基于GPRS的无线安防系统的设计与实现

姚　雪,陆　宁,马晓明

(1.兴天通讯技术有限公司 系统设计部,广东 深圳　518000;2.招商局兴天云谷投资发展(天津)有限公司 经营管理部,广东 深圳　518000;3.广州铁路(集团)公司 工务检测所,广东 广州　510000)



基于GPRS的无线安防系统的设计与实现

姚雪1,陆宁2,马晓明3

(1.兴天通讯技术有限公司 系统设计部,广东 深圳518000;2.招商局兴天云谷投资发展(天津)有限公司 经营管理部,广东 深圳518000;3.广州铁路(集团)公司 工务检测所,广东 广州510000)

摘要根据安防系统需求,应用计算、无线网络、图像传感等技术,在GPRS网络的平台下,设计出了一款适用于家庭的无线安防系统。用户可及时、直观地查看家中安全情况,GPRS技术的应用,使得安全性和实用性得到了保障。经后期测试表明,该系统可有效保护家庭安全,达到了设计需求。

关键词GPRS;MMS;安防系统;智能家居;图像监控

本文设计了一种适用于家庭的无线安防系统。用户可及时、直观地查看家中安全情况,并通过对GPRS技术的使用,从而使安全性和实用性得到保障[1-2]。

1GPRS系统

GPRS经常被描述成“2.5G”,即这项技术位于第二代(2G)和第三代(3G)移动通讯技术之间。其通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道,提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式,仅通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换,这种改造的投入相对较小,但得到的用户数据速率却相当可观,且因不再需要现行无线应用所需的中介转换器,故连接及传输更加便捷[3]。GPRS采用的是分组交换技术,其技术特点是只需一条通道便可满足多个用户对信息资源的需求。GSM中原先设定的信息资源不但可用于电话也可用于GPRS的信息资源。且在信息资源充足的条件下,GPRS可拥有属于自身的专用通道。其主要运营范畴包括两个方面,分别为电路型业务和分组型业务。通常所说的第二阶段出现的GPRS,属于分组型业务。分组型业务相比与电路型业务而言,有着较大的优势:首先GPRS是普通电话拨号上网的升级版,是结合之前各种优势出现的技术,其次会自动根据需求进行在线更新,通过路由器实现GPRS骨干网互联。GPRS被称为 2.5G网络是因其为GSM网络从2G向3G发展的必经阶段,也是重要阶段,与之前的2G网络相比,其技术特点就显示出了优势,比如:对资源的使用效率高,可做到信息的实时高效传输,传输速度是之前的数倍,使用成本低等。

图1　GPRS模块

2系统总体设计

本GPRS安防系统主要由GPRS网络无线发射模块、图像采集模块、红外感应模块、温度控制模块等几部分组成。其中,GPRS模块的作用是将采集到的信息通过该模块直接发送给用户,用户可通过手中的显示器实时观察家中情况,这也是系统中最重要的模块之一。图像采集模块是将用户所需看到的情况经过采集输入到GPRS模块中,而红外感应和温度控制模块是通过设定临界值,对特殊情况进行预处理并将信息传至用户[4]。系统的基础为RISC机器,将GPRS模块、图像采集模块、红外感应模块等所采集的信号通过无线收发模块传送到主控制机,主控制机对各个信号进行分类和处理,挑选出有用信息,借助GPRS无线发射模块传送到用户手中,用户可直观的观察家中情况,做到及时有效的预防各种危险事态的发生。该系统的硬件部分包括,ARM7处理器、GPRS网络无线发射模块、图像采集模块、红外感应模块以及温度控制模块,其总体结构如图2所示。系统软件的设计流程为:在系统启动的同时,首先执行init程序,init的作用是管理初始化运行中的软件系统,搭建好与终端通信的桥梁并将起始地址放到指针中启动。随后就是将Linux进行初始化操作,目的是构建系统架构与分化系统内存。再对设备中的外部运营环境进行检测,最终通过驱动程序,系统开始正常运行[5]。

图2　系统原理结构图

3安防系统硬件设计

GPRS通信模块采用西门子公司的MT75U型模块,该模块在通信领域被广泛使用,受到了用户的肯定。MT75U的特点是其可用在不同的网络频率上,且可有多个时间输出标准,支持多种译码方式。其主要引脚分别包含了电源接口,小功率电源输出引脚VDD,模块激活引脚/IGT,紧急关闭引脚,LED控制引脚SYNC,SIM卡接口,一个串口以及各两组模拟音频输入接口和输出接口。MT75U的BR接口的阻抗为30 Ω,可提供连接作用,使用者可随意选择信号发射器和对应的接收器进行连接,设计选择体积小、重量轻、集成效率高的接收器,使其不仅方便携带且提供了更高的传输速度与准确性[6]。编码译码模块采用惠普公司生产的PI3665电路,其优势是制作工艺成熟,且功耗较低。PI3665可有多个地址段引脚,这些引脚的作用分为3种,空间引脚和链接高低电平。这些地址段可任意组合,经过组合可分配出598 741个不同的地址,组合后的地址通过串行输出,最终控制无线远端信息采集电路。信号首先由编码芯片产生,然后经过采集数据、分类数据、整合数据排列组合形成一个完整的编码,在译码器收到完整信号后,将信号与之前的地址码进行比对,比对合格后以高电平的模式输出,同时传输的数据在经引脚以高电平的形式输出,若系统处于不断译码编码阶段,系统会连续发出信号。当译码工作结束时,电源将自动断开,输出为低电平。再次启动时,第16号引脚会输出经过系统处理过的信息信号,若此时16号引脚处在高电平形式,则高频发射电路起振并发射等幅高频信号,当16号引脚处在低电平的工作状态时,系统电路会停止发射信号,故此处的16号引脚对系统的信号发出与控制环节起着关键作用[7]。

