1 MMS概述

　　MMS是由3(3PP(Third Generation Partnership Project,，3G伙伴計(jì)劃)和WAP Forum(Wireless Application Protocol Forum，無線應(yīng)用協(xié)議論壇)制定的一種手機(jī)消息業(yè)務(wù),，是短信業(yè)務(wù)和圖片信息的進(jìn)一步發(fā)展,。MMS系統(tǒng)主要包括多媒體信息中心(MMSC)、WAP網(wǎng)關(guān),、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和增值服務(wù)系統(tǒng)等,。它的實(shí)現(xiàn)方式有2種：基于WAP和基于IP。目前,，GPRS網(wǎng)絡(luò)采用基于WAP的方式發(fā)送和接收MMS彩信,，其具體實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。

　　從圖1中可以看出,，MMS業(yè)務(wù)是以WAP為載體來傳送信息的,，可見WAP技術(shù)在多媒體消息服務(wù)中扮演了重要的角色。WAP(Wireless Applica-tion Protocol,，無線應(yīng)用協(xié)議)是開發(fā)移動網(wǎng)絡(luò)上類似Internet應(yīng)用的一系列協(xié)議的組合,，實(shí)現(xiàn)了Internet和移動通信網(wǎng)的互聯(lián)。在WAP體系結(jié)構(gòu)中,，WTP協(xié)議與WSP協(xié)議起到核心作用,。WSP協(xié)議層在會話服務(wù)中提供了一致的接口，并針對無線網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行了優(yōu)化,，而WTP協(xié)議為互動式瀏覽(請求／應(yīng)答)提供服務(wù),。

　　在GPRS網(wǎng)絡(luò)中，使用MMS PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)對MMS信息進(jìn)行發(fā)送和接收，并采用多媒體郵件擴(kuò)展(MIME)協(xié)議進(jìn)行打包,。MMS PDU由MMS Header和MMS Body兩部分組成,。Header描述了PDU的特定信息。Body包括了SMIL表述,，用來設(shè)定多媒體片段的位置,、播放時間等。當(dāng)用戶終端發(fā)送MMS信息時,，會將MMS PDU作為WAP協(xié)議的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行封裝,，并在移動網(wǎng)絡(luò)中尋址、存儲和轉(zhuǎn)發(fā),，最終傳遞給接收用戶,。

　　2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

　　為了全面、詳細(xì)地掌握現(xiàn)場情況,，本系統(tǒng)所采集的信息包括溫度,、濕度、煙霧濃度,、圖像數(shù)據(jù),，以滿足人們在生產(chǎn)和生活中的需求。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖2所示,。

　　由圖2可知,，本系統(tǒng)主要包括控制模塊、傳感器模塊,、圖像采集模塊,、報警模塊、GPRS模塊以及存儲器模塊等部分,。各個模塊的主要功能如下：

　?、倏刂颇K是整個系統(tǒng)的核心部分。運(yùn)行系統(tǒng)的主控程序,，完成設(shè)備的初始化工作,；通過對圖像采集模塊的控制，完成對圖像信息的采集,、編碼以及存儲等工作,；通過傳感器模塊,，采集遠(yuǎn)程終端的溫度,、濕度、煙霧濃度,，并將這些信息轉(zhuǎn)換成ASCII碼,；完成MMS信息的封裝,、發(fā)送任務(wù)。

　?、?font class="f14">傳感器模塊主要完成對現(xiàn)場信息的采集，包括溫度,、濕度,、煙霧濃度，實(shí)現(xiàn)非電信號向電信號的轉(zhuǎn)換,。

　?、蹐D像采集模塊實(shí)現(xiàn)對原始圖像信息的采集、數(shù)據(jù)的傳送等功能,。

　?、蹽PRS模塊通過PPP協(xié)議連接到GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)對MMS信息的發(fā)送,，以及對來自終端用戶SMS(短信息)的接收,。

　　⑤存儲器模塊主要用于存儲經(jīng)過編碼處理的圖像信息,。

　?、蕻?dāng)現(xiàn)場溫度、濕度或煙霧濃度超過預(yù)設(shè)報警值時,，報警模塊產(chǎn)生報警信號,，提示工作人員及時處理現(xiàn)場發(fā)生的事故。

　　監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)系統(tǒng)正常工作時,，微控制器模塊會定時采集現(xiàn)場的溫度和煙霧濃度,，并與預(yù)設(shè)的報警值進(jìn)行對比。當(dāng)溫度或煙霧濃度高于此值時,，微控制器模塊將會控制圖像采集模塊采集現(xiàn)場圖像,，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和處理，作為MMS消息的圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲,；同時,，通過傳感器模塊采集現(xiàn)場的溫濕度、煙霧濃度,，并作為MMS消息的文字部分進(jìn)行存儲,。而后將這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行封裝，以MMS消息的形式傳遞到終端用戶,。在完成發(fā)送任務(wù)的同時,，系統(tǒng)會驅(qū)動報警模塊產(chǎn)生報警信號，達(dá)到報警的目的,。

