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          ARM&GPRS技術(shù)的家居實(shí)時(shí)安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2016-09-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:設(shè)計(jì)了一個(gè)以32位微處理器STM32F103C8T6為控制核心,外加振動傳感器和熱釋紅外傳感器的實(shí)時(shí)。該系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí),能實(shí)時(shí)監(jiān)控到是否有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域,且實(shí)現(xiàn)自動發(fā)送報(bào)警。系統(tǒng)采用微型圖像傳感器獲取圖像信息,并對圖像進(jìn)行初步處理,再利用模塊SIM900發(fā)送到指定手機(jī),同時(shí)將獲取的圖像數(shù)據(jù)保存到SD卡?。实验结贡砻?,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201609/305047.htm

          引言

          最近幾年隨著我國城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn),人們的居住環(huán)境得到了很大的提升,家中的各類貴重物品也越來越多。由于城市的流動人口相對復(fù)雜,因此家居防盜已經(jīng)成為人們非常關(guān)注的問題,對于家居安防方面的研究國內(nèi)外都有不少方案。而這些方案基本都采用了運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)的高性能9或者11平臺,外圍搭配多種高端傳感器,這類方案成本都較高。本文介紹一種基于低成本32位ARM平臺為控制核心的家居實(shí)時(shí),以更具實(shí)用性的設(shè)計(jì)和更低的成本,提供了一套實(shí)時(shí)安防解決方案,能很好地滿足大部分家庭對家居安防的需求。

          1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

          從圖1可以看出系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)思想,充分利用成熟的技術(shù)和模組產(chǎn)品,有利于降低設(shè)計(jì)的難度和整體成本。系統(tǒng)采用低紋波高效能的5 V開關(guān)電源作為工作電源,電路內(nèi)部經(jīng)過多路電源管理單元的穩(wěn)壓處理后為系統(tǒng)各個(gè)模塊供電,以保證系統(tǒng)良好的抗干擾性能。系統(tǒng)的控制核心為STM32F103C8T6,振動傳感器的型號為SW-180,是中斷信息輸入單元,用戶可以安裝在適合的位置,負(fù)責(zé)檢測振動信號。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

          ARMGPRS技術(shù)的家居實(shí)時(shí)安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          熱釋紅外傳感器的型號為HC-SR501,同樣是單向輸入單元,該傳感器能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)100℃時(shí)5~7 m范圍內(nèi)的人體移動信號,實(shí)時(shí)將信號反饋到系統(tǒng)控制核心。圖像傳感器經(jīng)過數(shù)據(jù)緩存FIFO后與控制核心STM32F103C8T6連接,可降低微處理器的速度要求,減輕系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

          圖像信息進(jìn)入微處理器后將會進(jìn)行初步處理和格式轉(zhuǎn)換,得到的JPEG格式圖像再通過模塊SIM900以的方式發(fā)送到指定的手機(jī)內(nèi)。一旦有可疑人員進(jìn)入房屋內(nèi),系統(tǒng)將被觸發(fā),并自動抓拍現(xiàn)場照片,發(fā)送彩信提醒用戶,然后將照片保存到系統(tǒng)自帶的SD卡內(nèi),以備查閱。

          2 硬件設(shè)計(jì)

          2.1 系統(tǒng)核心單元

          系統(tǒng)核心處理器STM32F103C8T6采用高性能的ARM Cortex—M3 32位RISC內(nèi)核,工作頻率為72 MHz,內(nèi)置高速存儲器(64 KB的閃存和20 KB的SRAM),豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩組APB總線的外設(shè)。其包含2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和1個(gè)PWM定時(shí)器,以及2個(gè)I2C總線接口和SPI接口、3個(gè)USART接口、一個(gè)USB接口和一個(gè)CAN總線接口。STM32F103C8T6的工作電壓為2.0~3.6 V,采用LQFP48封裝。系統(tǒng)內(nèi)使用LDO將5 V電源轉(zhuǎn)換為3.3V為其供電。

