基于ARM的智能家居安防监控系统的设计与实现

摘要：介绍了一种以ARM嵌入式开发板为核心、融合因特网通信和GPRS无线通信技术的，智能家居安防监控系统，给出了系统的功能和结构以及硬件原理框图和软件设计思路。该系统由传感器采集信号，摄像头采集图像，经ARM开发板处理后，利用因特网和GPRS模块传输到远程的监控中心。使用Boa嵌入式Web服务器和SOLite数据库搭建远程监控系统，用户通过点击网页上的按钮远程发送控制命令。实验测试表明，该系统不仅有效地实现了快速报警、远程监控功能，还实现的图像的抓拍、打包下载等功能，满足远程监控的设计要求。

伴随着数字化和网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落，成为一种势不可挡的历史化大趋势。面对当前犯罪分子作案手段日趋技能化、智能化、团伙化和暴力化的势态，单靠传统的“人防”一种途径已远不能适应新形式下斗争的需要。

新型的安防监控系统利用安置在家中的不同功能的传感器采集各类环境参数，传输到上位机，利用信息管理软件进行数据存储、显示、分析处理等操作，对异常情况进行报警，并根据预置控制策略自动处理，及时消除安全隐患。

随着网络通讯技术及图像压缩处理技术以及传输技术的快速发展，使得家庭能够采用最新的通讯和图像处理技术，通过网络传输数字图像，可为实现家庭监控系统提供高效可行而且价格低廉的解决方案。

因此，开发和推广远程安防监控系统，使得人们在可以繁忙工作的同时，在远程就了解自己家庭概况，及时做出分析与判断，具有非常重要的实际意义。

1 系统功能及总体结构设计

1.1 系统实现的功能

该系统主要是针对家庭用户而设计的，对家居的安全状况进行监控。用户可以根据自己需要进行用户基本信息及监控状态、监控参数等的设置。系统实现了以下功能：

1)用户设置：可以在监控主页面点击用户设置按钮，设置登录界面的用户名、密码;修改或新增接收告警信息的手机号码、变更短信中心号码、设置火灾温度上限。

2)家居安全状况远程实时监控与查询：主人外出，可通过手机或其他联网设备通过浏览网页来查看家中的安全状况。

同时主人可以点击网页上的相关按钮，远程发送控制命令。

3)家居安防监控：当小偷闯入住宅或有火灾等违纪事件发生时，监控终端能实时地监测到险情，并自动采取相应处理措施，同时向监控中心发送告警信息，监控中心则以GSM短信的方式通知户主。

4)现场图像抓拍功能：在设防状态下，当红外传感器或者门磁触发告警时，摄像头将自动抓拍图像，通过在ARM开发板上搭建的MGPJ—Streamer服务器处理图像，并以流的方式将图像保存到SQLite数据库中。

5)历史照片的打包下载和定时删除：为方便查看和快速传输历史照片，所以将历史照片以.tar.gz格式进行打包压缩，同时为保证存储空间的充裕，所以提供定时删除过去一段时间的照片。

1.2 系统总体结构

该系统以FS_S5PC100开发板和Linux操作系统作为实验平台，主要立足互联网，采用摄像机采集图像，经压缩处理后传到互联网，远端用户可以通过浏览网页或手机上网直接查看家中情况。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;使用嵌入式Linux操作系统，通过交叉编译模式，使用C语言编写移植驱动和控制程序，并在Linux系统中搭建视频服务器、WEB服务器和SQL ite数据库。系统的总体设计框架如图1所示，整个系统分为以下3个模块：

1)输入模块：包括两类，一是监测参数的采集模块，即火灾的温度采集模块、防盗的摄像头监测模块，采集并无线发送监测参数;二是实现控制的模块，即Internet或手机通过网络实现对整个监测系统的用户信息及监控参数的设置、监测参数的查询、显示及设防、撤防等控制指令下发;

2)处理模块：以ARM开发板为核心的主控板，接收由输入模块采集的数据，并进行逻辑判断，如果有异常发生，通知输出模块做出相应的处理;同时也能根据网页上发送过来的各种设置和控制指令，然后调用相应的处理函数;

3)输出模块：解析处理模块发出的信号，实施相应的异常处理措施;如果温度传感器测得的温度高于预先设定的温度或者红外传感器探测到有不法分子闯入，那么开启相应的声光报警和对应的异常处理，通过控制摄像头来捕捉图片，然后进行图像处理并将数据保存在SQLite数据库中。并通过GPRS模块发送告警短信通知用户家居现场情况，用户根据具体情况点击网页上对应按钮发送命令给系统，完成一个远程监控的任务。

2 系统硬件设计

根据系统的总体架构，分析远程安防监控系统功能上的需求，得知相应的硬件需求如表1所示。

处理模块处在系统中间层，既要处理输入模块采集的数据，又要控制输出模块的相应处理，同时还得与远程监控中心进行数据交互，这就要求其具有较强的数据处理能力。基于此考虑，本系统选用了基于Samsllng公司的Cotex_A8内核的FS_S5PC100作为实验平台。考虑到市场的普及度与可靠性的要求，GPRS模块选用SIEMENS公司的TC35i/MC35，该模块内嵌强大的TCP/IP协议栈，低功耗，增强的AT控制指令。由于具体的硬件设计电路图比较繁杂，在此给出系统硬件实现框图，如图2所示。

3 系统软件设计

系统软件实现主要包括：S5PC100软件编程，监控页面的编程两大部分，在此只介绍S5PC100微控制器的软件编程部分。

3.1 系统移植与驱动设计思想

考虑到系统的稳定性和可靠性，在S5PC100上采用Linux嵌入式实时操作系统，与传统的实时操作系统(RTOS)相比，采用嵌入式Linux这样的开放源码的操作系统的另外一个好处是Linux开发团体看来会比RTOS的供应商更快地支持新的IP协议和其它协议。例如，用于Linux的设备驱动程序要比用于商业操作系统的设备驱动程序多，如网络接口卡(NIC)驱动程序以及并口和串口驱动程序。