基于ARM及GPRS的遠程入侵監控報警系統的設計

楊海鳳，李 巖

（哈爾濱理工大學 測控技術與通信工程學院，黑龍江 哈爾濱 150080）

隨著電子和通信技術的不斷發展，單片機已經在數據壓縮采集、電子設備、工業控制領域、以及多種家電設備等方面得到了廣泛的應用，無線通信因其投資少、維護簡單、方便、快捷和實時性強的優勢，充分彌補了有線通信的缺陷，尤其是現在已經覆蓋全國的GPRS網絡已經得到了非常廣泛的應用。

同時無線報警系統越來越受歡迎，無線監控報警系統不需要人員在場，將單片機技術、通信技術、網絡技術和計算機技術結合起來，通過一定的網絡設備建立起通信關系，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準確采集、傳輸的系統[1]。

可見設計出一種低價格適于家用的、工作性能穩定可靠的智能型入侵監控報警系統是必要的。通過此系統對家里出現的入室盜竊等狀況自動發送報警信息數據并及時通知用戶進行處理和解決。

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無線通信網絡，實現入侵信號的檢測和現場入侵圖像的采集，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或窗等部位。

圖1 系統應用示意圖Fig.1 System application schemes

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，紅外傳感器立即向主控制器發出報警信號，接到警情之后，主控制器對信息進行確認，證實無誤后，對圖像采集器進行初始化并拍攝入侵圖像，接著把圖像數據信息通過GPRS模塊以發送彩信的形式傳給用戶手機。如果用戶想主動查看家里情況，則可以給報警系統發送短消息告知，GPRS模塊接到信息后，通過程序將信號傳送至監控系統，再重復上面的過程，這樣就完成了主動查詢的功能[2]。使用戶了解家里的情況。系統的整體工作過程如圖2所示。

3 系統硬件設計

整個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2 系統總體工作過程圖Fig.2 System the overall work process maps

圖3 系統結構圖Fig.3 System structure

監控系統以微處理器為核心，通過控制和協調各個模塊的正常運行來保證系統穩定有序的工作。本系統選用功耗低、價格合理、體積小、可靠性高的基于ARM Cortex-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、先進架構的Cortex-M3內核，采用指令和數據總線分開的哈佛結構，在取指的同時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，內部集成的實時時鐘功能滿足本課題對時間截取的要求，內置了快速的中斷控制器，提供了優越的實時性能，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來探測入侵者身體產生的紅外線輻射，并轉化成電信號輸出，從而觸發攝像頭拍攝現場照片，并將其傳送至用戶手機終端[3]。

選用GXT-M201串口攝像頭模塊來完成現場圖像的采集和壓縮。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，它是通過比較簡單的串行口指令來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，接著通過串口輸出。

選用IWOW公司的TR800GPRS模塊，TR800的接收速率和發送速率都能夠保證穩定可靠的實現數據、傳真、語音傳輸和短消息服務。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ESTI GSM Phase2+標準兼容，支持文本和PDU格式的的短信傳輸，支持Group3（Class2.0）協議的傳真功能和語音功能。TR800的下載速度最大可達85.6kbps，內部嵌入了TCP/IP協議棧，WAP協議棧和 MMS（彩信）協議棧[3]。

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，保證整個系統穩定可靠的運行起來，達到設計要滿足的要求。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Tab.1 System software structure

4.1 圖像采集模塊通信協議

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。攝像頭通信時采用的協議是UART串行協議，與微控制器每次傳遞6個字節的單獨指令，指令的包頭為0xAA。攝像頭模塊與單片機之間通信時，采用的通信方式是應答的方式[4]。

4.2 用戶終端請求協議

如果用戶想主動了解家中的安全情況，可以通過手機給GPRS模塊傳送短信息命令，進入串口接收中斷入口，微控制器觸發攝像頭拍攝現場照片，然后再由GPRS模塊以彩信的形式傳送[5]。

圖4 用戶請求拍照軟件結構Fig.4 User requests take pictures software structure

4.3 GPRS模塊軟件分析

GPRS模塊TR800與微控制器STM32F103之間通過USART2這個串口進行數據通信，通過該串口，可以用標準的AT指令控制TR800[6]，以完成數據的無線發送。GPRS模塊TR800內嵌彩信協議棧，支持彩信的收發，通過串口用AT指令來控制模塊工作，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口中斷發生則證明有人員闖入，這時要立刻觸發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送出去或者是在NAND FLASH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Fig.5 Inductive I/O mouth interrupt subroutines flow chart

5 結束語

該系統將單片機技術、通信技術、網絡技術和計算機技術結合起來，通過一定的網絡設備建立起通信關系，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準確采集、傳輸的系統。該系統具有成本低、實用方便、人機界面友好等優點，從而滿足用戶對家庭安全的需求。

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