          ARMGPRS技術(shù)的家居實(shí)時(shí)安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          圖2設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路和復(fù)位電路,SD卡通過SPI接口與核心處理器通信,振動傳感器和熱釋紅外傳感器則通過中斷I/O口接入,圖像傳感器的SCCB接口連接核心處理器的I2C總線接口,模塊SIM900則通過串口1進(jìn)行通信。

          2.2 圖像采集單元

          OV7670是OmniVision公司生產(chǎn)的一顆30W像素COMS圖像傳感器,具有體積小、工作電壓低的特點(diǎn),提供單片VGA攝像頭和影像處理器的所有功能。系統(tǒng)通過I2C總線控制,可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位圖像數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品VGA圖像最高達(dá)到30幀/s。用戶可以控制圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。OmniVision圖像傳感器應(yīng)用獨(dú)有的傳感器技術(shù),通過減少或消除光學(xué)或電子缺陷如固定圖案噪聲、托尾、浮散等,提高圖像質(zhì)量,得到清晰穩(wěn)定的彩色圖像。

          ARMGPRS技術(shù)的家居實(shí)時(shí)安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          圖3的電路中設(shè)計(jì)了12 MHz有源晶振,用于產(chǎn)生12 MHz時(shí)鐘作為OV7670的XCLK輸入信號。PAM3101DAB28用于向OV7670內(nèi)部的模擬電路提供穩(wěn)定的2.8 V工作電壓,同時(shí)I/O工作電壓也使用這組2.8V電源,這樣OV7670內(nèi)部自帶的LDO即可正常工作,自動為OV7670的內(nèi)核部分提供1.8 V電源。

          系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)FIFO芯片AL422B,該FIFO芯片的容量為384 KB,足夠存儲2幀QVGA圖像數(shù)據(jù)。由于采用了FIFO作為數(shù)據(jù)緩沖,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集負(fù)擔(dān)大大降低,設(shè)計(jì)者只需關(guān)心如何讀取FIFO數(shù)據(jù)接口,不必再關(guān)心OV7670的數(shù)據(jù)是如何采集到的,又是如何傳送到FIFO的,這樣就可以減少甚至不用關(guān)心CMOS的控制以及時(shí)序關(guān)系,就能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的采集。

          2.3 振動傳感器單元

          振動傳感器SW-180是一種彈簧型無方向性振動感應(yīng)器件,它可以任意角度觸發(fā)。在靜止時(shí)任何角度都為開路OFF狀態(tài),當(dāng)受到外力碰撞或者大力晃動時(shí),彈簧變形和中心電極接觸導(dǎo)通使兩個(gè)引腳瞬間導(dǎo)通為ON狀態(tài);當(dāng)外力消失時(shí),電路恢復(fù)為開路OFF狀態(tài)。為了避免振動傳感器受干擾誤觸發(fā),利用電壓比較器LM393對振動傳感器的開關(guān)量信號進(jìn)行預(yù)處理,過濾干擾信號,經(jīng)過LM393后得到一個(gè)邊沿陡峭的觸發(fā)信號傳送到核心處理器STM32F103C8T6的中斷口。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻即可改變振動傳感器的觸發(fā)靈敏度,振動傳感器電路如圖4所示。

          ARMGPRS技術(shù)的家居實(shí)時(shí)安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          2.4 GPRS模塊單元

          SIM900是SIMCOM公司推出的一款新型四頻GSM/GPRS模塊,支持MMS彩信功能,完全采用SMT封裝形式,同時(shí)采用了功能強(qiáng)大的ARM926EJ-S芯片處理器。SIM900的供應(yīng)電壓范圍為3.2~4.8 V,系統(tǒng)采用LDO器件MIC29302BU為其供電,LDO輸入端設(shè)計(jì)了π型濾波電路,輸出端加入了EMI器件,還有旁路電容,以保證電源的紋波足夠低,如圖5所示。


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