基于GPRS远程安防监控系统的设计与实现Word格式.docx

1、入侵报警；火灾报警并灭火。本文重点介绍了在实际研究开发过程中采用的一些技术手段和具体的实现过程，并简要介绍了一些嵌入式相关理论基础，同时指出了该系统开发有待于进一步完善发展的方向。关键词： ARM；GPRS；嵌入式；安防；s3c2410；远程监控ABSTRACTWith the development of digitization and networkings process, the intelligents wave swept every corner of the world, and to be an unstoppable history of trend. Face to t

2、he increasing of the criminals committing crimes skills, intelligence, gangs and violent of the trend to rely solely on the traditional Human Defense a way to far can not meet the needs of the new form of struggle. With the network communication technology and image compression technology and transm

3、ission technologys rapid development. Allows families to use the latest communications and image processing technology, digital images through network transmission, home monitoring systems can provide efficient realization of a viable and affordable solution program.The studied of this paper which i

4、s GPRS-based remote security monitoring system designed to enable people who is busy to work, to know their family situation in the distance, and timely to analyze and judge to do something.This paper introduces to SAMSUNG ARM9 （S3C2410） and embedded Linux as the platform. SIEMENS M35 GPRS module ba

5、sed wireless remote monitoring system hardware and software design. The main contents include: S3C2410 detailed analysis of the internal chip; ARM9 external and internal hardware circuit design and analysis; AT command of the transceiver so. This system has the following features: real-time remote m

6、onitoring; photo storage; SMS; intrusion alarm; fire alarm and fire fighting.This paper focuses on the practical research in the development process used in a number of technical means and specific steps. And briefly introduces some of the embedded-related theories. Also pointed out that the system

7、had to be further improved development.Key words: Embedded；ARM；Security；Remote monitoring1 绪论目前，随着网络技术和集成电路技术的高速发展，嵌入式系统已经成为IT的一个焦点，嵌入式视频监控系统大量的应用于自动控制工业生、军事技术和家用消费电子等各个领域。1.1 课题背景现今市场上由两种数字视频监控系统类型，一种是以数字录像设备为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入式视频web服务器为核心的视频监控系统。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

8、，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1。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

9、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。这一切的最终目的为人们提供一个以人为本的舒适、便捷、高效、安全的生活环境。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今世界的一个热点问题。信息化程度的不断提高，人们对智能家居的功能也提出了更高层次的要求。本课题研究的是基于GPRS的远程视频监控系统。利

10、用市场上比较通用的GPRS模块收发信息，利用linux内核中的PPP拨号上网的方式，并在Linux系统中搭建web服务器来实现远程监控的目的。此类远程监控系统对于电子消费各个领域都有着重要的意义。1.2 课题来源本系统是定义为以个人家庭为目标客户的远程安防监控系统，从功能设计到产品的实现模式都立足于满足人们能远程对家庭实施远程监控的目的。 本课题主要来源于本人在实习期间，所在公司正处研发阶段的一个项目。本项目主要立足以互联网、宽带ADSL应用方案，采用网络摄像机采集影像，并进行数字压缩，转换成数字信号，最后通过路由器或交换机或ADSL 将视频传输到局域网或互联网，远端用户可以通过IE 浏览器或

11、手机上网直接观看家中情况。利用市场上比较通用的GPRS模块收发信息，利用linux内核中的PPP拨号上网的方式，并在Linux系统中搭建web服务器来实现远程监控的目的2。1.3 本人任务本系统设计主要分为四个大的模块，分别是：嵌入式系统开发平台搭建模块，摄像头监控模块；GPRS远程通讯模块；WEB服务器模块。嵌入式系统开发平台搭建模块主要是实现交叉编译工具的安装，uboot的具体移植，文件系统的制作，内核的移植。摄像头监控模块主要实现摄像头的驱动移植，远程图像采集的具体实现。图像采集流程人具体分析。GPRS远程通讯模块主要实现远程信息的接收与发送。实现远程报警的功能。并通过GPRS上网远程监

12、控家里情况。由于本人不直接参与本模块的详细设计，所以在这里不做过多阐述。WEB服务器模块主要为提供远程web服务，用户可能通过internet或GPRS网络接入互联网，远程监控家里情况。系统设计初期，本人与项目组成员主要对系统功能需求进行调研分析，了解最新的功能需求。在项目组的分配下，本人主要负责对摄像头驱动模块的分析及相关文档的整理工作。系统实施期间，本人参与了系统开发环境的搭建与设计，摄像头驱动模块的详细设计与具体实现。并担任相关文档的整理与书写工作，协助解决疑难问题。完成相关工作。系统设计后期，主要针对系统的测设与调试工作。本人主要负责对系统整体框架进行测试与分析。并对相关文档进行修正和

