基于ARM的Linux操作系統(tǒng)嵌入式智能安防系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明采用的技術(shù)方案為基于ARM的Linux的操作系統(tǒng)嵌入式智能安防系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括硬件電路、基于ARM的Linux操作系統(tǒng)；所述的Linux操作系統(tǒng)Ubuntu是整個(gè)系統(tǒng)的軟件控制中心。起始代碼Boot。內(nèi)核Kernel，所述內(nèi)核Kernel是操作系統(tǒng)的核心部分，內(nèi)核運(yùn)行進(jìn)程，并提供進(jìn)程間的通信。監(jiān)控模塊包括MQ-2煙霧傳感器、DS18B20溫度傳感器、HC-SR501人體感應(yīng)模塊；本發(fā)明的嵌入式智能安防系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、低功耗的特點(diǎn)，系統(tǒng)能夠?qū)τ脩舡h(huán)境的安全狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是低功耗設(shè)和報(bào)警反應(yīng)快、時(shí)間短。
【專利說(shuō)明】基于ARM的Linux操作系統(tǒng)嵌入式智能安防系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能安防系統(tǒng)，尤其涉及一種基于ARM的Linux操作系統(tǒng)嵌入式 智能安防系統(tǒng)，屬于智能安防監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外都展開(kāi)了積極的研究，它是國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)前 沿課題。雖然目前市場(chǎng)上也有不少智能安防監(jiān)控方面的產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品一般只適合于 較大的企業(yè)和學(xué)校等研究單位使用，能夠以較低的成本和進(jìn)入尋常百姓家還需要很長(zhǎng)的時(shí) 間。
[0003] 智能安防監(jiān)控系統(tǒng)是一種綜合運(yùn)用多種技術(shù)，比如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制和計(jì)算機(jī) 技術(shù)等對(duì)所需監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)。
[0004] 縱觀安防監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的歷史，大致可分為三個(gè)階段。
[0005] 第一階段，本地模擬監(jiān)控系統(tǒng)。原始視頻監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)生源于攝像機(jī)、電視機(jī)的出 現(xiàn)，模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常由攝像機(jī)等前端設(shè)備、傳輸系統(tǒng)和主控顯示記錄設(shè)備三大部分 組成。
[0006] 第二階段，基于PC的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要的工作方式是處理各種信息和 完成本地所要求監(jiān)控的各種功能。
[0007] 第三階段，基于嵌入式技術(shù)的安防系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是采用嵌入式技術(shù)將監(jiān)控終端 的采集的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的判斷做出相應(yīng)的處理。
[0008] 隨著我國(guó)IC設(shè)計(jì)和電子通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水 平的不斷提高，大家對(duì)居住環(huán)境的要求，也向著追求更加安全舒適、智能化為目標(biāo)，智能安 防系統(tǒng)也逐漸備受人們的關(guān)注。
[0009] 傳統(tǒng)已有的智能安防系統(tǒng)走線工作量大，不易養(yǎng)護(hù)和維修，可能發(fā)生錯(cuò)報(bào)的情況， 而且整個(gè)系統(tǒng)成本昂貴?；贏RM的嵌入式智能安防系統(tǒng)可以加入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，例如 Linux,wince,ucos,android等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提出了基于ARM的Linux系列ubuntu操作系統(tǒng)以及GPRS網(wǎng)絡(luò) 通信技術(shù)的嵌入式智能安防系統(tǒng)，該系統(tǒng)可應(yīng)用到小型倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)所和家庭的智能安防，同時(shí) 可克服現(xiàn)有技術(shù)價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易實(shí)時(shí)操作的特點(diǎn)。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為基于ARM的Linux的操作系統(tǒng)嵌入式 智能安防系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括硬件電路、基于ARM的Linux操作系統(tǒng).
[0012] 所述硬件電路包括MCU模塊、監(jiān)控模塊、攝像頭模塊、GPRS通信模塊、顯示模塊，其 中，監(jiān)控模塊包括MQ-2煙霧傳感器、DS18B20溫度傳感器、HC-SR501人體感應(yīng)模塊.
