室內(nèi)監(jiān)控和車輛監(jiān)控受到人們普遍關(guān)注,，現(xiàn)有的室內(nèi)監(jiān)控手段存儲空間消耗大,，用戶不能隨時主動查看現(xiàn)場，且費用昂貴,；而車輛監(jiān)控系統(tǒng)不能實時直觀查看車輛運行路線,。
    針對現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)中存在的不足，本文設(shè)計了一種基于SoPC的室內(nèi),、車內(nèi)兩用的多用途無線監(jiān)控報警系統(tǒng),。通過該系統(tǒng)用戶可隨時遠程主動監(jiān)控現(xiàn)場，或以智能報警方式監(jiān)控現(xiàn)場,；手機上的車輛跟蹤軟件攔截車輛報警信息把路線顯示在Google靜態(tài)地圖上,，方便用戶直接查看。緊急情況發(fā)生時,，用戶還可通過手動方式報警,。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
    遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)分為現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)和用戶端子系統(tǒng)兩部分，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。本系統(tǒng)可工作在室內(nèi)或車內(nèi),，兩種情況下都有智能監(jiān)控、智能報警和手動報警模式,。用在室內(nèi)時,，系統(tǒng)通過人體傳感器和攝像頭采集現(xiàn)場信息；用在車內(nèi)時,，通過GPS模塊接收車輛地理位置信息,，通過攝像頭采集現(xiàn)場圖像。采集到的現(xiàn)場信息送入FPGA中的嵌入式軟核Nios II做智能檢測,。系統(tǒng)通過GPRS模塊接收用戶的控制命令,，同時以短信和彩信的方式向用戶發(fā)送現(xiàn)場信息。用戶端子系統(tǒng)的車輛跟蹤軟件可實現(xiàn)車輛報警信息攔截和路線顯示,，便于用戶查看,。

    智能監(jiān)控模式下系統(tǒng)監(jiān)控，但不主動發(fā)送報警信息,，用戶可隨時主動發(fā)送短信要求查看。智能報警模式下系統(tǒng)自動檢測現(xiàn)場是否發(fā)生異常,，異常時發(fā)送短信和彩信向用戶報警,，同時以最快的速度將壓縮后的圖像存入SD卡,，以備必要時偵查；無異常時每三分鐘存儲一幅圖像,，這種自適應(yīng)存儲機制能用較少的存儲資源存儲盡可能多的信息,。若用戶在場時發(fā)生緊急情況，可通過一個隱蔽的報警按鍵實現(xiàn)手動報警,。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括SoPC系統(tǒng)設(shè)計和TR800模塊硬件電路設(shè)計兩部分,。
2.1 SoPC系統(tǒng)設(shè)計
    系統(tǒng)的主控制芯片是一片F(xiàn)PGA，結(jié)合SoPC技術(shù),，在FPGA中加入了嵌入式軟核Nios II,，通過Avalon總線與外圍設(shè)備建立聯(lián)系。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。

2.1.1 攝像頭控制器設(shè)計
    攝像頭用于采集現(xiàn)場（包括車內(nèi)和室內(nèi)）圖像,，本系統(tǒng)CMOS攝像頭采集到的圖像信息為數(shù)字信號，無需模數(shù)轉(zhuǎn)換,，可簡化電路設(shè)計,。攝像頭采集到的圖像緩存到SRAM，需要時從SRAM中讀出,。
2.1.2 人體傳感器控制器設(shè)計
    人體傳感器用于判斷室內(nèi)是否有人進入,。系統(tǒng)的人體感應(yīng)模塊采用 GH-718，該模塊是基于紅外技術(shù)的自動控制產(chǎn)品,，靈敏度高,、可靠性強、感應(yīng)角度大,。傳感器一旦檢測到人的活動,，就改變狀態(tài)寄存器，處理器通過查詢狀態(tài)寄存器可知道是否有人,。
2.1.3 GPS控制器設(shè)計
    GPS模塊用于車載環(huán)境下接收汽車地理位置,。GPS采用一塊集成模塊，上電后約一秒鐘發(fā)回一幀數(shù)據(jù),，每幀數(shù)據(jù)包含幾個協(xié)議,，本系統(tǒng)中只用到$GPRMC與$GPGGA協(xié)議。
    在GPS控制器中,，采用硬件描述語言來解析GPS協(xié)議,，用一系列寄存器存儲日期、時間,、經(jīng)度,、緯度、海拔,、速度等GPS信息,。模塊開始工作后,，持續(xù)接收處理來自GPS模塊的信息，GPS控制器一旦檢測到$GPRMC或$GPGGA,，就根據(jù)接收到的內(nèi)容更新寄存器,，CPU可通過讀寄存器的方式得到GPS信息。
2.1.4 SD卡控制器設(shè)計
    SD卡可工作在SD和SPI兩種模式下,，本系統(tǒng)采用SPI模式,。SD卡與FPGA之間通過片選、數(shù)據(jù)輸入,、時鐘和數(shù)據(jù)輸出四根信號線通信,，速度雖然比SD模式低，但接口簡單,，能滿足系統(tǒng)要求,。本系統(tǒng)兼容SD1.1和SD2.0兩種協(xié)議，SD卡控制器自動識別SD卡需要的協(xié)議類型并執(zhí)行相應(yīng)的讀寫方式,。
    SD卡控制器框圖如圖3所示,。AVALON總線接口模塊是Nios II處理器和SD卡控制器模塊進行數(shù)據(jù)交互的橋梁。復(fù)位初始化模塊要保證片選信號在上電后的74個時鐘周期內(nèi)為高,，完成復(fù)位,。此后通過命令讀寫控制模塊發(fā)送CMD0命令給SD卡使其進入SPI模式。命令讀寫控制模塊按照SD卡命令時序完成SD卡命令號,、參數(shù),、命令校驗的發(fā)送和命令回執(zhí)的讀取，如果是讀寫操作還要對數(shù)據(jù)進行發(fā)送和接收,，雙口RAM用作讀寫數(shù)據(jù)緩存,。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和時鐘產(chǎn)生模塊完成SD卡和Avalon總線間信號的時序轉(zhuǎn)換。

