基于Xscale处理器的便携式安防设备的应用.docx
- 文档编号:26695554
- 上传时间:2023-06-21
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:144.08KB
基于Xscale处理器的便携式安防设备的应用.docx
《基于Xscale处理器的便携式安防设备的应用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于Xscale处理器的便携式安防设备的应用.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于Xscale处理器的便携式安防设备的应用
嵌入式系统结课设计(论文)
基于Xscale处理器的便携式安防设备的应用
学生姓名:
学号:
班级:
所在学院:
信息技术学院
专业:
中国·大庆
2012年06月
摘要
安防系统是一项被人们日益重视的新兴产业,就目前发展看,应用普及越来越广,科技含量越来越高。
目前,安防产业朝着信息化、网络化、数字化发展已是大势所趋。
本文介绍了一种利用嵌入式系统体积小,功耗低,便于移动等特点设计出的具有无线安防报警、远程监控、娱乐等功能的可移动式监控手持设备。
报警时采用响铃并向默认手机发送短信进行报警。
远程监控采用无线网络来传输视频流,可同时对多个地点实时监视,设备上的全球通信移动系统提供基本的通话和短信功能。
另外,本系统还具有个人数字助理功能。
该设备所完成的功能在各种监控环境中应用极其广泛。
工作人员可随身携带该设备在整个工作范围内进行工作。
关键词:
无线网络安防监控
ABSTRACT
Securitysystemisagrowingemphasisbytheemergingindustries,onthecurrentdevelopment,theuniversalapplicationofanever-increasingtechnologicalcontentgettinghigherandhigher.Atpresent,securityintheinformationindustry,network-based,digitaldevelopmentisthetrendofthetimes,asinformationtechnology,theinformationindustryisrelativelybackwarddevelopingcountry,ChinaSecurityIndustryfacingserioustechnicalchallenge.Thispapermainlydiscussedakindofportabledevicewhichisfunctionedwithwirelessalarm,remotesuperviseandentertainmentandmadeuseofthecharacteristicsofsmallvolumeandlowelectricconsumption.Itbothringalarmsandsendmessagetotheowner’scellarphonenumberwhenalarming.Ituseswirelessnetworktotransferstreamingvideoandcansimultaneouslywatchmanypoints.TheGSMmodemappliesthebasicvoicephoneandSMSfunctions.Meanwhile,thissystemisalsocapablefordigitassistant.Theexperimenttellsthatithasfullyachievethegoalandhighlyreliable,real-timeusableandfriendly.Staffcancarrytheequipmentinthewholeworkandtheworkcarriedoutwithintheframework.
Keywords:
wireless-networksecuritysupervise
目录
摘要I
ABSTRACTII
1概述1
1.1引言1
1.2发展前景1
2系统硬件设计2
2.1系统总体结构2
2.2系统硬件设计2
2.3无线安防报警方案5
2.4监控方案5
2.5监控方案5
2.6娱乐方案6
2.7电源管理方案6
2.8实现功能和系统特色6
3系统软件设计8
3.1WindowsCE嵌入式操作系统8
3.2终端机软件设计8
3.3单片机接收模块控制软件流程12
4系统特色与结论13
4.1系统特色13
结论14
参考文献15
1概述