[0013] 所述MCU模塊是ARM9系列的S3C2440芯片，是系統(tǒng)的控制中心，MCU接收傳感器的 輸入信號(hào)之后做出相應(yīng)的處理，MCU控制相對(duì)應(yīng)的電路實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警和GPRS模塊實(shí)行短信 的發(fā)送；所述MQ-2煙霧傳感器用于檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度；DS18B20溫度傳感器用于檢測(cè) 環(huán)境中的溫度；HC-SR501人體感應(yīng)模塊，用于檢測(cè)環(huán)境中的非法闖入；所述攝像頭模塊是 0V9650攝像頭監(jiān)控模塊，用于系統(tǒng)中的拍照；所述GPRS通信模塊是SM900通信模塊，用于 短信發(fā)送；所述顯示模塊是LCD顯示模塊用以顯示當(dāng)前的溫度、日期、時(shí)間和當(dāng)前的畫(huà)面。
[0014] 所述的Linux操作系統(tǒng)Ubuntu是整個(gè)系統(tǒng)的軟件控制中心。起始代碼Boot,所述 起始代碼Boot是在操作系統(tǒng)起始的時(shí)候運(yùn)行的一段程序。內(nèi)核Kernel,所述內(nèi)核Kernel 是操作系統(tǒng)的核心部分，內(nèi)核運(yùn)行進(jìn)程，并提供進(jìn)程間的通信。圖形用戶界面Qt，所述圖形 用戶界面Qt是系統(tǒng)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)框架。文件管理Roofs，所述文件管理Roofs是系統(tǒng)根 文件管理文件。
[0015] Linux操作系統(tǒng)，所述的Linux操作系統(tǒng)Ubuntu中包括部分驅(qū)動(dòng)程序，可以直接在 其基礎(chǔ)之上開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。
[0016] 起始代碼Boot,所述的起始代碼Boot中為u-boot，相應(yīng)的研究方法是在虛擬機(jī)上 編譯源碼,修改Makefile配置文件生成對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)板的u-boot文件，再執(zhí)行Linux指令，生成 u-boot.bin,并將二進(jìn)制文件下載到開(kāi)發(fā)板中。
[0017] 內(nèi)核Kernel,所述的內(nèi)核Kernel中，包括事件的調(diào)度和同步、進(jìn)程間的通信、存儲(chǔ) 器管理。本發(fā)明開(kāi)發(fā)的步驟是在虛擬機(jī)上解壓內(nèi)核壓縮包，然后使用Linux指令清理內(nèi)核 文件，再對(duì)Makefile文件進(jìn)行一定的修改，并對(duì)配置文件進(jìn)行相應(yīng)的配置，最后再用Linux 指令得到內(nèi)核文件ulmage，將其通過(guò)USB下載到開(kāi)發(fā)板中。
[0018] 圖形用戶界面Qt，所述的圖形用戶界面Qt中，搭建Qt環(huán)境的方法如下，首先是在 宿主機(jī)上配置編譯Qt的對(duì)應(yīng)環(huán)境，完成觸摸屏控制程序的編譯；其次配置編譯對(duì)應(yīng)嵌入式 設(shè)備環(huán)境，編譯相應(yīng)控制程序；最后，動(dòng)態(tài)庫(kù)和觸摸屏程序編譯好之后再移植到MCU的相應(yīng) 文件目錄下，至此Qt環(huán)境的搭建完成。
[0019] 文件管理Roofs，所述的文件管理Roofs中，在虛擬機(jī)中解壓縮roofs源碼，接下來(lái) 在交叉編譯環(huán)境里編譯生成鏡像文件，將鏡像文件下載到開(kāi)發(fā)板。
[0020] 基于ARM的Linux操作系統(tǒng)控制硬件電路的流程，系統(tǒng)上電之后操作系統(tǒng)控制硬 件驅(qū)動(dòng)程序，進(jìn)而控制硬件模塊完成相應(yīng)的操作；過(guò)程為操作系統(tǒng)控制傳感器模塊監(jiān)測(cè)環(huán) 境中的煙霧濃度、溫度、非法闖入，當(dāng)有異常發(fā)生時(shí)，操作系統(tǒng)對(duì)輸入信息進(jìn)行判斷，同時(shí)操 作系統(tǒng)控制相應(yīng)的電路聲光報(bào)警、控制攝像頭模塊完成圖像的采集、控制GPRS模塊完成短 信的發(fā)送。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0022] 本發(fā)明的嵌入式智能安防系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、低功耗的特點(diǎn)， 系統(tǒng)能夠?qū)τ脩舡h(huán)境的安全狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是低功耗設(shè)和報(bào)警反應(yīng) 快、時(shí)間短。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是整個(gè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。
[0024] 圖2是整個(gè)系統(tǒng)軟件流程圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)智能安防系統(tǒng)的不足，提出了基于ARM的Linux系列ubuntu操作 系統(tǒng)以及GPRS網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的嵌入式智能安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以便應(yīng)用到家庭和小型倉(cāng) 儲(chǔ)場(chǎng)所。