2.2 TR800模塊硬件電路設(shè)計
    本系統(tǒng)采用iWOW公司的GPRS模塊TR800實現(xiàn)無線通信,。TR800硬件電路設(shè)計框圖如圖4所示,。SIM卡是每個現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)的ID，揚聲器用于用戶向現(xiàn)場喊話,，麥克風用于捕獲現(xiàn)場聲音,，方便用戶監(jiān)聽。TR800通過串口芯片RS232與FPGA通信,。

3 軟件設(shè)計
3.1 現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)軟件設(shè)計
    現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)的軟件功能模塊及其聯(lián)系如圖5所示,。系統(tǒng)只響應(yīng)有權(quán)限用戶的訪問，用戶權(quán)限數(shù)據(jù)存儲在SD卡的隱藏扇區(qū),，即使格式化也不丟失,。用戶可通過短信對系統(tǒng)實現(xiàn)用戶管理，包括設(shè)置管理員、添加或刪除用戶,、密碼設(shè)置等,。

3.1.1 JPEG圖像壓縮
    JPEG壓縮的目的是減少傳輸和存儲時所耗的資源。JPEG壓縮處理時要先把RGB空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV空間,。為簡化計算采用查表方式進行。轉(zhuǎn)換后進行Y：U：V=4:1:1的抽樣,，抽樣后進行DCT變換,。DCT變換耗時多，本設(shè)計采用AAN算法,，極大提高了運算速度,。變換后采用Z形掃描和量化，以去除高頻分量,。系統(tǒng)對直流系數(shù)和交流系數(shù)分別進行霍夫曼編碼完成壓縮,。
3.1.2 TR800模塊軟件設(shè)計
    為保證TR800模塊的正常工作，上電后要先對其進行語音,、短信和彩信的初始化設(shè)置,。語音業(yè)務(wù)方面，通過發(fā)送ATS0=2設(shè)置兩聲后自動接聽,。短信初始化主要包括短信息編碼格式和提醒格式設(shè)置,。彩信業(yè)務(wù)方面，要設(shè)置編碼方式,、接入點,、代理、通信模式和MMS 中心網(wǎng)址等,。
    短信和彩信的發(fā)送通過AT指令實現(xiàn),，短信的接收用串口檢測程序?qū)崿F(xiàn)接收和短信內(nèi)容解析。
3.1.3 FAT32文件系統(tǒng)
    FAT32文件系統(tǒng)的FAT表有32位,，若FAT表常駐內(nèi)存,，它占用的內(nèi)存資源將很大，同時對處理器造成很大壓力,。因此本系統(tǒng)工作時只是不斷地新增文件或目錄存儲現(xiàn)場圖像,，而不對文件進行刪除或修改操作。
3.2 手機端車輛跟蹤軟件設(shè)計
    車輛跟蹤軟件用于自動提取車輛報警短信信息,，把車輛行駛路線顯示在手機上,。
    Windows Mobile智能手機中，IMailRuleClient 接口處理應(yīng)用程序內(nèi)的傳入消息,，而MAPI 規(guī)則客戶端(MAPI Rule Client)是可以實現(xiàn)IMailRuleClient接口的COM對象,。編寫代碼攔截含GPS信息的短信并提取其中的經(jīng)緯度信息，根據(jù)經(jīng)緯度在Google靜態(tài)地圖中顯示車輛行駛路線。將上述短信攔截和處理代碼生成dll文件,，然后調(diào)用該dll并修改注冊表,。注冊時，收件箱應(yīng)用程序?qū)虞dMAPI規(guī)則客戶端,。注冊后,，傳入的SMS消息會傳遞給MAPI規(guī)則客戶端，由它決定如何處理該傳入消息,。由此實現(xiàn)手機上的車輛跟蹤軟件設(shè)計,。
    系統(tǒng)通過無線方式實現(xiàn)對室內(nèi)和車輛的遠程監(jiān)視監(jiān)聽和智能報警，并能在發(fā)生緊急情況時手動報警,，方便了用戶對室內(nèi)和車輛的監(jiān)控,。系統(tǒng)的用戶終端是手機，操作方便,，便于用戶及時接收信息且不需要其他設(shè)備,。此外由于自適應(yīng)存儲機制的引入，使系統(tǒng)能存儲大量的現(xiàn)場信息,，即使用戶沒能及時發(fā)現(xiàn)異常,，存儲的信息對案發(fā)后的調(diào)查也會有很大幫助。車輛跟蹤軟件可方便用戶實時直觀地查看車輛路線,?？傊到y(tǒng)為室內(nèi)遠程無線監(jiān)控報警和車輛無線跟蹤提供了一種切實可行的實現(xiàn)方案,。
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