摘  要： 將嵌入式系統(tǒng)與3G網絡技術相結合,，設計了一套基于3G技術的無線遠程控制安防報警系統(tǒng),。該系統(tǒng)在結構上分為現(xiàn)場聲光報警板塊,、煤氣防險短信發(fā)送裝置和3G網絡發(fā)射與顯示裝置3個部分,。布防時,，一旦出現(xiàn)陌生人影，現(xiàn)場聲光報警板塊就會將探測到的警情信號傳輸至3G網絡發(fā)射與顯示裝置,，并同時向用戶發(fā)送短信,，且提示通過瀏覽器觀察屋內情況。如果屋內煤氣等易燃易爆氣體泄漏,，則觸發(fā)煤氣防險短信發(fā)送裝置,，該裝置向用戶發(fā)出內容上不同于前者的短信進行報警，提示在手機瀏覽器上查看監(jiān)控信息,。整個報警系統(tǒng)大小可以靈活配置,，具有較好的發(fā)展前景與實用價值。
關鍵詞： 3G技術,；ARM嵌入式系統(tǒng),；無線遠程報警；CCD傳感器

　隨著社會經濟高速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,，人們的生活需求也變得多樣化,，對財產安全、人身安全等的需求應運而生,，這使得智能安防報警系統(tǒng)與居民日常生活越來越緊密,。目前，國內絕大部分家庭都對家庭安防報警系統(tǒng)有所需求,，大多數(shù)家庭需要能夠實時監(jiān)控家庭情況并且可以達到安防目的的產品,。以往的防盜窗不僅影響美觀而且?guī)碓S多問題，如影響火災救援通道,、給犯罪分子提供便利的翻越條件等,。而傳統(tǒng)的報警系統(tǒng)產品多采用警鈴或短信等傳統(tǒng)報警方式，即當警報發(fā)生時,，通過聲光報警或發(fā)送報警短信進行報警,。雖然這類傳統(tǒng)的報警系統(tǒng)具有成本低廉、結構簡單,、安全可靠的特點,，但由于傳輸網絡及設備所限，其保密性,、實時性較差,，并且多數(shù)產品只能以簡單地通過GSM網絡發(fā)送短信的形式進行報警[1]。本設計通過嵌入式設備與3G網絡模塊相連,，利用3G網絡將聲音,、視頻等各種信號發(fā)送至遠程用戶手機終端上，用來監(jiān)控現(xiàn)場情況，可以達到防盜防險雙重作用,。整個安防報警系統(tǒng)大小可以靈活配置,，報警信息發(fā)送及時、準確,、可靠,，具有較好的發(fā)展前景與應用價值。
1 系統(tǒng)硬件設計
1.1 系統(tǒng)總體設計方案
　本設計供單戶家庭使用,，根據我國住宅建設的實際情況,，為滿足新時期居民的居住要求，并充分考慮其經濟性和可靠性,。根據系統(tǒng)的總體功能,，將其劃分為探測傳感器模塊（利用單片機）、CCD攝像模塊,、3G網絡無線收發(fā)模塊和ARM核心控制模塊等功能模塊,。系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)工作原理
　本設計中的3G智能安防報警系統(tǒng)主要由現(xiàn)場聲光報警模塊,、煤氣防險短信發(fā)送裝置和3G網絡發(fā)射與顯示裝置3部分組成?，F(xiàn)場聲光報警模塊一般安裝在需要進行安防的地點，如門口,、臥室內等?，F(xiàn)場聲光報警模塊上的熱釋紅外傳感器經過檢測可以確定人影的到來。當檢測到人影時,，其立即啟動自身聲光報警,，可以達到震懾入侵者的目的，同時觸發(fā)3G網絡發(fā)射與顯示裝置,，向用戶發(fā)送短信,，并提示用戶打開手機瀏覽器觀察屋內情況。同樣,，如果家中煤氣等易燃易爆氣體泄漏就會觸發(fā)設置于房間內的煤氣短信發(fā)送裝置,，與前者一樣，該裝置會自動地往指定手機發(fā)送短信報警,，并通過3G網絡對外發(fā)送視頻信號,。用戶根據短信提示，打開手機瀏覽器就可以看到屋內情況,，進行相關的處理,。
1.2.1 現(xiàn)場聲光報警模塊
　本模塊使用的是AT89C2051單片機，接收到外部信息時,，進行處理,，并且進行相關的操作[2],，該模塊與3G網絡發(fā)射與顯示裝置中主機相連。其系統(tǒng)主要由鍵盤,、運行指示燈,、熱釋紅外傳感器、電源,、蜂鳴器和單片機構成，如圖2所示,。圖中鍵盤1為設防鍵盤,，鍵盤2為撤防鍵盤，鍵盤3為緊急報警鍵盤,。