[0027] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一 步說(shuō)明。
[0028] 圖1為整個(gè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)硬件電路包括ARM9控制模塊、電源及復(fù)位模 塊、GPRS模塊、傳感器模塊、CMOS攝像頭模塊、LCD觸摸屏顯示模塊、報(bào)警模塊、相關(guān)外圍電 路。
[0029]MCU核心芯片采用三星公司的S3C2440,它基于ARM920T核心，主頻達(dá)到400MHz， 0. 13ym的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元，功耗較低，而且全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適合于對(duì)成本 和功率敏感型的應(yīng)用。采用MQ_2煙霧傳感器，監(jiān)測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度；直流5V是工作電 壓，具有輸出指不的信號(hào)，輸出低電平為有效信號(hào)，模擬量輸出〇?5V電壓，濃度越高相應(yīng) 電壓越高；煙感對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度，使用壽命較長(zhǎng)和可靠的穩(wěn)定 性，快速地響應(yīng)恢復(fù)特性，通過(guò)A/D接口與ARM開(kāi)發(fā)板相連接。采用DS18B20溫度傳感器 監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度；DS18B20提供9位（二進(jìn)制）溫度讀數(shù)指示，器件的溫度信息經(jīng)過(guò)單一數(shù) 字接口送入DS18B20或從DS18B20送出，所以從主機(jī)CPU到DS18B20只需要一條線（和地 線），DS18B20的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源，DS18B20的測(cè)量范圍從-55 到+125,增量值為0.5,可在Is(典型值）內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。HC_SR501人體感應(yīng)模塊 監(jiān)測(cè)環(huán)境中的人，HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，采用德國(guó)原裝進(jìn)口LHI778 探頭設(shè)計(jì)，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式。GPRS代表的是通用分組無(wú)線服務(wù)，其 是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式，在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用非 常普遍。本系統(tǒng)選用SM900GPRS模塊實(shí)現(xiàn)ARM9控制器和用戶之間的通信，SM900模塊正 常工作時(shí)，需要安裝一張SM卡，確保天線連接正確，工作時(shí)還需要網(wǎng)絡(luò)支持，SM900模塊 采用AT指令集通過(guò)串口UATR與S3C2440進(jìn)行通信。SM900A模塊是一款尺寸緊湊的GSM/ GPRS模塊，采用SMT封裝，基于STE的單芯片案，采用ARM926EJ-S架構(gòu)，性能強(qiáng)大，功耗低， 支持?jǐn)?shù)據(jù)、短信、語(yǔ)音的通信。0V9650CM0S攝像頭監(jiān)測(cè)和記錄環(huán)境中的人員情況，130萬(wàn)像 素，成像清晰，適用攝像監(jiān)控方面。攝像頭通過(guò)20pin的管腳與ARM開(kāi)發(fā)板相連接，便于操 作和維護(hù)。LCD顯示屏模塊，顯示當(dāng)前的溫度、日期和時(shí)間、以及攝像頭記錄的實(shí)時(shí)畫(huà)面；顯 示屏模塊通過(guò)FPC45pin與ARM開(kāi)發(fā)板相連接。聲光報(bào)警模塊，BUZZER完成聲音報(bào)警，通過(guò) GPIO與開(kāi)發(fā)板連接，LED完成光報(bào)警，通過(guò)GPIO與開(kāi)發(fā)板連接。
[0030] 圖2是整個(gè)系統(tǒng)軟件流程圖。
[0031] 系統(tǒng)軟件包括Linux操作系統(tǒng)ubuntu的裁剪和移植、系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)相 應(yīng)硬件模塊驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)。系統(tǒng)被劃分為幾個(gè)相應(yīng)的任務(wù)，既傳感器檢測(cè)程序、攝像頭監(jiān) 測(cè)程序、IXD顯示程序，以及出現(xiàn)異常之后的處理，GPRS控制發(fā)送短信模塊和系統(tǒng)聲光報(bào)警 模塊的程序。
