基于GPRS的无线监控系统设计

杨艳芹　汪胜祥

摘 要 在工业生产和日常生活中，有很多场合需要用到无线技术，特别是在高危场所、无法布线或无人看守的地方。本文基于GPRS[1]提出了一种嵌入式无线监控系统，以ARM处理器为核心，通过摄像头和传感器采集数据和图像，利用GPRS网络实现数据的无线传输，从而实现无线远程监控的目的。本文介绍了系统的总体构架，并对硬件和软件的实现进行分析，同时还分析了技术原理和协议，最后实现了用户可以通过手机端发送控制命令，通过GPRS网络传输到监控端，处理器根据命令执行数据的采集和图像的拍摄，然后回发数据到用户端，实现了数据和图像的无线远程监控。

关键词 无线 GPRS ARM 图像 监控

中图分类号：TP277 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.09.017

Abstract In industrial production and daily life， wireless technology is needed on many occasions， especially in high-risk locations， where no wiring or unguarded areas can be found. This paper put forward an GPRS[1] based embedded wireless monitoring system based on ARM processor as the core， through the camera and sensor data acquisition and image， realize the data wireless transmission by GPRS network， so as to achieve the purpose of wireless remote monitoring. This paper introduces the overall framework of the system， and the realization of hardware and software are analyzed， and also analyzed the technical principle and protocol， finally realizes the user through the mobile phone terminal can send control commands transmitted through the GPRS network to the monitoring terminal according to the command processor， data acquisition and image shooting， and then sent back to the data the user terminal， realize the wireless remote monitoring data and images.

Keywords wireless； GPRS； arm； image； monitoring

隨着计算机技术的发展，以及图像处理技术和算法的不断成熟，基于嵌入式[2]的监控系统在工业技术和日常生活中发挥了越来越重要的作用，特别是厂房、仓库等无人值守、高危环境或者偏僻的场所对无线监控的需求显得很迫切。本文提出一种基于GPRS的无线远程监控系统，根据系统的功能要求，提出系统总体设计方案。系统功能可大体分为三个部分：命令接收部分、现场数据采集检测部分、数据远程发送部分，本文针对系统的硬件和软件设计分别进行介绍。

1 GPRS技术

GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文的简称，是在现有的GSM系统基础上产生的一种新的分组数据无线业务。GPRS一个最大的特点是虽然其不适合频繁大量的数据传输，但它非常适合用在突发性的、间断的、频繁的、同时又是少量的数据传输，而且偶尔的大数据传输它也可以胜任，这一特点非常适合移动互联的应用。

GPRS系统和GSM[3]系统的区别是：GPRS系统是一种分组交换系统，而GSM系统是一种电路交换系统。

GPRS与传统的业务相比有很大的优势，其表现在以下几个方面：

（1）实时在线，即用户随时随地可以与网络保持联系，不中断；

（2）系统通信成本非常低，用户可以一直在线，但系统的收费模式是：按照用户接收和发送数据包的数量大小来收费，没有数据流量的产生不收费；

（3）系统登录快速方便，GPRS的用户只要开机，就直接连接在GPRS网络上，每次需要使用时只需要几秒的激活时间即可以使用；

（4）系统传输传输快，GPRS系统采用的是分组交换技术，数据传输速率理论最高值可以达到171.2kb/s。GPRS基本结构图如图1所示。

2 系统的结构与功能

2.1 系统结构

系统主要分为监控部分、GPRS接收发送部分、嵌入式处理部分、图像及数据采集部分、系统显示部分。结构框图如图2所示。

2.2 系统功能

系统可以利用ARM处理器控制摄像头采集图像[4]，利用传感器采集其他数据参数，在ARM处理器里处理之后，通过GPRS发送到监控端。

3 系统主要部分设计

3.1 系统平台

本系统采用的平台为S3C6410， 这款嵌入式平台是基于SAMSUNG的16/32位RSIC微处理器S3C6410X的一款开发平台，这款处理器一般用于手持设备、移动通信终端的开发，它的核心主要是ARM1176JZF-S。endprint

