基于ARM+GPRS的报警系统设计和应用

摘 要：应用mini2440开发板作为硬件设计平台，采用嵌入式linux作为软件设计平台，基于GPRS A6模块的远程监控和报警系统。模拟场景测试后，此次设计的报警系统完成了在室内温度探测，视频监控，短信通知和声光报警等功能，具有很好的安防实用性。

关键词：嵌入式系统；mini2440；GPRS A6；监控报警

目前科技和经济的飞速发展，越来越多的自动化电气设备进入普通的家庭，因此带来了更多的安全隐患，如何降低电器设备在非正常工作之后产生的安全问题是此次报警系统的设计目标。当设备在异常后，人们能通过监控设备及时的了解异常的信息并自动的处理异常的问题，由此可见，报警监控系统对于家庭来说有着很大的作用。

早在几年前，就有人提出了基于嵌入式Web服务器信息家电安防系统的软件方面的设计，进而实现了嵌入式系统与网络相连的方案，室内情况可以得到实时安全监控和图像信息传输。但是也有很多的不足之处，比如传输速率低下，监控设备与网络之间的数据交互相对繁琐。此次方案设计是基于GSM/GPRS，采用USB摄像头传送的视频信息通过网络接口传送到服务器，人们可以在手机等监控端可以直接通过网络看到服务器上的摄像头传送的图像信息，进而实现了对特定场景的实时监控。

1 总体方案设计

报警系统采用以ARM9处理器mini2440作为控制器，只要功能是从温度传感器，红外传感器和USB摄像头采集温度和图像信息，并且根据相应的信息来自动进行报警和灭火操作的执行，发生异常情况之后通过GSM/GPRS模块向制定的手机发送报警信息，同时监控设备可以通过网络进行数据交互，并可以通过登陆特定的网页对监控机进行控制。系统总体方案设计框架如图1所示。

2 硬件模块设计

2.1 主控电路模块

本次设计采用的主控电路模块是Samsung公司的S3C2440处理器，主控模块外围硬件设备包括USB摄像头，GSM/GPRS模块，温度传感器模块，红外传感器模块，蜂鸣器报警模块，模拟灭火操作模块。MCU采用时间片轮流查询的方式从温度传感器模块和红外传感器模块分别读取数据信息，当读取的温度数据超过设置的值，或者当MCU收到红外传感器模块的特定中断信号时，此时蜂鸣器会发出警报声，并且向用户手机发送警报信息，在自动进行这些警报操作时，摄像头还会获取视频信息。

2.2 声音报警模块

采用mini2440硬件模块上自带的蜂鸣器，将蜂鸣器接到MCU的通用输入输出设备上（GPIO），此次采用的硬件管脚为GPB0，首先将GPIO配置寄存器GPBCON设置为输出模式（01表示输出），当数据寄存器GPBDAT写入1时，蜂鸣器开启，否则写入0为关闭蜂鸣器。声音报警模块电路如图2所示。

2.3 灭火模拟模块

将四个用户LED作为灭火模拟电路，LED亮表示灭火装置已经启动。LED与MCU的GPIO相连，具体的连接引脚为GPB5，GPB6，GPB7，GPB8，首先应该对可复用的GPIO口进行对应寄存器的配置，将配置寄存器GPBCON配置为输出模式，接着就是对LED的控制，具体是对数据寄存器GPBDAT的写操作，写入0，LED灯亮，表示灭火装置启动，写入1，LED灭。

2.4 温度监控模块

温度值是由最小系统从温度传感器中获取，获取的温度值通过A/D转换器转换后传送给MCU。A/D转换器又称为数模转换器，是将模拟信号转换成单片机能够识别处理的数字信号，数模转换器相当于一般模拟信号和单片机之间进行联系的中转站。mini2440开发板采用的A/D转换器是ARM s3c2440集成的一个8通道10位CMOS A/D转换器，而且可以支持LCD触摸屏功能。AD转换器频率=50MHz/（49+1）=1MHz，转换时间=1/（1MHz/5cycles）=1/200KHz=5us。

本次设计的电路是通过转动变阻器的阻值来改变加载电压进而实现对模拟温度的变化。在程序的实现上是通过read，write函数来进行对A/D转换器的读和写操作。

2.5 红外传感模块

本次設计采用的红外传感器模块是E18-D80NK红外光电传感器，这种光电传感器将发射头和接收头集成在一个模块上，传感器的原理是，首先将光线经过调制后从发射头发出，碰到障碍物后形成反射光，接收头将反射光重新进行解调后输出，正因为这种调制作用，受外界光线的干扰较小，发射头上安装了透镜增加了探测距离。特点是具有探测距离远，受可见光干扰小，价格便宜，易于装配，使用方便等特点。硬件引脚接到MCU的GPIO口上，软件上首先对相关寄存器进行配置，将配置寄存器GPFCON设置为输入模式，根据原理图，最后就是进行中断的处理，设置为下降沿驱动。