[0032]Linux操作系統(tǒng)的移植和編譯，包括起始代碼Boot、內(nèi)核Kernel、圖形界面Qt、文 件管理Roofs等源碼的修改和移植，以及編譯后的二進(jìn)制文件下載到對(duì)應(yīng)目標(biāo)開(kāi)發(fā)板。在 ARM9開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行相應(yīng)的Linux操作系統(tǒng)，這就意味著需要將Linux系統(tǒng)移植到開(kāi)發(fā)板上。 首先需要搭建交叉編譯環(huán)境，本方案宿主機(jī)采用的操作系統(tǒng)是Ubuntu，交叉編譯器選用的 是arm-linux-gcc，目標(biāo)機(jī)為ARM9開(kāi)發(fā)板，交叉編譯環(huán)境的建立過(guò)程就是利用Linux指令 對(duì)交叉編譯器壓縮包解包的過(guò)程。Boot就是在操作系統(tǒng)起始的時(shí)候運(yùn)行的一段程序，其中 包括硬件設(shè)備的初試化、內(nèi)存空間的映射圖建立，為調(diào)用內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。本系統(tǒng)中 采用的Boot為u-boot;相應(yīng)的研究方法是在虛擬機(jī)上編譯源碼，修改Makefile配置文件生 成對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)板的u-boot文件，再執(zhí)行Iinux命令，生成u-boot.bin，并將二進(jìn)制文件下載 到開(kāi)發(fā)板中。操作系統(tǒng)內(nèi)核是Kernel，從名字便知是操作系統(tǒng)的核心部分。本系統(tǒng)采用的 Iiunx內(nèi)核版本為2. 6. 28,開(kāi)發(fā)的步驟是在虛擬機(jī)上解壓內(nèi)核壓縮包，然后使用Iinux命令 清理內(nèi)核文件，再對(duì)makefile文件進(jìn)行一定的修改，并對(duì)配置文件進(jìn)行相應(yīng)的配置，最后再 用Iinux命令得到內(nèi)核文件ulmage，將其通過(guò)USB下載到開(kāi)發(fā)板中。圖形用戶界面Qt是一 個(gè)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架。本研究中搭建Qt環(huán)境的方法如下，首先是在宿主機(jī)上配置編譯Qt 的對(duì)應(yīng)環(huán)境，完成觸摸屏控制程序的編譯；其次配置編譯對(duì)應(yīng)嵌入式設(shè)備環(huán)境，編譯相應(yīng)控 制程序；最后，動(dòng)態(tài)庫(kù)和觸摸屏程序編譯好之后再移植到MCU的相應(yīng)文件目錄下。根文件系 統(tǒng)Roofs，本研究中在虛擬機(jī)中解壓縮roofs源碼，接下來(lái)在交叉編譯環(huán)境里編譯生成鏡像 文件，將鏡像文件下載到開(kāi)發(fā)板，至此操作系統(tǒng)ubuntu移植完成。
[0033] 系統(tǒng)模塊驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，傳感器監(jiān)控模塊包括檢測(cè)溫度的溫度傳感器，檢測(cè)煙 霧和氣體的煙霧傳感器，檢測(cè)人員的紅外傳感器；其中溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境的溫度，通過(guò) GPIO與MCU連接，所以驅(qū)動(dòng)程序就是定義相應(yīng)的管腳，輸入和輸出為數(shù)字信號(hào)。煙霧傳感器 檢測(cè)環(huán)境的煙霧濃度，通過(guò)A/D接口與MCU連接，驅(qū)動(dòng)程序包括模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再轉(zhuǎn) 換成管腳的對(duì)應(yīng)高低電平。紅外傳感器監(jiān)測(cè)環(huán)境中是否發(fā)生盜竊，通過(guò)GPIO與MCU連接， 驅(qū)動(dòng)程序就是定義相應(yīng)的管腳，定義為輸入量，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)高低電平。LCD顯示屏主要顯示 日期和時(shí)間、當(dāng)前溫度、當(dāng)前實(shí)時(shí)畫(huà)面；所以驅(qū)動(dòng)程序包括LCD模塊的初始化、管腳的初始 化；通過(guò)操作IXD驅(qū)動(dòng)控制寄存器對(duì)IXD進(jìn)行控制和操作，可以設(shè)置IXD的工作模式，通過(guò) 讀寫(xiě)IXDRAM來(lái)完成IXD上顯示的內(nèi)容，IXDRAM的結(jié)構(gòu)和其它RAM有所不同，它是一個(gè)雙口 結(jié)構(gòu)，一個(gè)接口是CPU的讀寫(xiě)接口，另一個(gè)作為與driver的讀接口。攝像頭模塊選用的是 CMOS類0V9650,其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序包括用于從接口獲取圖像的數(shù)據(jù)和將獲得的數(shù)據(jù)傳輸 到進(jìn)程空間；還包括讀取和配置0V9650的寄存器，再通過(guò)IIC接口傳輸數(shù)據(jù)的函數(shù)，還有進(jìn) 行模塊初始化的函數(shù)；同時(shí)還定義了讀取0V9650寄存器的具體方法，調(diào)用對(duì)應(yīng)的讀寫(xiě)的函 數(shù)去讀寫(xiě)0V9650寄存器的函數(shù)等等。
