基于ARM+GPRS的報警系統設計和應用

摘 要：應用mini2440開發板作為硬件設計平臺，采用嵌入式linux作為軟件設計平臺，基于GPRS A6模塊的遠程監控和報警系統。模擬場景測試后，此次設計的報警系統完成了在室內溫度探測，視頻監控，短信通知和聲光報警等功能，具有很好的安防實用性。

關鍵詞：嵌入式系統；mini2440；GPRS A6；監控報警

目前科技和經濟的飛速發展，越來越多的自動化電氣設備進入普通的家庭，因此帶來了更多的安全隱患，如何降低電器設備在非正常工作之后產生的安全問題是此次報警系統的設計目標。當設備在異常后，人們能通過監控設備及時的了解異常的信息并自動的處理異常的問題，由此可見，報警監控系統對于家庭來說有著很大的作用。

早在幾年前，就有人提出了基于嵌入式Web服務器信息家電安防系統的軟件方面的設計，進而實現了嵌入式系統與網絡相連的方案，室內情況可以得到實時安全監控和圖像信息傳輸。但是也有很多的不足之處，比如傳輸速率低下，監控設備與網絡之間的數據交互相對繁瑣。此次方案設計是基于GSM/GPRS，采用USB攝像頭傳送的視頻信息通過網絡接口傳送到服務器，人們可以在手機等監控端可以直接通過網絡看到服務器上的攝像頭傳送的圖像信息，進而實現了對特定場景的實時監控。

1 總體方案設計

報警系統采用以ARM9處理器mini2440作為控制器，只要功能是從溫度傳感器，紅外傳感器和USB攝像頭采集溫度和圖像信息，并且根據相應的信息來自動進行報警和滅火操作的執行，發生異常情況之后通過GSM/GPRS模塊向制定的手機發送報警信息，同時監控設備可以通過網絡進行數據交互，并可以通過登陸特定的網頁對監控機進行控制。系統總體方案設計框架如圖1所示。

2 硬件模塊設計

2.1 主控電路模塊

本次設計采用的主控電路模塊是Samsung公司的S3C2440處理器，主控模塊外圍硬件設備包括USB攝像頭，GSM/GPRS模塊，溫度傳感器模塊，紅外傳感器模塊，蜂鳴器報警模塊，模擬滅火操作模塊。MCU采用時間片輪流查詢的方式從溫度傳感器模塊和紅外傳感器模塊分別讀取數據信息，當讀取的溫度數據超過設置的值，或者當MCU收到紅外傳感器模塊的特定中斷信號時，此時蜂鳴器會發出警報聲，并且向用戶手機發送警報信息，在自動進行這些警報操作時，攝像頭還會獲取視頻信息。

2.2 聲音報警模塊

采用mini2440硬件模塊上自帶的蜂鳴器，將蜂鳴器接到MCU的通用輸入輸出設備上（GPIO），此次采用的硬件管腳為GPB0，首先將GPIO配置寄存器GPBCON設置為輸出模式（01表示輸出），當數據寄存器GPBDAT寫入1時，蜂鳴器開啟，否則寫入0為關閉蜂鳴器。聲音報警模塊電路如圖2所示。

2.3 滅火模擬模塊

將四個用戶LED作為滅火模擬電路，LED亮表示滅火裝置已經啟動。LED與MCU的GPIO相連，具體的連接引腳為GPB5，GPB6，GPB7，GPB8，首先應該對可復用的GPIO口進行對應寄存器的配置，將配置寄存器GPBCON配置為輸出模式，接著就是對LED的控制，具體是對數據寄存器GPBDAT的寫操作，寫入0，LED燈亮，表示滅火裝置啟動，寫入1，LED滅。

2.4 溫度監控模塊

溫度值是由最小系統從溫度傳感器中獲取，獲取的溫度值通過A/D轉換器轉換后傳送給MCU。A/D轉換器又稱為數模轉換器，是將模擬信號轉換成單片機能夠識別處理的數字信號，數模轉換器相當于一般模擬信號和單片機之間進行聯系的中轉站。mini2440開發板采用的A/D轉換器是ARM s3c2440集成的一個8通道10位CMOS A/D轉換器，而且可以支持LCD觸摸屏功能。AD轉換器頻率=50MHz/（49+1）=1MHz，轉換時間=1/（1MHz/5cycles）=1/200KHz=5us。

本次設計的電路是通過轉動變阻器的阻值來改變加載電壓進而實現對模擬溫度的變化。在程序的實現上是通過read，write函數來進行對A/D轉換器的讀和寫操作。

2.5 紅外傳感模塊

本次設計采用的紅外傳感器模塊是E18-D80NK紅外光電傳感器，這種光電傳感器將發射頭和接收頭集成在一個模塊上，傳感器的原理是，首先將光線經過調制后從發射頭發出，碰到障礙物后形成反射光，接收頭將反射光重新進行解調后輸出，正因為這種調制作用，受外界光線的干擾較小，發射頭上安裝了透鏡增加了探測距離。特點是具有探測距離遠，受可見光干擾小，價格便宜，易于裝配，使用方便等特點。硬件引腳接到MCU的GPIO口上，軟件上首先對相關寄存器進行配置，將配置寄存器GPFCON設置為輸入模式，根據原理圖，最后就是進行中斷的處理，設置為下降沿驅動。