1.2.2 煤氣防險短信發(fā)送裝置
　本裝置由電源,、傳感器、中央處理器STM32F101C8T6,、GPRS裝置和聲光報警等子模塊組成,，用來完成對室內可燃性氣體的監(jiān)測與報警。通過氣體傳感器MQ-4來獲取室內環(huán)境中的可燃性氣體濃度及其他相關環(huán)境參數(shù),，中央處理模塊根據預先設定的相關參數(shù)閾值判別氣體是否泄漏,，若室內天然氣發(fā)生泄漏，則通過GPRS模塊向用戶手機發(fā)送報警短信,，并與3G網絡發(fā)射與顯示裝置中主機通信,，以便實現(xiàn)遠程報警的功能。圖3為STM32F101C8T6芯片的周邊電路,。

1.2.3 3G網絡發(fā)射與顯示裝置
　為了節(jié)省開發(fā)時間,，本設計中的3G網絡發(fā)射與顯示裝置使用ARM11開發(fā)板實現(xiàn)相應功能，經過分析系統(tǒng)信號數(shù)量與類型,，采用的開發(fā)板是基于德州儀器（TI）OMAP3530處理器的DevKit8000,。OMAP3530處理器集成了600 MHz的ARM Cortex-A8內核及430 MHz的具有高級數(shù)字信號處理算法的DSP核，并提供了豐富的外設接口,。DevKit8000提供了完善的軟件開發(fā)平臺,，支持Linux-2.6.28及WinCE 6.0操作系統(tǒng)，并包含完善的底層驅動程序[3-4],。
　ARM 11開發(fā)板系統(tǒng)分析現(xiàn)場報警裝置及煤氣傳感器短信發(fā)送裝置所傳送信號的邏輯關系,。如果同時具有信號的時候則通過ARM 11開發(fā)板對CCD傳感器的視頻信號進行壓縮，然后利用與之相連的無線路由器與服務器對接,。同時,，將壓縮后的視頻信號傳送至服務器上，再通過3G網絡模塊將整個系統(tǒng)與3G網絡相連,，最后可以利用3G手機訪問瀏覽器的方式看到整個現(xiàn)場情況,。為了便于調試,，在開發(fā)板上設計了一個觸摸屏，可以看到現(xiàn)場情況,。
2 系統(tǒng)軟件設計
2.1 現(xiàn)場聲光報警模塊軟件設計
　現(xiàn)場聲光報警模塊使用的是AT89C2051單片機,，使用的編程調試軟件是Keil。軟件流程圖如圖4所示,。程序首先將AT89C2051初始化,，開啟每個需要使用的引腳并使之處于正確的功能狀態(tài)下，此時讀取按鍵1,、2的鍵值,。如果按鍵2被按下，則直接循環(huán)回初始化步驟,；如果按鍵1按下,，則繼續(xù)讀取鍵3端口數(shù)據；若鍵3按下,，則直接聲光報警,，否則就從熱釋紅外傳感器接口處讀取數(shù)據。如果有人影信號,，則進行聲光報警,，并通過端口P1.4向ARM開發(fā)板傳輸開關量信號；沒有人影信號則直接返回初始化,。