[0034] 系統(tǒng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主程序的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)包括傳感器模塊信息的采 集、攝像頭模塊信息的采集、LCD顯示屏實(shí)時(shí)信息的顯示、GPRS模塊短信息的發(fā)送、聲光報(bào) 警電路的控制。系統(tǒng)上電之后各個(gè)模塊初始化，首先要判斷傳感器模塊檢測(cè)是否有其中任 意一個(gè)發(fā)生異常，如果其中有一個(gè)或多個(gè)發(fā)生異常情況，則MCU控制攝像頭模塊進(jìn)行拍照， 于此同時(shí)電路完成聲光報(bào)警，同時(shí)把報(bào)警信息和圖片通過(guò)GPRS模塊發(fā)送給預(yù)先設(shè)定好的 手機(jī)用戶；如果沒(méi)有異常發(fā)生，則一直判斷傳感器是否有異常產(chǎn)生。前文已經(jīng)將CMOS攝像 頭驅(qū)動(dòng)程序?qū)懞?，現(xiàn)在的操作就是攝像頭應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)；首先是打開(kāi)攝像頭，完成攝像頭 初始化，把攝像頭文件映射到相應(yīng)內(nèi)存中，文件中的位置對(duì)應(yīng)的就是內(nèi)存地址，讀寫(xiě)操作方 便和簡(jiǎn)單；當(dāng)主程序中有異常發(fā)生時(shí)，MCU控制攝像頭進(jìn)行拍照采集圖像，同時(shí)調(diào)用相應(yīng)的 函數(shù)進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)，再通過(guò)對(duì)應(yīng)函數(shù)進(jìn)行圖像處理，再將圖片保存到對(duì)應(yīng)的目錄下，之后關(guān) 閉攝像頭，完成圖像的采集。采集到的圖片MCU通過(guò)串口傳送到GPRS模塊，通過(guò)相應(yīng)AT指 令控制GPRS模塊將圖片發(fā)送出去。系統(tǒng)的MCU通過(guò)控制GPRS模塊采用對(duì)應(yīng)的AT指令實(shí) 現(xiàn)發(fā)送短信或彩信的功能，當(dāng)系統(tǒng)需要發(fā)送GPRS信息時(shí)，首先是發(fā)送對(duì)應(yīng)的AT指令，待 設(shè)備初始化完成后，隨后是發(fā)送CMGF指令用來(lái)選擇文本模式或彩信模式，最后是發(fā)送AMGS 等于：手機(jī)號(hào)碼+信息內(nèi)容命令發(fā)送短信或發(fā)送CMMSSEND等于：電話號(hào)碼+彩信命令發(fā)送 彩信。
[0035] 表1為本發(fā)明系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果。
[0036] 本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)PC安防系統(tǒng)不適合家庭或小的場(chǎng)所應(yīng)用，而提出具有便于操作、 低成本、低功耗和實(shí)時(shí)性高等特點(diǎn)的嵌入式智能安防系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)所進(jìn)行了測(cè)試整 個(gè)嵌入式系統(tǒng)的操作性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等性能。
[0037] 表1系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果
[0038]

【權(quán)利要求】
1. 基于ARM的Linux的操作系統(tǒng)嵌入式智能安防系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括硬件 電路、基于ARM的Linux操作系統(tǒng)； 所述硬件電路包括MCU模塊、監(jiān)控模塊、攝像頭模塊、GPRS通信模塊、顯示模塊，其中， 監(jiān)控模塊包括MQ-2煙霧傳感器、DS18B20溫度傳感器、HC-SR501人體感應(yīng)模塊； 所述MCU模塊是ARM9系列的S3C2440芯片，是系統(tǒng)的控制中心，MCU接收傳感器的輸 入信號(hào)之后做出相應(yīng)的處理，MCU控制相對(duì)應(yīng)的電路實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警和GPRS模塊實(shí)行短信 的發(fā)送；所述MQ-2煙霧傳感器用于檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度；DS18B20溫度傳感器用于檢測(cè) 環(huán)境中的溫度；HC-SR501人體感應(yīng)模塊，用于檢測(cè)環(huán)境中的非法闖入；所述攝像頭模塊是 0V9650攝像頭監(jiān)控模塊，用于系統(tǒng)中的拍照；所述GPRS通信模塊是SM900通信模塊，用于 短信發(fā)送；所述顯示模塊是LCD顯示模塊用以顯示當(dāng)前的溫度、日期、時(shí)間和當(dāng)前的畫(huà)面； 所述的Linux操作系統(tǒng)Ubuntu是整個(gè)系統(tǒng)的軟件控制中心；起始代碼Boot,所述起始 代碼Boot是在操作系統(tǒng)起始的時(shí)候運(yùn)行的一段程序；內(nèi)核Kernel,所述內(nèi)核Kernel是操 作系統(tǒng)的核心部分，內(nèi)核運(yùn)行進(jìn)程，并提供進(jìn)程間的通信；圖形用戶界面Qt，所述圖形用戶 界面Qt是系統(tǒng)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)框架；文件管理Roofs，所述文件管理Roofs是系統(tǒng)根文件 管理文件； Linux操作系統(tǒng)，所述的Linux操作系統(tǒng)Ubuntu中包括部分驅(qū)動(dòng)程序，可以直接在其基 