13、整理。1.4 国内外研究现状综述1.4.1 安防系统的发展智能家居安防监控起源于80年代中期的美国，上世纪末来到中国，带着全新的概念企盼搭上中国经济的高速顺风列车。经过十几年的市场孕育与发展，特别是伴随住宅产业的进步，智能家居安防监控在中国已经显露出春笋出露的局面。智能家居安防监控在国内已经历了多年的概念推广及发展，现已被人们认识并接受。应该说，自1998年，国内开始提出“智能家居安防监控”这个概念，同时通过社会的热炒，人们已对智能安防监控有了一定的认识，但由于没有真正适合市场的产品，所以真正的应用并没有太大的突破，倒是智能安防监控里最重要的组成部分家居安防及小区安防得到了迅猛的发展，而且技术

14、上明显表现为以智能防范小区嵌套智能防范家居的特点，这种技术特点目前已广泛地被市场接受，同时亦显现出其无比的竞争优越性。随着近年网络技术的日趋成熟和发展，更高层次的基于TCP/IP协议的数字社区及所捆绑的智能家居安防监控结构特点的应用，正浮出水面，并迅速被市场所接受，可以说，真正意义的智能家居，正迎来市场的大发展阶段3。1.4.2 国内安防系统的发展现状经过二十多年的发展,中国安防行业已经形成集研发、生产、销售、工程与系统集成、报警运营与中介服务等为一体的朝阳产业,全国现有安防产品生产、工程系统集成、产品经销和安防报警服务企业1.5 万余家,涉及保安报警服务、CCTV监控、防盗报警、楼宇对讲、智

15、能家居、生物识别、智能交通等诸多领域。据资料统计,世界上有一半的安防产品是由中国企业制造的,而中国安防市场以每年增长20% 30% 的速度发展,预计今年全国安防行业产值可以达到1200 亿元人民币,其中,安防产品制造产值约700 亿元,安防工程产值420 亿元,安防报警服务80 亿元。随着国家经济持续发展,人们生活水平不断提高, 安防市场会不断扩大,需求将更加迫切,可以预计“, 十一五”后期至“十二五”期间,将成为中国安防行业发展的黄金时期。 从整体上看,中国安防产业在历经了20 世纪90 年代中后期的快速发展,2002 年进入技术升级结构调整时期后,2006 年,因为平安城市建设,安防市场步

16、入发展快车道。从市场地域分布来看,安防产品市场比较活跃的地区以华南华东、华北为主。华南市场的珠江三角洲八个城市（广州、深圳、珠海、中山、佛山、惠州、江门、东莞） 安装100 万个摄像机加强城市治安防控,引发了华南安防市场火爆性增长;华东市场由于江苏、浙江、上海三省市近年来全面推进科技强警示范城市建设以及2010 年上海世博会,安防产品在各地一、二、三级市场遍地开花;华北市场因为2008 年北京奥运会安全防范的需要,带来了各种安防产品的几何增长。伴随我国安防产业规模的扩大,珠江三角洲、长江三角洲、环渤海地区等安防制造基地已经形成。这些地区的共同优势是,安防制造企业集中,产业链比较完整,具有很强生

17、产和配套能力。其中,以深圳为中心的珠江三角洲已成为我国规模最大、发展速度最快、品种最全、产品出口所占比重最高的安防产品加工密集地区;以杭州为中心的长三角,也成为国内最重要的DVR制造、安防监控软件基地;以天津为中心的环渤海地区则逐步形成了摄像机产业集群。但在我国安防制造业中,外商和港澳台投资企业生产的安防产品仍然占据半壁江山。2006 年,外商和港澳台企业更是加紧了对中国安防市场的凌厉攻势,收购、兼并、合作、加大在国内投资,他们凭借其技术优势和成熟的运作模式,在国内市场占有相当的优势条件。一些企业不断扩大自身优势,对销售模式进行了调整,取消了原来的多级代理,实行区域代理+ 直销的销售模式,强化

18、渠道控制力。除在省会城市布下营销团队外,还加速了在地、市甚至是县级市场的营销,同时二、三、四级市场的竞争正在逐步升温,是近年国内安防市场渠道营销的一个最为明显变化。我国安防产业经过多年的发展已经初具规模，并且发展迅速。 “十五”期间，我国安防产业年均增长速度超过了国民经济发展的1倍以上，以年均25增长速度快速发展。安防行业正由启动期走向发展期，根据统计数据显示: 2005 年安防企业已达1.5 万家，从业人员近100 万人，实现增加值300 多亿元，其中出口创汇产品约占10左右。但据统计，目前国内安防企业销售额在100 万元以下的企业占23%，100-500万元的占37%，而年销售额在500

