基于ARM11和MMS的遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究
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3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
3．1 控制模塊的設(shè)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(yīng)，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(nèi)核的低成本、低功耗、高性能微處理器，廣泛應(yīng)用于移動電話和其他便攜式應(yīng)用。為了給2．5G和3G移動通信業(yè)務(wù)提供最佳的硬件性能，S3C6410采用64／32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，內(nèi)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(nèi)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(shè)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(yīng)、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(yīng)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(chǎn)品成本。
煙霧濃度傳感器采用MQ-2作為感應(yīng)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(shè)計
圖像采集模塊采用美國Omnivision公司生產(chǎn)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(shè)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(shè)計
系統(tǒng)采用Simcom公司的SIM300z作為GPRS模塊。它利用GPRS技術(shù)與GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，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(zhuǎn)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(shè)計
完成硬件的設(shè)計只是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的第一步，良好的軟件設(shè)計才是系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，下面將詳細介紹監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)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(zé)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的全部軟件硬件資源的分配、調(diào)度等工作，是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。Linux因其內(nèi)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：
①在PC機上利用虛擬機，建立交叉編譯環(huán)境GNU；
②根據(jù)系統(tǒng)需要選擇TCP／IP等模塊，編譯生成Linux內(nèi)核；
③編譯生成根文件系統(tǒng)rootdisk；
④向底層硬件下載Bootloader映像，Bootloader的主要作用是初始化硬件，引導(dǎo)Linux內(nèi)核啟動；
⑤燒寫Linux內(nèi)核和rootdisk映像。
4．2 GPRS連網(wǎng)模塊的設(shè)計
在Linux下通過GPRS上網(wǎng)，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(nèi)核編譯時配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持PPP協(xié)議。在此基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)。在撥號過程中，需要進行如下設(shè)置：
①設(shè)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；
②用戶名與密碼為空；
③使用“AT+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET””指令，設(shè)置接入點為CMNET。
4．3 信息采集模塊的設(shè)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(diào)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(yīng)信號。AM2301的響應(yīng)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(dāng)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。
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