礎(chǔ)之上開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序； 起始代碼Boot,所述的起始代碼Boot中為u-boot，相應(yīng)的研究方法是在虛擬機(jī)上編 譯源碼，修改Makefile配置文件生成對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)板的u-boot文件，再執(zhí)行Linux指令，生成 u-boot. bin,并將二進(jìn)制文件下載到開(kāi)發(fā)板中； 內(nèi)核Kernel，所述的內(nèi)核Kernel中，包括事件的調(diào)度和同步、進(jìn)程間的通信、存儲(chǔ)器管 理；本發(fā)明開(kāi)發(fā)的步驟是在虛擬機(jī)上解壓內(nèi)核壓縮包，然后使用Linux指令清理內(nèi)核文件， 再對(duì)Makefile文件進(jìn)行一定的修改，并對(duì)配置文件進(jìn)行相應(yīng)的配置，最后再用Linux指令得 到內(nèi)核文件ulmage，將其通過(guò)USB下載到開(kāi)發(fā)板中； 圖形用戶界面Qt，所述的圖形用戶界面Qt中，搭建Qt環(huán)境的方法如下，首先是在宿主 機(jī)上配置編譯Qt的對(duì)應(yīng)環(huán)境，完成觸摸屏控制程序的編譯；其次配置編譯對(duì)應(yīng)嵌入式設(shè)備 環(huán)境，編譯相應(yīng)控制程序；最后，動(dòng)態(tài)庫(kù)和觸摸屏程序編譯好之后再移植到MCU的相應(yīng)文件 目錄下，至此Qt環(huán)境的搭建完成； 文件管理Roof s，所述的文件管理Roof s中，在虛擬機(jī)中解壓縮roof s源碼，接下來(lái)在交 叉編譯環(huán)境里編譯生成鏡像文件，將鏡像文件下載到開(kāi)發(fā)板； 基于ARM的Linux操作系統(tǒng)控制硬件電路的流程，系統(tǒng)上電之后操作系統(tǒng)控制硬件驅(qū) 動(dòng)程序，進(jìn)而控制硬件模塊完成相應(yīng)的操作；過(guò)程為操作系統(tǒng)控制傳感器模塊監(jiān)測(cè)環(huán)境中 的煙霧濃度、溫度、非法闖入，當(dāng)有異常發(fā)生時(shí)，操作系統(tǒng)對(duì)輸入信息進(jìn)行判斷，同時(shí)操作系 統(tǒng)控制相應(yīng)的電路聲光報(bào)警、控制攝像頭模塊完成圖像的采集、控制GPRS模塊完成短信的 發(fā)送。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的Linux的操作系統(tǒng)嵌入式智能安防系統(tǒng)，其特征 在于： 基于ARM的Linux系列ubuntu操作系統(tǒng)以及GPRS網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的嵌入式智能安防系 統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用到家庭和小型倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)所， 系統(tǒng)硬件電路包括ARM9控制模塊、電源及復(fù)位模塊、GPRS模塊、傳感器模塊、CMOS攝像 頭模塊、LCD觸摸屏顯示模塊、報(bào)警模塊、相關(guān)外圍電路； MCU核心芯片采用三星公司的S3C2440 ;采用MQ_2煙霧傳感器，監(jiān)測(cè)環(huán)境中的煙霧濃 度；直流5V是工作電壓，具有輸出指不的信號(hào)，輸出低電平為有效信號(hào)，模擬量輸出0? 5V電壓，濃度越高相應(yīng)電壓越高；煙感對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度，使用 壽命較長(zhǎng)和可靠的穩(wěn)定性，快速地響應(yīng)恢復(fù)特性，通過(guò)A/D接口與ARM開(kāi)發(fā)板相連接；采用 DS18B20溫度傳感器監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度；DS18B20提供9位溫度讀數(shù)指示，器件的溫度信息經(jīng) 過(guò)單一數(shù)字接口送入DS18B20或從DS18B20送出，所以從主機(jī)CPU到DS18B20只需要一條 線，DS18B20的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源，DS18B20的測(cè)量范圍從-55 到+125,增量值為0. 5,可在Is內(nèi)把溫度變換成數(shù)字；HC_SR501人體感應(yīng)模塊監(jiān)測(cè)環(huán)境中 的人，HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，采用德國(guó)原裝進(jìn)口 LHI778探頭設(shè)計(jì)， 靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式；GPRS代表的是通用分組無(wú)線服務(wù)，其是在GSM基 礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式，在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍；本 系統(tǒng)選用SM900GPRS模塊實(shí)現(xiàn)ARM9控制器和用戶之間的通信，SM900模塊正常工作時(shí)，需 要安裝一張 SM卡，確保天線連接正確，工作時(shí)還需要網(wǎng)絡(luò)支持，SM900模塊采用AT指令 