2.6 GSM/GPRS模塊

GPRS模塊全稱是通用分組無線技術，其作用是將TTL串口數據通訊轉化為GPRS無線數據通訊。GPRS在全國范圍內都有很好的廣域覆蓋，本次設計電路采用的是GPRS A6模塊，繼承了數據傳輸的核心模塊，提供了TTL串口轉GPRS/短信息/語音通話等信息傳輸功能。A6模塊的傳輸高效，目前GPRS最高可支持86.5比特率的傳輸速率，理論峰值傳輸可超過一百比特率。特點是價格低廉，使用方便，性能優秀，支持2個串口，一個下載串口和一個AT命令口，模塊的UART_TXD和UART_RXD口連接開發板的UART1口。A6 GSM/GPRS模塊電路圖如圖3所示。

3 軟件程序設計

本次設計的程序主要有三個方面，主程序流程框圖如圖4所示，其中包含等待紅外傳感器出發的中斷信號和獲取溫度傳感器超過臨界溫度信號兩個線程等待的控制命令，在程序中使用輪流查詢的方式來檢測運行中的線程狀況，獲取到輸入信號時及時的進行相應的操作。

防盜進程和滅火模擬處理進程流程框圖如圖5所示，當紅外傳感器接收到信號后，給用戶發送報警短信，并且開啟聲光報警提示和通過攝像頭獲取現場的圖像信息。程序中是通過AT指令給用戶手機發送報警信息。

4 模擬測試結果及分析

4.1 設計平臺

硬件上選擇友善之臂公的mini2440開發板，MCU為s3c2440芯片，軟件平臺選擇的是Linux操作系統：Fedora 14。

由于程序開發是在Linux系統上進行，而可執行文件是在嵌入式設備上運行，鑒于兩者平臺處理器結構不同，所以首先第一步是交叉開發工具鏈的建立，目的是完成不同體系結構上程序代碼的編譯鏈接和最終調試。在Linux終端上執行命令gcc -v，可以看到安裝的gcc版本4.5.1，表明交叉工具鏈建立完成。

第二步是進行u-boot的移植。采用的u-boot版本為u-boot-1.1.6，將修改好的u-boot源碼進行編譯，在終端上執行命令make，生成二進制文件u-boot.bin，最后通過jlink燒寫到開發板Nandflash的第一個分區。

第三步是Linux內核的編譯和移植，采用的內核是Linux-2.6.32.2版本，然后將鏡像文件燒寫到Nandflash的第二個分區。

最后是根文件系統的制作。創建目錄/bin，/sbin，/dev，/etc，/lib，/home，/root，/usr，/war，/proc，/mnt，/tmp，再在/etc下建立初始化啟動所需要的文件，最后是構建yaffs文件系統映像文件，目的是將編譯好的程序以文件的形式燒寫到存儲設備上去。

應用mkyaffsimage工具程序制作yaffs image，打包鏡像文件：cd/opt/mkyaffs2image-128M root/root.yaffs，然后將生成的rootfs.yaffs拷貝到Windows平臺，最后燒寫YAFFS（rootfs.yaffs）到Nandflash的第三個分區，至此，根文件系統制作燒寫完成。

4.2 系統功能測試與分析

在開發板上插入USB攝像頭，串口上插入GSM/GPRS A6模塊，在SIM卡插入GPRS卡槽中，打開電源啟動開發板。在一臺已聯網的電腦設備的瀏覽器中輸入網址：http：//192.168.1.230：8080 /stream_simple.html，即可看到攝像頭的動態畫面了，進而實現對室內環境的實時監控，此次采用的開發板IP地址為192.168.1.230，結果如圖6所示。

頁面左側有控制按鈕，能實現控制功能。手動模擬觸發紅外傳感器，此時蜂鳴器報警，用戶手機收到報警短信，短信內容為“thief”。當旋轉開發板上的電位器時，調整A/D模塊的輸入，進而模擬溫度改變的情況，當輸入溫度達到設定的臨界值時，蜂鳴器報警，監控機通過GPRS模塊向用戶手機發送報警短信“fire”，此時模擬滅火裝置的LED燈亮。

5 結語

本次設計的報警系統結合嵌入式Web服務器，GSM/GPRS技術以及嵌入式ARM9相關編程技術，實現用戶對室內情況的實時監控，該系統也可以進行多種功能的擴展，根據用戶的功能需求或監控環境的改變進行個性化定制，使得用戶及時通過網絡和手機獲得家中的異常情況，當安全隱患發生時，自動的進行相應的操作降低異常帶來的經濟損失。在報警系統中通過網絡提供遠程訪問服務，并通過GSM短信息及時的通知用戶發生的異常情況。在現代化安防中，起到很重要的作用。

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作者簡介：

王元（1993-），男，漢族，湖北仙桃人，碩士，研究方向：嵌入式系統應用。