　　用戶也可以通過向系統(tǒng)發(fā)送短信息(SMS)的形式,，要求監(jiān)控終端發(fā)送現(xiàn)場的溫度,、濕度、圖像等信息,，以實(shí)現(xiàn)用戶對現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控,。

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3．1 控制模塊的設(shè)計(jì)

　　為了使遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以穩(wěn)定、持續(xù),、高效地工作,，并能對突發(fā)事件做出迅速反應(yīng)，控制模塊采用嵌入式微處理器S3C6410,。該處理器是基于16／32位ARM11版本內(nèi)核的低成本,、低功耗、高性能微處理器,，廣泛應(yīng)用于移動電話和其他便攜式應(yīng)用,。為了給2．5G和3G移動通信業(yè)務(wù)提供最佳的硬件性能，S3C6410采用64／32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu),，內(nèi)部集成了多個功能強(qiáng)大的硬件加速器,，如移動圖像處理、顯示控制和圖像縮放,。其內(nèi)部集成的JPEG編解碼器,，支持對YCbCr4：2：2／YCbCr4：2：0格式的圖像進(jìn)行編碼，輸出的圖像文件尺寸可滿足MMS信息對圖片大小的要求,。除此之外,，S3C6410還具備相機(jī)接口，該接口支持ITU R BT-656／601 8位模式,，最大輸入尺寸可為4096×4096像素,，支持YCbCr4：2：2格式的數(shù)據(jù)作為輸入，可生成RGB 16／18／24位格式和YCbCr4：2：2／YCbCr4：2：0格式的圖像,，這一特點(diǎn)可降低系統(tǒng)對圖像采集模塊的要求,。

　　3．2 傳感器模塊的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的傳感器模塊由兩部分組成，分別是溫濕度傳感器和煙霧濃度傳感器,。溫濕度傳感器采用廣州奧松公司的高性能AM2301電容式數(shù)字溫濕度傳感器,。該傳感器具有超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng),、性價比高,、溫濕度測量范圍大、分辨率高等優(yōu)點(diǎn),，可應(yīng)用于各類環(huán)境中,，甚至在條件極為惡劣的場合也可正常工作。AM2301是一種單總線器件,，其數(shù)據(jù)格式：40位數(shù)據(jù)=16位濕度數(shù)據(jù)16位溫度數(shù)據(jù)8位校驗(yàn)和,。在本系統(tǒng)中,，通過S3C6410的引腳GPE1并加上拉電阻與控制模塊進(jìn)行通信，使系統(tǒng)集成變得更為簡易快捷,，節(jié)省了引線數(shù)量,，降低了產(chǎn)品成本。

　　煙霧濃度傳感器采用MQ-2作為感應(yīng)器件,。MQ-2是一種電阻性的傳感器,，對天然氣、液化石油氣,、氫氣等煙霧具有很高的靈敏度，可長期穩(wěn)定地工作,，抗干擾性強(qiáng),。通過測量其輸出電阻，可以檢測現(xiàn)場的煙霧濃度,。

　　3．3 圖像采集模塊的設(shè)計(jì)

　　圖像采集模塊采用美國Omnivision公司生產(chǎn)的OV7650,。它是一款高集成度、高分辨率的CMOS圖像傳感器,，支持YCbCr4：2：2數(shù)據(jù)輸出格式,，可完全滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。其輸入輸出接口與S3C6410的相機(jī)接口具備良好的兼容性,，為系統(tǒng)的開發(fā)提供極大的便利,。

　　3．4 GPRS模塊的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用Simcom公司的SIM300z作為GPRS模塊。它利用GPRS技術(shù)與GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì),，可為用戶提供快速的無線GPRS連接以及較高的數(shù)據(jù)傳輸速率,。該模塊有較寬的工作溫度范圍，可滿足監(jiān)控系統(tǒng)對惡劣條件的要求,。SIM300z與S3C6410通過串口通信,，能及時處理S3C6410發(fā)出的AT指令。對于S3C6410傳遞的數(shù)據(jù),，SIM300z也可及時轉(zhuǎn)發(fā),，滿足監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳送的要求。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　完成硬件的設(shè)計(jì)只是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的第一步,，良好的軟件設(shè)計(jì)才是系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵,，下面將詳細(xì)介紹監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和重要的軟件模塊。

　　4．1 嵌入式操作系統(tǒng)的移植

　　嵌入式操作系統(tǒng)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件,，負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的全部軟件硬件資源的分配,、調(diào)度等工作，是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ),。Linux因其內(nèi)核完全開放,、可以靈活配置等特性,，被選為本系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。其移植過程如下：

　?、僭赑C機(jī)上利用虛擬機(jī),，建立交叉編譯環(huán)境GNU；

　?、诟鶕?jù)系統(tǒng)需要選擇TCP／IP等模塊,，編譯生成Linux內(nèi)核；

　?、劬幾g生成根文件系統(tǒng)rootdisk,；

　　④向底層硬件下載Bootloader映像,，Bootloader的主要作用是初始化硬件,，引導(dǎo)Linux內(nèi)核啟動；

　?、轃龑慙inux內(nèi)核和rootdisk映像,。

　　4．2 GPRS連網(wǎng)模塊的設(shè)計(jì)

