基于ARM11和MMS的遠程監控系統研究
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3 系統硬件設計
3．1 控制模塊的設計
為了使遠程監控系統可以穩定、持續、高效地工作，并能對突發事件做出迅速反應，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格式的數據作為輸入，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對圖像采集模塊的要求。
3．2 傳感器模塊的設計
系統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、分辨率高等優點，可應用于各類環境中，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，其數據格式：40位數據=16位濕度數據+16位溫度數據+8位校驗和。在本系統中，通過S3C6410的引腳GPE1并加上拉電阻與控制模塊進行通信，使系統集成變得更為簡易快捷，節省了引線數量，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，可長期穩定地工作，抗干擾性強。通過測量其輸出電阻，可以檢測現場的煙霧濃度。
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數據輸出格式，可完全滿足系統的設計要求。其輸入輸出接口與S3C6410的相機接口具備良好的兼容性，為系統的開發提供極大的便利。
3．4 GPRS模塊的設計
系統采用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連接以及較高的數據傳輸速率。該模塊有較寬的工作溫度范圍，可滿足監控系統對惡劣條件的要求。SIM300z與S3C6410通過串口通信，能及時處理S3C6410發出的AT指令。對于S3C6410傳遞的數據，SIM300z也可及時轉發，滿足監控系統對數據傳送的要求。
4 系統軟件設計
完成硬件的設計只是實現系統功能的第一步，良好的軟件設計才是系統能夠穩定運行的關鍵，下面將詳細介紹監控系統的軟件結構和重要的軟件模塊。
4．1 嵌入式操作系統的移植
嵌入式操作系統是一種用途廣泛的系統軟件，負責遠程監控系統的全部軟件硬件資源的分配、調度等工作，是整個系統的基礎。Linux因其內核完全開放、可以靈活配置等特性，被選為本系統的操作系統。其移植過程如下：
①在PC機上利用虛擬機，建立交叉編譯環境GNU；
②根據系統需要選擇TCP／IP等模塊，編譯生成Linux內核；
③編譯生成根文件系統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Linux內核啟動；
⑤燒寫Linux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協議進行撥號，而移植到ARM中的Linux沒有提供PPP協議，需要在內核編譯時配置網絡設備支持PPP協議。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：
①設置串口速率為115 200 bps，校驗位為NONE，數據位為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函數完成圖像的采集和編碼工作，極大地縮短了開發周期。
溫濕度的采集通過AM2301模塊進行，在其上電后，需等待1s以越過不穩定狀態，在此期間不能發送任何指令。AM2301與S3C6410之間采用單總線數據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據傳送狀態。而后AM2301傳遞40位的有效數據，當最后一位數據傳送完畢后，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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