2.6 GSM/GPRS模块

GPRS模块全称是通用分组无线技术，其作用是将TTL串口数据通讯转化为GPRS无线数据通讯。GPRS在全国范围内都有很好的广域覆盖，本次设计电路采用的是GPRS A6模块，继承了数据传输的核心模块，提供了TTL串口转GPRS/短信息/语音通话等信息传输功能。A6模块的传输高效，目前GPRS最高可支持86.5比特率的传输速率，理论峰值传输可超过一百比特率。特点是价格低廉，使用方便，性能优秀，支持2个串口，一个下载串口和一个AT命令口，模块的UART_TXD和UART_RXD口连接开发板的UART1口。A6 GSM/GPRS模块电路图如图3所示。

3 软件程序设计

本次设计的程序主要有三个方面，主程序流程框图如图4所示，其中包含等待红外传感器出发的中断信号和获取温度传感器超过临界温度信号两个线程等待的控制命令，在程序中使用轮流查询的方式来检测运行中的线程状况，获取到输入信号时及时的进行相应的操作。

防盗进程和灭火模拟处理进程流程框图如图5所示，当红外传感器接收到信号后，给用户发送报警短信，并且开启声光报警提示和通过摄像头获取现场的图像信息。程序中是通过AT指令给用户手机发送报警信息。

4 模拟测试结果及分析

4.1 设计平台

硬件上选择友善之臂公的mini2440开发板，MCU为s3c2440芯片，软件平台选择的是Linux操作系统：Fedora 14。

由于程序开发是在Linux系统上进行，而可执行文件是在嵌入式设备上运行，鉴于两者平台处理器结构不同，所以首先第一步是交叉开发工具链的建立，目的是完成不同体系结构上程序代码的编译链接和最终调试。在Linux终端上执行命令gcc -v，可以看到安装的gcc版本4.5.1，表明交叉工具链建立完成。

第二步是进行u-boot的移植。采用的u-boot版本为u-boot-1.1.6，将修改好的u-boot源码进行编译，在终端上执行命令make，生成二进制文件u-boot.bin，最后通过jlink烧写到开发板Nandflash的第一个分区。

第三步是Linux内核的编译和移植，采用的内核是Linux-2.6.32.2版本，然后将镜像文件烧写到Nandflash的第二个分区。

最后是根文件系统的制作。创建目录/bin，/sbin，/dev，/etc，/lib，/home，/root，/usr，/war，/proc，/mnt，/tmp，再在/etc下建立初始化启动所需要的文件，最后是构建yaffs文件系统映像文件，目的是将编译好的程序以文件的形式烧写到存储设备上去。

应用mkyaffsimage工具程序制作yaffs image，打包镜像文件：cd/opt/mkyaffs2image-128M root/root.yaffs，然后将生成的rootfs.yaffs拷贝到Windows平台，最后烧写YAFFS（rootfs.yaffs）到Nandflash的第三个分区，至此，根文件系统制作烧写完成。

4.2 系统功能测试与分析

在开发板上插入USB摄像头，串口上插入GSM/GPRS A6模块，在SIM卡插入GPRS卡槽中，打开电源启动开发板。在一台已联网的电脑设备的浏览器中输入网址：http：//192.168.1.230：8080 /stream_simple.html，即可看到摄像头的动态画面了，进而实现对室内环境的实时监控，此次采用的开发板IP地址为192.168.1.230，结果如图6所示。

页面左侧有控制按钮，能实现控制功能。手动模拟触发红外传感器，此时蜂鸣器报警，用户手机收到报警短信，短信内容为“thief”。当旋轉开发板上的电位器时，调整A/D模块的输入，进而模拟温度改变的情况，当输入温度达到设定的临界值时，蜂鸣器报警，监控机通过GPRS模块向用户手机发送报警短信“fire”，此时模拟灭火装置的LED灯亮。

5 结语

本次设计的报警系统结合嵌入式Web服务器，GSM/GPRS技术以及嵌入式ARM9相关编程技术，实现用户对室内情况的实时监控，该系统也可以进行多种功能的扩展，根据用户的功能需求或监控环境的改变进行个性化定制，使得用户及时通过网络和手机获得家中的异常情况，当安全隐患发生时，自动的进行相应的操作降低异常带来的经济损失。在报警系统中通过网络提供远程访问服务，并通过GSM短信息及时的通知用户发生的异常情况。在现代化安防中，起到很重要的作用。

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作者简介：

王元（1993-），男，汉族，湖北仙桃人，硕士，研究方向：嵌入式系统应用。