　　在Linux下通過GPRS上網(wǎng)，必須使用PPP協(xié)議進(jìn)行撥號,，而移植到ARM中的Linux沒有提供PPP協(xié)議,，需要在內(nèi)核編譯時配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持PPP協(xié)議。在此基礎(chǔ)上,，利用pppd源碼包,，使用“ATD*99***1#”進(jìn)行撥號連接，即可登錄中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò),。在撥號過程中,，需要進(jìn)行如下設(shè)置：

　　①設(shè)置串口速率為115 200 bps,，校驗(yàn)位為NONE,，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1,，并取消硬件流控制,；

　　②用戶名與密碼為空,；

　?、凼褂?ldquo;ATCGDCONT=1，“IP”,，“CMNET””指令,，設(shè)置接入點(diǎn)為CMNET。

　　4．3 信息采集模塊的設(shè)計(jì)

　　信息的采集包括兩部分：一部分是圖像信息的采集,，另一部分是溫濕度,、煙霧濃度的采集,。由于S3C6410具備相機(jī)接口和強(qiáng)大的JPEG編解碼器作為硬件支持，可直接調(diào)用Linux函數(shù)完成圖像的采集和編碼工作,，極大地縮短了開發(fā)周期,。

　　溫濕度的采集通過AM2301模塊進(jìn)行，在其上電后,，需等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài),，在此期間不能發(fā)送任何指令。AM2301與S3C6410之間采用單總線數(shù)據(jù)格式進(jìn)行通信和同步,，一次通信時間大約5 ms,。

　　微控制器S3C6410采集溫濕度流程如下：通信開始時S3C6410拉低總線DATA，500μs后釋放總線,，延時20～40 μs后S3C6410開始檢測AM230 1的響應(yīng)信號,。AM2301的響應(yīng)信號是一個80μs左右的低電平，隨后AM2301再拉高總線80μs左右代表其即將進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送狀態(tài),。而后AM2301傳遞40位的有效數(shù)據(jù)，當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)傳送完畢后,，AM2301將再次拉低總線50μs左右,，最后釋放總線，并由上拉電阻拉高,。

　　煙霧濃度的采集過程：感應(yīng)器件MQ-2將煙霧信息轉(zhuǎn)變成電信號,，經(jīng)放大電路后再進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，最終傳遞給S3C6410進(jìn)行存儲,。

　　4．4 MMS發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)

　　當(dāng)系統(tǒng)成功連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)后,，需要通過WAP協(xié)議發(fā)送MMS信息。在此過程中,，WAP網(wǎng)關(guān)的IP設(shè)置為10．0．0．172,，端口為9201。發(fā)送MMS信息的具體過程如下：

　?、傥⑻幚砥飨騑AP網(wǎng)關(guān)發(fā)送會話建立連接請求,，發(fā)送的數(shù)據(jù)為0E 00 00 12 01 10 00 00(8字節(jié))。前4字節(jié)為WTP invoke PDU,，后4字節(jié)為WSP協(xié)議數(shù)據(jù)單元,，代表WSP Connect PDU。

　?、诜?wù)器返回連接確認(rèn),，其數(shù)據(jù)為13 80 00 02 92 C7 59 0E…(30字節(jié))。前3字節(jié)為WTP Result PDU,，其余為WSP協(xié)議數(shù)據(jù)單元,，代表WSP ConnectReply PDU,。

　　③微處理器發(fā)送WTP確認(rèn)(WTP Acknowledgement PDU),，完成會話連接,，發(fā)送的數(shù)據(jù)為18 00 00。

　?、芪⑻幚砥靼l(fā)送WTP,、WSP和MMS包，主要包括WTP Invoke PDU,、WSP Post PDU和M-send．req PDU,。

　　⑤網(wǎng)關(guān)返回事務(wù)操作結(jié)果,，微處理器發(fā)送WTP確認(rèn)(WTP Acknowledgement PDU)完成會話,，發(fā)送的數(shù)據(jù)：18 00 01。

　　5 系統(tǒng)測試

　　經(jīng)過多次測試,，由監(jiān)控終端發(fā)送的MMS信息,，其絕大部分都能在發(fā)送5 s后由終端接收，即使不發(fā)送WTP確認(rèn)也可以被接收,，能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)對實(shí)時性的要求,。系統(tǒng)測試如圖3所示。

　　結(jié)語

　　本文詳細(xì)介紹了基于ARM11和MMS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),。系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性,，可以適應(yīng)不同的工作環(huán)境。所采用的MMS技術(shù)可以傳送圖片,、聲音,、文字和視頻等信息，通過該技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控已成為當(dāng)今的一大熱點(diǎn),。隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展,、GPRS網(wǎng)絡(luò)的逐步成熟，以及3G網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展,，通過MMS的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控必定成為流行趨勢,。相信在不久的將來，人們不出家門,，就可以實(shí)時對遠(yuǎn)程場景進(jìn)行監(jiān)控,，及時處理突發(fā)事件。