器采纳了64/32位的内部总线结构，和最大833M赫兹的运算速度。
包括壮大的硬件加速器，如：
动态视频处置，显示操纵和缩放。
支持多种格式的硬件编解码：
MPEF-1/2/4、H263/H264等。
其视频解码能力很壮大而且省电，编解码能力达到720p@30fps（1280x720）支持电视输出（NTSC/PAL/HDMI）。
支持2D/3D加速。
本处置器普遍的应用于智能电话、平板电脑等产品。
开发板硬件资源
图
FS_S5PC100拥有丰硕的硬件资源：
存储器：
256MByte的NANDFlash，256MByte的DDR2内存，2M的NorFlash
显示输出接口：
LCD接口、VGA接口、TVout接口、HDMI接口。
视频输入接口：
Camera接口。
串口：
2路5线串口、1路3线串口。
红外通信接口：
1路红外收发。
存储卡接口：
SD卡接口。
SPI：
SPI的E2PROM（用于SPI实验）。
I2C：
I2C的温度传感器（用于I2C实验）。
A/D:
变阻器（用于A/D实验）。
USB：
接口、4路USBHost接口。
PWM：
蜂鸣器（用于PWM实验）。
网络接口：
DM9000AE以太网操纵器，实现10M/100M自适应以太网通信。
外扩接口：
蓝牙、wifi等
音频接口：
WM9714
FS_S5PC100软件资源：
Android系统源代码
系统源代码
外设接口测试源代码
Uboot（支持usb、网络通信）
主流程设计
Linux是一个完全受爱惜的多任务操作系统，它许诺每一个用户同时运行多个作业。
进程间可彼此通信，但每一个进程都是受到完全爱惜的，即可不能受到其他进程的干扰，就如内核可不能受到其他任何进程干扰一样。
用户在集中精力于当前屏幕所显示作业的同时，还可在后台运行其他作业，而且能够在这些作业之间来回切换。
这一功能提高了用户的工作效率。
考虑到整个系统的稳固性，可易性和代码的可读性，应尽可能遵循C程序设计中高内聚低耦合的设计思想，使每一个模块彼此独立，有序的完成自己的任务。
此系统总共划分成七个模块，别离是温度搜集、图像搜集、红别传感、web服务器、数据库模块、蜂鸣器及短信收发模块。
整体采纳linux的多线程方式，当系统启动以后，会自动启动boa服务器和整个安防系统会主动进入监控状态。
具体体分工
模块一（胡志明）
1、温度搜集，火灾报警（发送短信、蜂鸣器报警和led闪烁）；
2、构建嵌入式web服务器，利用户通过网络利用pc机进行监控；
此模块是直接利用的开发板上的现有温度传感器（LM75）资源，搜集到环境中的温度值，再通过之前的与设定的参数，包括温度的上下限，及火灾报警温度值等。
另外的web服务器模块则能够通过网页界面查看和操纵温度报警红外报警等具体值或参数等。
模块二（何霄）
一、红别传感，非法闯入报警（发送短信、蜂鸣器报警和led闪烁）；
二、GSM短信收发和操纵；
A）、红别传感可在非法闯入时及时报警，GSM模块则要紧实现短信收发功能；
本次设计的GSM模块要紧需要完成的功能为：
通过ARM开发板的串口2，操纵GSM短信息模块，实现短信息的即时收发，以达到即时向用户汇报家庭安全状况的，而且能够依照用户回发的指令，采取对应的处置方法。
B）、接收短信
短信息的接收，是为了能够及时的收到用户发给用户的操作指令，以完成对家庭环境的远程操纵，因此需要能够及时的收到用户发送的短信息内容。
短信息接收功能的具体实现方案有两种：
方案①为：
通过阻塞方式访问串口，等待GPRS模块发送过来的提示信息，并读取对应位置的短信息；
方案②为：
采纳多路复用的方式，读串口，等待接收GPRS模块放松过来的短信息提示信息，并读取对应位置的短信息；
另外还包括了短信得发送、短信内容提取、短信的保留及删除等功能。
模块三（王海）
1、视频搜集与LCD显示；
2、数据库保留数据记录；
<系统集成及联合调试>