1.1引言
安防系统是一门被人们日益重视的新兴专业,在日常生活中一些大的公司、学校、商场等地方的安防设施是将所有房间的通信线路连接到门卫室,当发生异常后响铃报警,监控系统则同样是将整栋大楼的视频信号以有线的方式传输到监控室,工作人员在监控室内每天将对着显示器长达八小时之久。
整套系统存在着成本高、安装复杂、使用不方便,且不易后期改造等缺点。
并且随着时间的流逝线路老化问题随之而来。
诸多问题造成了资源浪费、工作效率低下。
完全不符合自动化、现代化办公的社会发展要求。
就目前发展看,安防系统的应用普及越来越广,科技含量越来越高。
几乎所有高新科技都可促进其发展,尤其是信息时代的来临,更为该领域的发展提供了良好的契机。
1.2发展前景
在我国家构建和谐社会和建设小康社会的进程中,安全是大众最关心的热点,和谐必须要有安全。
政府的方针是求发展、求稳定、求和谐、求平安。
平安城市的建设,目前在全国范围内有比较大的声势,也有相当的力度。
随着科技水平的发展和技术要求的提高,人们已不再满足于仅仅建设独立的视频监控、门禁控制和防范报警系统,如何将这些系统完美地融合在一起,成为新的关注点。
由此,构建一个开放式无线安防监控系统集成平台的呼声也日益增大。
该类产品具有广阔的发展空间。
目前基于嵌入式处理器,功能强大,便于携带的移动式安防监控设备还是空白,所以该产品具有广阔的市场前景。
2系统硬件设计
2.1系统总体结构
本系统主要由无线安防报警功能模块、无线监控功能模块、通讯功能模块、娱乐功能模块和电源管理功能模块。
2.2系统硬件设计
整套方案基本原理主要是利用PxA270开发平台的硬件进行开发,利用该开发平台的两个标准接口进行数据的传输。
用串口0处于监听状态,一旦前端发送过来异常信号后,开启播放器线程同时向连有GSM模块的串口1发送指令,发送报警短信,此时该线程优先级最高,将阻塞其他线程。
由于终端机的串口O是标准3线接口,而串口1是标准9线接口,必须安照上述标准连接硬件,因为只有9线串口有modem连接,GSM模块的通话功能才能得到有效的保障。
该终端机上的无线网卡符合802.11通信协议,满足最大传送率为11mps的要求,可以进行网络通信。
终端机作为一个接入点可连接到局域网中,接收到来自网络上的各种各样的视频流、音频流等,也可接入到互联网中。
终端机的硬件结构如图3.2所示。
图2.1终端机外围结构框图
图3.2是终端机的外围的硬件结构框图,接收模块负责前端安防报警发送过来的信号,GSM模块负责基本的通信,无线网卡用于组建无线局域网接收视频流,电池负责向终端机及外围电路供电。
外挂硬盘、SD卡、CF卡可实现海量存储。
图2.2安防终端图
图3.3是防火部分控制电路,由温度传感器、离子烟雾传感器共同监视。
由于所选的温度传感器输出是数字信号,因此直接将信号送给单片机处理,而离子烟雾传感器的输出是模拟信号,因此需要数模转换芯片转换后送给单片机处理。
该系统选用基于IntelxscalePXA270的硬件开发平台、嵌入式操作系统选用windowsCE.NET6.0、开发环境为EVC4.0(EmbeddedVisualC++),输入设备选用触摸屏,整套系统以下简称终端机。
前端采用单片机作为核心控制,将前端各个传感器信号通过单片机处理后由发射模块发送至终端。
2.2.1IntelXscale处理器
Intelxscale微体系结构提供了一种全新的、高性价比、低功耗且基于ARMv5TE体系结构的解决方案,支持16位Thumb指令和DSP扩充。
基于XScale技术开发的微处理器,可用于手机、便携式终端(PDA)、网络存储设备、骨干网(BackBone)路由器等。
IntelPXA270微处理器芯片就是一款集成了32位IntelXScale处理器核、多通信信道、LCD控制器、增强型存储控制器和PCMCLVCF控制器以及通用I/O口的高度集成的应用处理器。
2.2.2调频无线接收模块
本系统所采用的无线模块选用Winedge公司的WE904无线收发模块。
WE904芯片内部有4个控制寄存器,用来对WE904芯片的工作状态进行控制。
这4个寄存器分别是参考频率寄存器、发送频率寄存器、接收频率寄存器和模式寄存器。
对这4个寄存器的写入控制则是通过CLOCK、DATA和LE三个引脚来实现的,分别与模拟WE915CTXl的CLK、DATA和LE相对应。
5402是TI公司一款性价比非常优越的通用DSP芯片,有着广泛的应用。
它提供有两个MCBSP。
MCBSP是一种全双工的高速同步串行口,可以用来与系统中其它的DSP芯片、编码解码器等进行高速的串行通信。
MCBSP的操作由DSP芯片中一系列寄存器来控制。