集通過(guò)串口 UATR與S3C2440進(jìn)行通信；SM900A模塊是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS模塊，采 用SMT封裝，基于STE的單芯片案，采用ARM926EJ-S架構(gòu)，性能強(qiáng)大，功耗低，支持?jǐn)?shù)據(jù)、短 信、語(yǔ)音的通信；0V9650CM0S攝像頭監(jiān)測(cè)和記錄環(huán)境中的人員情況，130萬(wàn)像素，成像清晰， 適用攝像監(jiān)控方面；攝像頭通過(guò)20pin的管腳與ARM開(kāi)發(fā)板相連接，便于操作和維護(hù)；IXD 顯示屏模塊，顯示當(dāng)前的溫度、日期和時(shí)間、以及攝像頭記錄的實(shí)時(shí)畫(huà)面；顯示屏模塊通過(guò) FPC45pin與ARM開(kāi)發(fā)板相連接；聲光報(bào)警模塊，BUZZER完成聲音報(bào)警，通過(guò)GPIO與開(kāi)發(fā)板 連接，LED完成光報(bào)警，通過(guò)GPIO與開(kāi)發(fā)板連接； 系統(tǒng)軟件包括Linux操作系統(tǒng)ubuntu的裁剪和移植、系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)相應(yīng)硬 件模塊驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)；系統(tǒng)被劃分為幾個(gè)相應(yīng)的任務(wù)，既傳感器檢測(cè)程序、攝像頭監(jiān)測(cè)程 序、IXD顯示程序，以及出現(xiàn)異常之后的處理，GPRS控制發(fā)送短信模塊和系統(tǒng)聲光報(bào)警模塊 的程序； Linux操作系統(tǒng)的移植和編譯，包括起始代碼Boot、內(nèi)核Kernel、圖形界面Qt、文件管 理Roofs等源碼的修改和移植，以及編譯后的二進(jìn)制文件下載到對(duì)應(yīng)目標(biāo)開(kāi)發(fā)板；在ARM9 開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行相應(yīng)的Linux操作系統(tǒng)，這就意味著需要將Linux系統(tǒng)移植到開(kāi)發(fā)板上；首 先需要搭建交叉編譯環(huán)境，本方案宿主機(jī)采用的操作系統(tǒng)是Ubuntu，交叉編譯器選用的是 arm-linux-gcc，目標(biāo)機(jī)為ARM9開(kāi)發(fā)板，交叉編譯環(huán)境的建立過(guò)程就是利用Linux指令對(duì)交 叉編譯器壓縮包解包的過(guò)程；Boot就是在操作系統(tǒng)起始的時(shí)候運(yùn)行的一段程序，其中包括 硬件設(shè)備的初試化、內(nèi)存空間的映射圖建立，為調(diào)用內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境；本系統(tǒng)中采用 的Boot為u-boot ;相應(yīng)的研究方法是在虛擬機(jī)上編譯源碼，修改Makefile配置文件生成對(duì) 應(yīng)開(kāi)發(fā)板的u-boot文件，再執(zhí)行Iinux命令，生成u-boot.bin，并將二進(jìn)制文件下載到開(kāi) 發(fā)板中；操作系統(tǒng)內(nèi)核是Kernel，從名字便知是操作系統(tǒng)的核心部分；本系統(tǒng)采用的Iiunx 內(nèi)核版本為2. 6. 28,開(kāi)發(fā)的步驟是在虛擬機(jī)上解壓內(nèi)核壓縮包，然后使用Iinux命令清理 內(nèi)核文件，再對(duì)makefile文件進(jìn)行一定的修改，并對(duì)配置文件進(jìn)行相應(yīng)的配置，最后再用 Iinux命令得到內(nèi)核文件ulmage，將其通過(guò)USB下載到開(kāi)發(fā)板中；圖形用戶界面Qt是一個(gè) 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架；本研究中搭建Qt環(huán)境的方法如下，首先是在宿主機(jī)上配置編譯Qt的 對(duì)應(yīng)環(huán)境，完成觸摸屏控制程序的編譯；其次配置編譯對(duì)應(yīng)嵌入式設(shè)備環(huán)境，編譯相應(yīng)控制 程序；最后，動(dòng)態(tài)庫(kù)和觸摸屏程序編譯好之后再移植到MCU的相應(yīng)文件目錄下；根文件系統(tǒng) Roofs，本研究中在虛擬機(jī)中解壓縮roofs源碼，接下來(lái)在交叉編譯環(huán)境里編譯生成鏡像文 件，將鏡像文件下載到開(kāi)發(fā)板，至此操作系統(tǒng)ubuntu移植完成； 系統(tǒng)模塊驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，傳感器監(jiān)控模塊包括檢測(cè)溫度的溫度傳感器，檢測(cè)煙霧和 氣體的煙霧傳感器，檢測(cè)人員的紅外傳感器；其中溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境的溫度，通過(guò)GPIO 與MCU連接，所以驅(qū)動(dòng)程序就是定義相應(yīng)的管腳，輸入和輸出為數(shù)字信號(hào)；煙霧傳感器檢測(cè) 環(huán)境的煙霧濃度，通過(guò)A/D接口與MCU連接，驅(qū)動(dòng)程序包括模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再轉(zhuǎn)換成 