3.1 控制模塊的設計

　　為了使遠程監(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，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版本內核的低成本、低功耗、高性能微處理器，廣泛應用于移動電話和其他便攜式應用。為了給2.5G和3G移動通信業(yè)務提供最佳的硬件性能，S3C6410采用64/32位內部總線結構，內部集成了多個功能強大的硬件加速器，如移動圖像處理、顯示控制和圖像縮放。其內部集成的JPEG編解碼器，支持對YCbCr4：2：2/YCbCr4：2：0格式的圖像進行編碼，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 傳感器模塊的設計

　　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、抗干擾能力強、性價比高、溫濕度測量范圍大、分辨率高等優(yōu)點，可應用于各類環(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，降低了產品成本。

　　煙霧濃度傳感器采用MQ-2作為感應器件。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。通過測量其輸出電阻，可以檢測現(xiàn)場的煙霧濃度。

　　3.3 圖像采集模塊的設計

　　圖像采集模塊采用美國Omnivision公司生產的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)的設計要求。其輸入輸出接口與S3C6410的相機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模塊的設計

　　系統(tǒng)采用Simcom公司的SIM300z作為GPRS模塊。它利用GPRS技術與GSM移動通信網絡作為傳輸介質，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)軟件設計

　　完成硬件的設計只是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的第一步，良好的軟件設計才是系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行的關鍵，下面將詳細介紹監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結構和重要的軟件模塊。

　　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，負責遠程監(jiān)控系統(tǒng)的全部軟件硬件資源的分配、調度等工作，是整個系統(tǒng)的基礎。Linux因其內核完全開放、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機上利用虛擬機，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內核;

　?、劬幾g生成根文件系統(tǒng)rootdisk;

　?、芟虻讓佑布?a href="http://cshb120.cn/soft/special/" target="_blank">下載Bootloader映像，Bootloader的主要作用是初始化硬件，引導Linux內核啟動;

　?、轃龑慙inux內核和rootdisk映像。

　　4.2 GPRS連網模塊的設計

　　在Linux下通過GPRS上網，必須使用PPP協(xié)議進行撥號，而移植到ARM中的Linux沒有提供PPP協(xié)議，需要在內核編譯時配置網絡設備支持PPP協(xié)議。在此基礎上，利用pppd源碼包，使用“ATD*99***1#”進行撥號連接，即可登錄中國移動的GPRS網絡。在撥號過程中，需要進行如下設置：

　?、僭O置串口速率為115 200 bps，校驗位為NONE，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1，并取消硬件流控制;

　?、谟脩裘c密碼為空;

　?、凼褂谩癆T+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET””指令，設置接入點為CMNET。

　　4.3 信息采集模塊的設計

　　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具備相機接口和強大的JPEG編解碼器作為硬件支持，可直接調用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的響應信號。AM2301的響應信號是一個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：感應器件MQ-2將煙霧信息轉變成電信號，經放大電路后再進行A/D轉換，最終傳遞給S3C6410進行存儲。

　　4.4 MMS發(fā)送模塊的設計

　　當系統(tǒng)成功連接到GPRS網絡后，需要通過WAP協(xié)議發(fā)送MMS信息。在此過程中，WAP網關的IP設置為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網關發(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掌鞣祷剡B接確認，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。

　?、畚⑻幚砥靼l(fā)送WTP確認(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。

　?、菥W關返回事務操作結果，微處理器發(fā)送WTP確認(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確認也可以被接收，能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)對實時性的要求。系統(tǒng)測試如圖3所示。

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　　結語

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