5402与WE904模块的接口设计在本系统的设计中,图像数据的发送和对WE904模块的编程配置是使用DSP芯片5402的同一个MCBSP来完成的。
这了使这两个过程互不影响,在设计中还使用了5402的一个I/O引脚XF。
RS232异步串行通信,本系统采用RS232异步串行通信协议。
由于本系统要传输的图像数据已经得到较好的压缩,速率在几十kbps,所以本系统使用RS232串行口进行通信。
当不需要握手时,最简单的串口通信只需要3条线即可完成连接,单向通信甚至只需要2条线即可。
但是由于RS232串行接口的电平较高(通常为正负4V~12V),不同于通常的TTL电平,所以必须经过必要的电平转换。
系统中使用MAXIM的MAX232完成电平转换。
在本系统设计中,由于数据是单向传输,RS232的数据格式直接由MCBSP负责构建,之后送入WE904模块的AudioIn调制发送。
2.2.3开发平台和系统整体实现方案
开发所选用的平台为UP-TECHPXA270-S,是一款功能较为全面、易用性较强的产品,主要是面向计算机、电子、自动控制专业的高端平台,微处理器主频稳定运行在520MHz,可运行Linux2.6.x、WinCE.net5.0、Vxworks5.0及uC/OS-II操作系统,支持QT/E等嵌入式图形界面,提供完整的驱动和应用程序源码,既适合作为计算机、软、硬件等专业开设嵌入式系统设计课程的教学平台,又适合广大从事PMP、PDA、智能手机的厂商和科研单位作为参考设计平台。
系统选用的操作系统是WinCE,MicrosofeWindowsCE是一个完全组件化的操作系统。
它被分成多个模块,用户可以根据自己的设备需求通过P1atformBuilder工具进行定制和裁减。
出于对设备的专用性和安全性的考虑,用户只有通过身份验证后才能使用该软件。
进入欢迎界面后,点击布防按钮,整个系统处于警戒状态,当终端机接收到异常信号时响铃,同时向默认手机号码发送报警短信。
工作日时,该设备由工作人员携带,非工作日时(如夜晚、周末等时段)可放置门卫室,由门卫暂行保管。
则无论何时都进行双重报警,提高了设备的可靠性。
如果需要正常的使用该房间时,点击撤防按钮该房间处于非警戒状态,不产生报警信号。
进入视频界面后在下拉菜单中选择所要监视的房间后,再点击监视按钮便可接收视频服务器发送过来的相应的视频流,从而实现了实时监视,期间可随时切换至其他的房间。
点击打开按钮可播放所选歌曲、电影等影音文件。
点击通信按钮进入通信界面,输入号码可拨打该号码、在文本框内编辑信息向该号码发送短信,电话呼入时显示来电号码,新消息进入时自动提醒。
点击娱乐按钮可选择进入系统集成的一些小游戏。
另外,系统集成的网卡可直接将所设计的系统接入互联网。
2.3无线安防报警方案
防盗部分采用门磁和发送模块相结合。
在布防后若门被打开,门磁被分离后,内部电路产生变化,经过反向电路后触发发送模块发送频率为f1的电磁波。
防火部分是采用离子烟雾传感器以及DSl8B20温度传感器双重报警。
当有火灾异常险情时离子烟雾传感器内电阻发生变化,经过单片机处理触发发送模块发送频率为也的电磁波,温度传感器会通过液晶屏来实时显示当前房间的温度,可预先设置报警温度,超过该温度同样通过单片机触发发送模块发送频率为f2的电磁波。
其他房间同理只需进行编码发送不同频率的电磁波。
接收部分安装在终端设备上,即接收模块和单片机相连通过对发送过来的信号进行译码,把相应的信息通过标准串行接口输入到终端机内。
终端机根据不同的字符信息可判断出具体哪一间房间发生何种异常并发出响铃,同时向目标机中默认设置的手机号码发送报警短信,实现双重报警。
当撤防时,各个模块既不进行发送也不进行接收,串口关闭不会发生报警,不会影响对房间的正常使用。
2.4监控方案
无线监控系统由中心基站和多个监控点构成。
中心基站与各监控点间,一般以点对多点的连接方式,构成无线网络系统,实现图像、数据信息的无线传输。
各监控点由图像采集处理系统和信号传输系统两大部分组成,其中图像采集处理系统包括了摄像机、云台及其控制器、网络视频服务器;信号传输系统由无线网桥、天馈系统等构成。
系统采用先进的数字处理技术,将监控摄像机拍摄的图像信息处理为基于TCP/IP的数据包,通过无线网络传输到远端监控中心。
前端采用无线摄像头,将各个房间的的视频信号通过多路接收盒接收后,由采集卡采集到的视频信号通过视频服务器处理,并在服务器与终端机之间搭建一个无线局域网络。
服务器发送视频流到网络中,终端机可根据事先设定好的地址接收相应房间的视频流并可自行切换,真正做到多房间实时监控。
服务器上的视频备份方便了用户查阅,提高了工作效率。
2.5监控方案
本系统采用GSM模块进行通信和数据以及图像的传输。
西门子的TC35系列模块性价比很高,并且有国内的无线电设备入网证。