管腳的對(duì)應(yīng)高低電平；紅外傳感器監(jiān)測(cè)環(huán)境中是否發(fā)生盜竊，通過(guò)GPIO與MCU連接，驅(qū)動(dòng) 程序就是定義相應(yīng)的管腳，定義為輸入量，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)高低電平；LCD顯示屏主要顯示日期 和時(shí)間、當(dāng)前溫度、當(dāng)前實(shí)時(shí)畫(huà)面；所以驅(qū)動(dòng)程序包括LCD模塊的初始化、管腳的初始化；通 過(guò)操作IXD驅(qū)動(dòng)控制寄存器對(duì)IXD進(jìn)行控制和操作，可以設(shè)置IXD的工作模式，通過(guò)讀寫(xiě) IXDRAM來(lái)完成IXD上顯示的內(nèi)容，IXDRAM的結(jié)構(gòu)和其它RAM有所不同，它是一個(gè)雙口結(jié)構(gòu)， 一個(gè)接口是CPU的讀寫(xiě)接口，另一個(gè)作為與driver的讀接口；攝像頭模塊選用的是CMOS類 0V9650,其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序包括用于從接口獲取圖像的數(shù)據(jù)和將獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭M(jìn)程空 間；還包括讀取和配置0V9650的寄存器，再通過(guò)IIC接口傳輸數(shù)據(jù)的函數(shù)，還有進(jìn)行模塊初 始化的函數(shù)；同時(shí)還定義了讀取0V9650寄存器的具體方法，調(diào)用對(duì)應(yīng)的讀寫(xiě)的函數(shù)去讀寫(xiě) 0V9650寄存器的函數(shù)； 系統(tǒng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主程序的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)包括傳感器模塊信息的采集、攝 像頭模塊信息的米集、L⑶顯不屏實(shí)時(shí)信息的顯不、GPRS模塊短信息的發(fā)送、聲光報(bào)警電 路的控制；系統(tǒng)上電之后各個(gè)模塊初始化，首先要判斷傳感器模塊檢測(cè)是否有其中任意一 個(gè)發(fā)生異常，如果其中有一個(gè)或多個(gè)發(fā)生異常情況，則MCU控制攝像頭模塊進(jìn)行拍照，于此 同時(shí)電路完成聲光報(bào)警，同時(shí)把報(bào)警信息和圖片通過(guò)GPRS模塊發(fā)送給預(yù)先設(shè)定好的手機(jī) 用戶；如果沒(méi)有異常發(fā)生，則一直判斷傳感器是否有異常產(chǎn)生；前文已經(jīng)將CMOS攝像頭驅(qū) 動(dòng)程序?qū)懞?，現(xiàn)在的操作就是攝像頭應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)；首先是打開(kāi)攝像頭，完成攝像頭初始 化，把攝像頭文件映射到相應(yīng)內(nèi)存中，文件中的位置對(duì)應(yīng)的就是內(nèi)存地址，讀寫(xiě)操作方便和 簡(jiǎn)單；當(dāng)主程序中有異常發(fā)生時(shí)，MCU控制攝像頭進(jìn)行拍照采集圖像，同時(shí)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù) 進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)，再通過(guò)對(duì)應(yīng)函數(shù)進(jìn)行圖像處理，再將圖片保存到對(duì)應(yīng)的目錄下，之后關(guān)閉攝 像頭，完成圖像的采集；采集到的圖片MCU通過(guò)串口傳送到GPRS模塊，通過(guò)相應(yīng)AT指令控 制GPRS模塊將圖片發(fā)送出去；系統(tǒng)的MCU通過(guò)控制GPRS模塊采用對(duì)應(yīng)的AT指令實(shí)現(xiàn)發(fā)送 短信或彩信的功能，當(dāng)系統(tǒng)需要發(fā)送GPRS信息時(shí)，首先是發(fā)送對(duì)應(yīng)的AT指令，待設(shè)備初 始化完成后，隨后是發(fā)送CMGF指令用來(lái)選擇文本模式或彩信模式，最后是發(fā)送AMGS等于： 手機(jī)號(hào)碼+信息內(nèi)容命令發(fā)送短信或發(fā)送CMMSSEND等于：電話號(hào)碼+彩信命令發(fā)送彩信； 本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)PC安防系統(tǒng)不適合家庭或小的場(chǎng)所應(yīng)用，而提出具有便于操作、低成 本、低功耗和實(shí)時(shí)性高等特點(diǎn)的嵌入式智能安防系統(tǒng)；在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)所進(jìn)行了測(cè)試整個(gè)嵌 入式系統(tǒng)的操作性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等性能； 整個(gè)系統(tǒng)實(shí)物包括S3C2440主控制板、傳感器模塊、CMOS攝像頭模塊、IXD顯示屏、聲光 報(bào)警模塊、GPRS通信模塊。
【文檔編號(hào)】G08B25/10GK104318708SQ201410515943
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】劉素娟, 薛明策 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)