2.2 煤氣防險短信發(fā)送裝置中央處理軟件設計
　煤氣傳感器短信發(fā)送裝置中主控芯片采用基于ARM Cortex-M3內核的STM32F101C8T6微處理器,，使用的編程調試軟件是IAR。程序流程如圖5所示,。
　程序首先對STM32F101C8T6進行初始化,，開啟每個需要使用的引腳并使之處于正確的功能狀態(tài)下。然后,，從STM32F101C8T6的A/D口讀入此時的數(shù)據,，即此時空氣中甲烷濃度的量測值，將該值與程序中的原設定值進行比較,。若甲烷的濃度超限,，則STM32F101C8T6控制蜂鳴器與一個報警用的LED燈發(fā)出報警信號，接著通過串口向GPRS模塊發(fā)送信號,，使之向用戶發(fā)送報警短信,，提醒用戶，同時通過I/O口與3G發(fā)送與顯示裝置中的ARM 11控制器相連,，達到通信的目的,。
2.3 3G網絡發(fā)射與顯示裝置軟件設計
2.3.1 CCD傳感器視頻采集壓縮方案
　由于安防報警系統(tǒng)對實時性要求較高，則需要視頻流暢地傳輸,，但由于CCD傳感器所采集的視頻信號數(shù)據量較大,，因此必須進行相應的壓縮處理,。通過分析，可以利用DSP,、FPGA一系列硬件裝置予以壓縮處理,，也可以通過編寫算法處理視頻信號，達到與硬件壓縮相媲美的處理效果,。
　本設計通過編寫算法完成信號的處理過程,，采用的是JPEG壓縮算法。JPEG是根據每幀圖像內容進行壓縮,，即幀內壓縮,，這樣會造成大量冗余信息被重復存儲，存儲占用空間在8 KB～15 KB之間,，如果采用高壓縮比，視頻質量就會嚴重降低,。系統(tǒng)的主要缺點是壓縮率低,、占用帶寬多。但由于JPEG是目前較為通用的標準,，可以得到高質量的圖像畫面,，并且擁有較好的實時性，因此該算法可以較好地完成視頻的壓縮工作,。
2.3.2 3G網絡傳輸方案
　針對3G網絡傳輸部分,，本設計選擇CDMA8000模塊，它是天漠公司推出的3G無線通信模塊,，是基于高通最新的MSM6290平臺開發(fā)的UMTS 標準開發(fā)的,，該模塊適用于EDGE、GPRS,、GSM及WCDMA（HSPA）網絡,，可實現(xiàn)全球漫游。通用的 USB 接口和強大的軟件支撐平臺,，使模塊具備友好的二次開發(fā)軟硬件平臺,，可以支持多種外圍設備，滿足3G用戶豐富的業(yè)務功能需求產品特征[5-6],。本系統(tǒng)設計開發(fā)的3G網絡傳輸基本流程圖如圖6所示,。
3 3G網絡智能安防報警系統(tǒng)測試
　3G網絡智能安防報警系統(tǒng)測試圖如圖7所示。本安防報警系統(tǒng)硬件主要包括2塊單片機實驗板,、無線路由器,、Nokia 3G手機和ARM 11開發(fā)板，可以實現(xiàn)設防,、撤防及立即報警3個基本功能,。

3.1 設防功能
　按下現(xiàn)場報警按鍵1后,，系統(tǒng)在1 min后進入警戒狀態(tài)，并且觸發(fā)煤氣檢測短信發(fā)送板,。在警戒狀態(tài)下,，如果有人闖入禁區(qū)，觸發(fā)熱釋紅外傳感器,，則CPU收到信息后馬上進行聲光報警,，從而達到威懾壞人的目的，同時向用戶手機發(fā)送報警短信,，提示用戶打開手機瀏覽器觀察屋內情況,。同樣，若屋中有煤氣等易燃氣體泄漏,，則觸發(fā)煤氣防險短信發(fā)送裝置,，其會向用戶手機發(fā)送與前者內容不同的短信。ARM板依靠3G網絡發(fā)送模塊向3G手機傳輸視頻信號,，同樣,，此時打開瀏覽器也可以觀察到現(xiàn)場狀況，如圖8所示,。在本設計中,，使用了LED二極管及蜂鳴器作為聲光報警設備。系統(tǒng)報警后,，連續(xù)響3 min,，嚇跑壞人，3 min后,，再次檢測,，看是否還有人，如果還有人,，則繼續(xù)報警3 min,，當人走后，報警停止,，重新進入警戒狀態(tài),。圖8為手機收到視頻信號。

3.2 立即報警功能
　立即報警功能在情況非常危及的時候,，或者需要通知他人情況下的功能,。按下立即報警按鍵3，系統(tǒng)會立即進行報警操作,，一直不停報警,，直到按下撤防鍵為止，從而達到發(fā)現(xiàn)壞人后嚇走壞人的目的,。
3.3 撤防功能
　屋主離開后,，會按下設防鍵,，但是當屋主回來后，必須進行撤防操作,，不然系統(tǒng)仍然會進行報警,。因此，必須按下撤防按鍵2,，清除警戒功能,。在實際應用中，撤防鍵可以安裝在比較隱蔽的地方,，屋主容易操作,，且壞人無法找到的地方。
　本文結合目前國內安防產品的特點,，提出了基于3G網絡技術的無線遠程控制安防報警系統(tǒng),。本系統(tǒng)實現(xiàn)了視頻采集和壓縮模塊的軟件代碼編寫，保證視頻信號可以按要求進行發(fā)送,。針對無線遠程報警的任務,，搭建了傳感器、控制板,、發(fā)送和接收的硬件平臺,，編寫了紅外傳感器觸發(fā),、攝像頭驅動和信號的處理及發(fā)送的相關程序,，實現(xiàn)了視頻信息的無線遠程報警，具有較強的實時性,。
參考文獻
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