所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。
这是西门子推出的最新的无线模块,功能上与TC35兼容,设计紧凑,缩小了用户产品的体积。
TC35i与GSM2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705,且易于升级为GPRS模块。
该模块集射频电路和基带于一体,向用户提供标准的AT命令接口,为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输,方便用户的应用开发及设计。
2.6娱乐方案
所选用的播放器经过二次开发后更加完善,自身支持多种播放格式如mp3、wmv、asf等。
在工作之余工作人员可以听音乐、看电影放松一下,使得工作效率更高。
设备自带的无线网卡可以接入Intemet进行网上冲浪、收发E-mail等。
此外,还设置了一些有趣的小游戏。
2.7电源管理方案
对于手持式设备,电源是比较关键的问题,要求体积小、供电足。
该设备采用锂电池供电。
持续供电电压最高为12V最低为9V,该电池容量为4Ah,可对该设备持续供电6~8个小时。
制作硬件配套的充电器可对电池充电,两块电池可交替使用。
操作系统本身自带完善的电源管理,可实现不到1秒钟的挂起和恢复时间,以及2秒钟左右的冷启动时间。
2.8实现功能和系统特色
开启终端机后,输入合法的用户名和密码后进入操作系统界面,打开专门的软件通过欢迎界面后进入主界面,按下布防按钮,便处于布防状态,当房间的门、窗被强行打开时终端机开始响铃报警并向设置的手机号码发送短信,手机号码可以是保卫处工作人员或者当地公安部门电话。
当离子烟雾传感器探测到可燃性气体烟雾或温度传感器探测到当6订温度大于设定的温度时,终端机响铃报警,并发送短信进行报警,手机号码可设置消防部门相关人员的电话。
因此可实现无线安防报警。
按下撤防按钮后,防火、防盗功能失效。
按下监控按钮后启动监控系统,选择rooml选项后,可观测到该房间的状况,对该房间实施监视,切换到room2进而转入到另一房间继续进行监视,可实现无线多房间监控的功能。
通信时输入电话号码可向该号码拨打电话、发送短消息,同时也可向终端机拨打电话和发送短消息,实现了通信的功能。
还可接入互联网进行网上冲浪、登陆MSN进行商务洽谈、收发E-mail等。
同时还具备听音乐、看电影、阅览电子书等功能。
该设备的特色在于无线、可移动。
之所以不选用台式机或笔记本电脑作为开发平台,是因为嵌入式设备的体积小、功耗低、方便携带,这也是嵌入式设备的特点,也是嵌入式设备被广泛应用的主要原因。
该设备具有同时监听多个房间的安防及视频的功能,它免除了布线的烦恼、工作人员不受地理位置的束缚,把工作人员从烦躁的门卫室、监控室解脱出来,而且可以减少人力资源的浪费。
拥有该系统只需1个人便可完全管理整个公司、学校或某一区域的安防、监控工作。
由于嵌入式的软硬件是可裁减的,根据该设备的功能完全可以裁减成手机大小的硬件模式,用户持有该设备像携带手机一样却能完成众多的功能。
该设备上的网络功能、娱乐功能作为附加功能提供给用户作为工作之余的消遣。
该设备除具有专门的无线安防、监控功能外,还具备大部分的手机功能、笔记本功能,使得该设备功能强大。
3系统软件设计
本系统选用基于IntelXscalePXA270的硬件开发平台、嵌入式操作系统选用windowsCE.NET5.0、开发环境为EVC4.0(EmbeddedVisualC++)。
前端采用单片机作为核心控制,将前端各个传感器信号通过单片机处理后由发射模块发送至终端。
单片机编程利用KEILuVision4IDE集成开发环境。
它以C语言为主,可内嵌汇编语言,支持多种MCS51架构的芯片,具有编辑、编译、仿真等功能。
uVision4IDE是一个基于Window的开发平台,包含一个高效的编辑器,一个项目管理器和一个MAKE工具。
uⅥsion4支持所有的KEIL8051工具,包括C编译器,宏汇编器,连接/定位器,目标代码到HEX的转换器等。
3.1WindowsCE嵌入式操作系统
WindowsCE.net是Microsoft推出的WindowsCE3.0后继产品,是一个紧凑、完整和可扩展的嵌入式操作系统。
该系统具有完备的操作系统特性集包和端对端开发环境,是一个多线程、多任务、确定性的实时完全抢先式优先级的操作系统,特别适合于有限资源的硬件平台。
WindowsCE.net支持超过1400条的通道Microsoftwin32API和其它的编程接口,包括组件对象模型(COM),Microsoft基本类库(MFC),MicrosoftActivex控制,Microsoft活动模板库(ATL)等,其模块化的设计方式使得系统开发人员和应用开发人员能够为多种多样的产品来定制它。