此模块所做的内容要紧有从开发板操作系统环境的搭建开始：
系统移植
系统移植包括：
交叉编译工具链安装、配置网络文件系统NFS服务、U-boot移植、Linux内核移植、文件系统移植等，期间的具体事项再次就不一一说明来。
视频搜集与LCD显示
那个地址包括有摄像头V4L2驱动移植、LCD驱动移植、应用程序设计等。
第3章温度模块设计
在这次项目中，我主若是负责温度搜集，火灾报警（发送短信、蜂鸣器报警和led闪烁）及构建嵌入式web服务器，利用户通过网络利用pc机进行监控；具体设计如下：
温度、报警模块
模块概述
温度模块用于搜集环境中的实时温度，报警模块用于报警（提示监控方有异样情形，温度超过限定或是有不明身份的人闯入监控区），温度模块采纳的传感器是Nationalsemiconductor公司的lm75芯片，搜集精度℃。
温度模块详细设计
LM75芯片
Nationalsemiconductor公司的lm75芯片是一种含9位ADC、温度分辨率为℃的数字温度传感器，测量范围是-55℃~125℃。
它提供两条支持I2C总线协议的接口来监测温度，并具有自校准功能。
上位性能够随时要求lm75读取温度，当温度超过设定的温度时，芯片系统会自动输出一个超温报警信号用于上位机的监控操作。
主性能够通进程序来操纵温度报警器（Tos）及温度。
A0、A一、A2这三只引脚能够设定设备地址，这块芯片在S5PC100开发板上硬件地址固化为000。
下图是lm75的功能方框图
图1
功能引脚描述
图2
引脚功能概念
引脚
信号名称
功能定义
1
SDA
串行数据输入输出
2
SCL
串行时钟输入
3
OS/INT
超值信号/中断
4
GND
电源地
5
A2
地址设定2
6
A1
地址设定1
7
A0
地址设定0
8
VDD
电源~
寄放器及寄放器位格式
Lm75内部有五个寄放器，其中四个寄放器命令指针寄放器进行选择，lm75上电默以为00；及选择温度寄放器（Temperatureregister），那个寄放器中保留了当前搜集的温度，若是I2C发出了读命令，lm75会返回该寄放器中的温度值（16位），相关寄放器介绍如下：
（1）命令/指针寄放器：
（8位只读）要紧用于选择温度寄放器、配置寄放器、超阀值寄放器、超阀值温度关闭寄放器。
图3
（2）温度寄放器：
图4
MSB：
符号位（正、负温度）
D8~D14：
温度数据位
LSB：
小数位（℃）
（3）THYSTANDTOSREGISTER
图5
D0–D6:
未概念
D7–D15:
报警温度和滞后温度.上电默许TOS=80°C,THYST=75°C.
硬件原理图
图6
温度软件设计
驱动设计
注册为字符设备，设备名称为lm75，设备号自动分派，避免和其他程序员设置的设备号冲突，自动在dev目录创建设备节点，挂接到I2C总线上。
系统待用接口有：
打开（lm75_open）：
staticintlm75_open（structinode*inode,structfile*file）
关闭（lm75_release）：
staticintlm75_release（structinode*inode,structfile*file）
读（lm_75read）：
staticssize_tlm75_read（structfile*file,char__user*buff,size_tcount,loff_t*offset）
IO操纵（lm75_ioctl）（概念CMD码，操纵写哪个寄放器，用于设定温度的超阀值）
staticintlm75_ioctl（structinode*inode,structfile*filp,unsignedintcmd,unsignedlongarg）{
switch（cmd）{
caseSET_OS:
lm75_write_value（new_client,LM75_REG_TEMP[1],
升级会员 