4安防系统图像模块设计

本系统图像采集模块的核心部分就是图像传感器,其主要作用就是对摄像头采集的图像信息进行数模转换,然后将转换得到的数字信号发送到系统的传输接口中,经过信号处理对其中的信息进行处理与优化。图像采集模块的关键就是摄像头的选择,本系统使用天鹰U600来对图像信息进行采集,其芯片使用的是主流UI621芯片,该芯片是在数字化图像采集中所使用的主要芯片,其包含了数字摄像IC接口、DRAM接口、实时图像压缩引擎、USB接口、I2C接口和FIFO等功能,用于将摄取的数字视频图像直接通过USB接口送入开发板处理。在系统的运行下进行图像的采集工作,应先加入USB模块,其对系统起着支撑作用,然后再加入视频模块及芯片的驱动程序[8]。

5系统测试结果与分析

为验证系统符合设计需求,对其进行测试,并对实验结果进行分析。利用天津华创公司的WR7为实验测试平台,系统电源部分采用的模式为:标准、慢速、休眠、掉电,且带有USB接口。无线传输模块与处理器进行串行连接,图像处理等模块使用的是上述型号的芯片,在测试过程中完全按照设计步骤进行测试,不改变任何数据及器件的选择。

图3　MT75U原理图

图4为系统最终测试效果图。经测试结果分析,文中得到了系统的性能指标:图像采集模块的使用前提分别是人为主动触发、温度上线触发及感应触发;人体侦测模块触发范围为10 m;图像传送格式为动态图形或jpg格式;图片大小≤2 MB;存储时间<1 s。所有信息通过无线网络模块进行传送,即使网络暂时未被打开,也会进行保存,下次启动时自动发送。报警方式采用短消息提示的方式,在无网络情况下也可接收到提示信息。通过对系统结果及性能指标的分析,该系统运行稳定,不受外界条件干扰,且传输图像快捷清晰,达到了设计要求。

图4　测试效果图

6结束语

本文首先通过对系统需求的分析,结合以往安防系统的设计特点及问题,设计开发了一款全新的基于GPRS无线安防系统。该系统结合了计算机技术、无线传感技术、无线通信技术等,对安防系统做了全面改进。经测试分析得出,该系统可准确快速地将家中发生的情况报告给使用者,并能及时将家中发生的危险情况通过短信的形式发送到用户手中,确保家庭环境的安全。

参考文献

[1]陈曦.智能家居控制系统的设计与实现[J].国外电子元器件,2003(11):5-7.

[2]文仁君.安防系统平台的设计与实现[D].北京:北京航空航天大学,2003.

[3]王凯明.智能家居系统的研究[D].西安:西安科技大学,2005.

[4]庞志.家居智能安防系统的设计与开发[J].中国安防产品信息,2004(1):54-55.

[5]宋小平.中国智能家居的现状及发展趋势[J].低压电器,2005(4):18-21.

[6]程涛.基于现场总线的安防系统的开发与研究[D].武汉:武汉理工大学,2002.

[7]刘志伟.基于ARM的嵌入式图像监控系统研究[D].西安:西安工业大学,2006.

[8]田小辉,李明远,田昕.基于GPRS的远程无线透传终端系统的设计与实现[J].现代电子技术,2005(4):97-99.

Design and Implementation of Wireless Security System Based on GPRS

YAO Xue1,LU Ning2,MA Xiaoming3

(1.System Design Division,Xingtian Communication Technology Co.,Shenzhen 518000,China;2.Management Department,Merchants Xingtian Cloud Valley Investment and Development (Tianjin) Co.,Shenzhen 518000,China;3.Works Detection Institute,Guangzhou Railway (Group) Company,Guangzhou 510000,China)

AbstractA wireless security system combing the application computing,wireless networks and image sensing technology on the GPRS network platform is designed for domestic use.Timely and visual inspection of security situation at home is available by using the GPRS technology,both safe and practical.Tests show that the system offers effective family protection.

KeywordsGPRS;MMS;security system;intelligent home;image guard

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.05.038

收稿日期:2015-09-01

作者简介:姚雪(1984—),女,工程师。研究方向:电子信息。

中图分类号TP277.1

文献标识码A

文章编号1007-7820(2016)05-142-03