PlatformBuilder4.2专门为开发基于WindowsCE.net操作系统的可定制平台而设计的集成开发平台,包括集成开发环境、平台生成器、SDK导出器、调试器、远程实用工具和仿真器等。
它能使用户方便地设计和调试一个基于windowsCE.net的平台。
WindowsCE.net操作系统及其开发工具有利于缩短了产品研发的时间。
3.2终端机软件设计
该软件在EvC4.0编绎器下开发的,采用windows窗口编程,用消息控制程序的全过程。
以下主要介绍各个消息的处理过程和方法。
程序的主要功能如下:
报警,收发短信,接听、拨打电话,视频监视,播放影音文件等。
主程序流程图如图3.1所示。
图3.1主程序流程图
3.2.1响应WM_CREATE消息
1、生成CommandBar。
2、生成程序所需要的各种控件(按钮,编辑框,组合框),但并不显示(即在窗口创建方式中没有WS_VISIBLE),进入各种功能界面后再用ShowWindow(hwnd,SW_SHOW)加以显示各个控件。
3、创建一个监听线程用来监听GSM。
当有短信到来时,读出短信内容并显示。
当有电话到来时显示号码并接听。
由于打电话和收发短信共享一个GSM模块,所以在打电话或发短信时要退出GSM监听线程,电话打或短信发结束后再启动GSM监听线程。
4、初始化报警用的参数,报警电话,报警消息,房间数目,流媒体URL。
程序会把这些信息从user.inf文件中读到程序中,如果找不到use.inf文件程序会自动跳到SETTING界面,当打电话或发短信时会自动写入相应位置。
5、初始化GSM模块,为以后的打电话,发短信或用短信报警做好准备工作。
其工作流程如图3.2所示。
图3.2响应WM_CREATE消息
3.2.2响应WM_PRINT消息
因为要生成不同的功能接口的图标,所以设置一个全局变量s_Position表示当前在哪个界面中:
0:
主界面;
1:
Call界面;
2:
SendMobileMessage界面;
3:
Video界面;
4:
Setting界面;
5:
Playing界面。
在响应WMPRINT消息时用一个switch来调用不同生成界面的函数来生成各种相对应的界面图标。
3.2.3响应WM_COMMAND消息
程序的主要功能在此消息下完成,各响应消息如表3.1所示。
表3.1消息描述表
消息
功能描述
IDB_CALL
进入打电话接口
IDB_DIAL
拨打电话
IDB_HANGUP
挂断电话
IDB_SENDMOBILEMESSAGE
进入短信界面
IDB_SEND
发出短信
IDB_RESET
清空内容再发短信
IDB_VIDEO
进入视频界面
IDB_WATCH
监视相应的房间
IDB_OPEN
打开影音文件
IDB_STOP
停止播放影音文件
IDB_SETTING
设置或更改报警信息
IDB_SETTINGOK
保存设置或更改报警信息
IDB_CANCELSETTING
重置报警信息
IDB_RECOVERY
布置防御,接受报警
IDB_RELAX
撤销防御,不再接受报警
IDB_GOBACK
回到主功能接口
IDB_EXIT
退出程序
主消息处理函数流程如图3.3所示。
GSM监听线程
图3.3主消息处理函数流程
3.3单片机接收模块控制软件流程
该模块的工作原理如下:
l、接收处的接收模块与单片机P0口相连,初始化P0口为0x00。
2、设置串口方式l,允许接收,令SCON=Ox50;启动定时器,令TRl=1。
启动计数器。
因为单片机晶振是选用11.0592MHz,因此令TCON=0x40,设置波特率为1200。
3、判断P0口有无改变。
将串口传送过来的数据分别按位进行与操作,哪一位为高电平时根据译码规则判断是哪个房间的何种报警,并将有效字符串由MAX232芯片传送至终端机的串口。
剩下的工作转由终端机中的软件处理。
终端接收模块流程图如图3.4所示。
图3.4终端接收模块流程
4系统特色与结论
4.1系统特色
该设备所完成的功能在日常生活中应用极其广泛,但目前所被应用的还是老式的设计方式,很不科学、带来了诸多不便。
无线产品现在已经成为人们追求的时尚。
它免布线、可随意移动,给用户减少了许多麻烦,深受用户的喜爱,也是日后通信产品、电子产品的发展方向。
该设备具有同时监听多个房间的安防及视频的功能,它免除了布线的烦恼、工作人员不受地理位置的束缚,把工作人员从烦
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 Xscale 处理器 便携式 设备 应用