嵌入式平台S3C6410是一款高性能、性价比高的通用处理RSIC处理器，该平台采用 64/32bit的内部总线架构，融合了AXI、AHB、APB总线，为2.5G和3G通信服务提供了优化的硬件性能，同时依靠其低功耗的特点其在终端设备上得到广泛的应用。S3C6410平台有良好的外部存储器接口，该接口通信速率快，能满足在大多数通信服务中的数据带宽要求，其还有很多硬件功能外设如：Camera接口，TFT 24bit真彩色LCD控制器等。

系统软件平台以嵌入式Linux和Qt/Embedded为基础，在处理器上完成linux内核包括网卡、通用USB摄像头和LCD等驱动移植，同时完成QT图形库与tslib-1.4以及libjpeg库的移植。

3.2 GPRS部分

本系统中，GPRS模块主要完成信息的接收和发送[5]，通过串口AT命令完成。AT指令时手机、GSM/GPRS模块通信中常用的控制指令，通过它可以控制各种通信如：短信发送等。目前大都采用的标准是GSM07.07标准，它是手机通讯的一般标准。在实际的应用过程中，不同的生产商都对AT指令進行了相应的修改，因此指令不完全相同。AT指令通常有以下几种格式：

（1）AT

（2）AT+XXXX=XX

（3）AT+XXXX=“XX”

在系统程序设计开发中，处理器通过串口发送AT的控制GPRS的过程如下：

（1）设置串口参数（115200）；

（2）串口打开；

（3）根据不同需要发送AT指令，然后等待模块响应，处理器准备接收响应中断；

（4）接收到模块的返回之后，然后处理器分析处理数据；

（5）通信完成，关闭串口。

3.3 图像采集部分

Video4linux2，简称为V4L2，它是linux关于图像采集部分的内核驱动，可以在linux中运行。在linux系统中，视频图像采集外设被认为是设备文件，可以像读写普通文件一样读写设备，视频图像外设的文件路径在/dev/video0下。

本系统采用V4L2完成图像采集。V4L2主要是在Linux操作系统之上用一系列的回调函数来实现发现设备和操作设备，它可以设置摄像头的频率、帧频、视频压缩格式和图像参数等。图像采集的流程如图3所示。

系统采集到数据图像之后，数据存在内核空间里，用户不能直接对其进行操作，因此要用内存映射的方式把内核空间的地址映射到应用程序的内存空间，这样用户就可以直接处理图像数据，在V4L2中一般使用mmap函数来实现。在内存映射完成后，嵌入式平台S3C6410里把图像信息转换成数据流，然后通过系统的串口用AT命令把数据流传送到GPRS端，通过GPRS发送到客户端。

4 系统测试

系统完成后对其进行了测试，通信稳定，在手机端发送测试命令可以返回字符型的命令，再发送图像监控命令后也会成功收到实时的图像返回。其通信时间如表1所示。

5 结束语

选用S3C6410处理器及低功耗专用GPRS模块对本系统进行设计与实现，本系统利用GPRS实现了远程无线传输，能够及时稳定的反馈现场信息和图像[6]，安装简单方便，可应用在无人值守、高危环境等需要监控的地方，它可以无需人为参入，大大的节省了人力和物力，本系统运行稳定，满足了无线监控系统图像及数据的传输。

参考文献

[1] 卢满怀.GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计[J].单片机嵌入式系统应用，2004（8）：9-12.

[2] 袁雅迪.基于物联网的智能家居系统的设计与实现[J].企业技术开发月刊，2015.34（21）：8-8.

[3] 钟章队.GPRS能用分组无线业务[M].北京：人民邮电出版社，2001.

[4] 胡平，韩兴.基于3G的无线实时视频监控系统设计[J].计算机工程与设计，2011.32（12）：4018-4018.

[5] 李树新.基于GPRS的无线报警系统[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[6] 赵敏，杨恢先，汤安平.基于S3C2440的嵌入式Linux系统移植的研究与实现[J].电子器件，2008.31（6）：1947-1950.endprint