19、万元以上的企业只有不到40%的份额，1000 万元以上的企业数量更少。虽然，国内的安防企业以小型的私营企业和股份制企业为主，但这两年安防行业发展非常快，尤其在闭路监控、防盗报警两项业务作为行业市场启动的龙头业务，现处于高速发展期，并将逐渐向成熟期迈进。在国外，发达国家在发展之初就确定了智能家居安防监控相关标准及组织，明确了智能家居安防监控概念等问题。比如以微软、INTEL 等公司为主要成员UPnP（通用即插即用）组织、欧洲KNX协议等。智能家居从概念引进到现在发展已有10个年头，国内一直未能有一个统一的行业标准及规范来约束和引导智能家居行业的健康快速发展，各设备厂商按照不同的接口标准与协议生产

20、设备，其结果导致不同设备之间的互连、互通变得非常困难。因此，中国智能家居企业向国外学习，首先应当建立共同遵循的标准与协议，这是发展智能家居安防监控必须首先解决的问题。1.4.3 国外安防系统的发展现状自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制

21、功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。这种“未来之家”家庭智能化系统，市场真正启动尚需时日。目前在新加坡也有近30个社区（住宅小区）近5000户的家庭采用了“家庭智能化系统”，美国已有近四万户家庭安装了这一类的“家庭智能化系统”，相信到了21世纪将会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品。目前美国有一种占据市场主流的产品X-10，销售已超过1亿个，设计户型为单体别墅，应用多为旧房改造，仅在美国便有超过400万个家庭在使用。但这些产品技术限制较多，并不适合在我国原样照搬使用应用。三星从今年春节后，开始在中、韩两国同时推出其智

22、能家居系统，通过机顶盒和网络，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。根据美国该行业之专业顾问公司PARKS的统计资料显示：1995年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000至9000美元之间。 1995年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为0.33，看来市场真正启动尚需时日。预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为8。 PARKS公司的资料亦显示：到2004年，家庭网络市场总额可达57亿美元。据国际专家预测，到2010年底国际智能家居的产品销售额可达500亿美元。 2020年可达1000亿美元。由于智能

23、家居的诱人前景和巨大市场，尽管国外市场真正启动也尚需时日，但并未能阻止企业去争食智能家居市场。虽然每家公司的策略各不相同，但它们都坚持同样的信念：山那边遍地是金。IBM公司的迈克尔。凯罗斯克说：“这是个不容IBM公司忽视的市场机会。”1.5 论文结构第一章：概述：本章主要远程监控系统的产生背景，个人工作任务，以及论文结构。第二章：嵌入式系统开发环境相关概念综述：包括开发平台的搭建，硬件选型，仪器设备详细概述以及系统设计总体框架。第三章：系统需求分析：主要对系统各功能及市场的需求分析介绍了系统在需求分析阶段所拟定的系统特征。第四章：详细设计与实现：包括摄像头驱动的详细设计与实现，GPRS通讯模块

24、的详细设计与实现，web服务器的详细设计与实现以及主程序的流程详细设计。第五章：功能测试与总结：对各功能模块的测试，并作针对性总结。1.6 本章小结本章对本论文的研究背景、课题来源进行了说明，提出了本论文的课题任务，细致划分了论文结构，使读者对本论文有初步的了解。2 嵌入式系统开发环境相关概念综述2.1 嵌入式系统开发环境简介2.1.1 什么是嵌入式系统嵌入式系统一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不能称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似

25、于 PC 中 BIOS 的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上 PDA 、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。嵌入式系统的硬件部分，包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和 I/O端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备

26、像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM 或闪存（Flash Memory）作为存储介质。软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。其的核心是嵌入式微处理器4。2.1.2 嵌入式微处理器嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式处理器一般就具备以下4 个特点：（1） 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度。（2） 具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在

27、软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。（3） 可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。 （4） 嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW 甚至W 级。2.1.3 ARM微处理器简介ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1991 年ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM 技术知识产权（IP）核的

28、微处理器，即我们通常所说的ARM 微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位RISC 微处理器75以上的市场份额，ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM 公司购买其设计的ARM 微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM 微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM

29、公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。2.1.4 ARM 微处理器的应用领域到目前为止，ARM 微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域：（1）工业控制领域：作为32 的RISC 架构，基于ARM 核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM 微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8 位/16 位微控制器提出了挑战。（2）无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM 技术， ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日

30、益巩固。（3）网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM 技术的ADSL 芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM 在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。（4）消费类电子产品：ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。（5）成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM 技术。手机中的32 位SIM 智能卡也采用了ARM 技术。除此以外，ARM 微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。2.1.5 ARM 微处理器的特点采用RISC 架构的ARM 微处理器一般具有如下特点：（1） 体积小、低功耗、低成本、高性能；（2） 支持Thumb（16 位）/ARM（32 位）双指令集，能很好的兼容8 位/16 位器件；（3） 大量使用寄存器，指令执行速度更快；（4） 大多数数据操作都在寄存器中完成；（5） 寻址方式灵活简