基于S3C2410的網(wǎng)絡(luò)式汽車防盜系統(tǒng)

引言

汽車的普及為人們的生活帶來(lái)了方便，同時(shí)也給人們提出了一大難題——汽車防盜。本設(shè)計(jì)是為了解決以往汽車防盜產(chǎn)品的缺點(diǎn)和不足而開(kāi)發(fā)的集成傳感、報(bào)警和遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控3大功能模塊的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)。

系統(tǒng)工作原理及組成

本系統(tǒng)是把傳感器裝在車身的隱蔽位置，當(dāng)有人走進(jìn)監(jiān)控距離、車身移動(dòng)或振動(dòng)、車門被打開(kāi)時(shí)，傳感器發(fā)出電信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換裝置，發(fā)送到主控制器?？刂破鞲鶕?jù)信號(hào)的來(lái)源，把報(bào)警分為“有人靠近”、“車體振動(dòng)”和“車門被開(kāi)”3個(gè)等級(jí)，并用 GPRS/GSM終端將報(bào)警信息用短信的方式發(fā)送到用戶手機(jī)上。把“車門被開(kāi)”作為高級(jí)別的報(bào)警，通知用戶的同時(shí)，啟動(dòng)視頻驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)車內(nèi)的攝像頭把車內(nèi)實(shí)況記錄下來(lái)，發(fā)送到車主手機(jī)。前兩種情況下系統(tǒng)不傳輸圖像，除非客戶端主動(dòng)查看圖像，此時(shí)，系統(tǒng)幾乎不占用信道。當(dāng)有入侵者進(jìn)入防范區(qū)域時(shí)，MCU通過(guò)手機(jī)短信向用戶發(fā)出告警信息。由于此時(shí)發(fā)送的只是文字信息，信息量少，信息傳遞速度快。同時(shí)，系統(tǒng)將告警時(shí)的畫(huà)面存放在系統(tǒng)內(nèi)的存儲(chǔ)器件中供用戶查看。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體框架

本系統(tǒng)硬件由以下幾個(gè)模塊組成：主控制器模塊、信息采集模塊(傳感器)、USB攝像頭模塊、無(wú)線通信模塊(GPRS MODEM )和圖像壓縮模塊。

主控制模塊

三星的S3C2410基于ARM內(nèi)核，最大工作頻率能達(dá)到203MHz，能支持NAND閃存啟動(dòng)，具有更高的性價(jià)比。另外，S3C2410在市場(chǎng)上己有很多成熟的應(yīng)用，因此選用了S3C2410作為系統(tǒng)的CPU。

S3C410集成了一個(gè)LCD控制器(支持STN和TFT液晶顯示屏)、NAND閃存控制器、SDRAM控制器、3個(gè)通道的UART、4個(gè)通道的DMA、4個(gè)具有PWM功能的計(jì)時(shí)器和1個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘，以及8通道的10位ADC。

S3C2410還有很多豐富的外部接口，如觸摸屏、I2C總線、12S總線接口，以及2個(gè)US主機(jī)接口、1個(gè)USB設(shè)備接口、2個(gè)SPI接口、SD接口。在時(shí)鐘方面，S3C2410集成了一個(gè)具有日歷功能的RTC(實(shí)時(shí)控制)和具有PLL的芯片時(shí)鐘發(fā)生器。能產(chǎn)生200MHz的工作頻率。這樣的工作頻率能夠使處理器輕松運(yùn)行ＷinCE、Linux等操作系統(tǒng)，以及進(jìn)行較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。

USB攝像頭

USB攝像頭主要由3部分構(gòu)成：鏡頭、圖像傳感器和USB接口控制芯片。本系統(tǒng)采用的攝像頭是市面上比較常見(jiàn)的一款。它的USB接口控制芯片型號(hào)是301p，圖像傳感器芯片采用CMOS技術(shù)，因此性價(jià)比較高。該攝像頭可通過(guò)USB接口直接與主機(jī)通信，將采集到的圖像傳輸?shù)街鳈C(jī)。該芯片的特點(diǎn)如下：圖像最大為640×480像素，可根據(jù)不同攝像頭進(jìn)行配置調(diào)整；圖像白平衡等參數(shù)可配置；可在Arm-Linux嵌入式系統(tǒng)下高效運(yùn)行；通過(guò)I2C總線編程CMOS圖像傳感器內(nèi)部的寄存器來(lái)改變?nèi)笔?shù)。

無(wú)線通信模塊

本系統(tǒng)采用GSM2406模塊，它接口簡(jiǎn)單、使用方便，只需要單一的2.7V電源即可工作。采用AT指令對(duì)此模塊進(jìn)行控制，初步計(jì)劃與控制器之間采用串口進(jìn)行通信。同時(shí)，用此模塊實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話功能。由于GPRS是基于IP協(xié)議的，所以，處理器在與GPRS網(wǎng)絡(luò)通信的時(shí)候要發(fā)送符合IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包。

圖像壓縮模塊

因?yàn)橐曨l處理芯片1s輸出25幀圖像 ，一幀640×480的圖像大約2.45Mb，為了緩和存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)壓力，圖像必須經(jīng)過(guò)壓縮以提高存取速度。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用集成JPEG編解碼的ZR36060圖像壓縮芯片。它可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)壓縮／解壓縮。在進(jìn)行壓縮時(shí) ，ZR36060接收 YUV 4：2：2數(shù)字視頻信號(hào)，將其編碼為JPEG碼流輸出；在解壓縮時(shí) ，它接收J(rèn)PEG碼流 ，將其解碼為YUV 4：2：2數(shù)字視頻信號(hào)輸出。

ZR36060的接口分為3個(gè)部分，分別為視頻接口、代碼與主機(jī)接口和控制接口。視頻接口的功能是完成輸入／輸出視頻信號(hào)；代碼與主機(jī)接口的功能是通過(guò)主機(jī)完成對(duì)芯片控制字的初始化，并且在主動(dòng)方式下，JPEG壓縮碼流也經(jīng)過(guò)CODE[7：0]輸入／輸出；控制接口則完成一系列簡(jiǎn)單的工作順序控制操作。兩種視頻同步方式為同步主模式和同步從模式。同步主模式指芯片內(nèi)部產(chǎn)生所有的控制和定時(shí)信號(hào)；同步從模式則是芯片作為從機(jī)同步于一個(gè)外部的視頻源。

數(shù)據(jù)采集模塊

防盜系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊由微波多普勒傳感器組、振動(dòng)傳感器組、霍爾器件組和熱釋電紅外傳感器組組成，用于汽車防盜信息的采集以及數(shù)據(jù)的初步融合處理。數(shù)據(jù)采集模塊的構(gòu)成如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集模塊的構(gòu)成

利用微波多普勒傳感器

對(duì)入侵范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)

微波多普勒傳感器采用Agilis公司的HB100微波運(yùn)動(dòng)傳感器模塊。HB100的多普勒效應(yīng)收發(fā)機(jī)模塊利用介質(zhì)諧振振蕩器和微帶接插天線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)低電流消耗、高溫穩(wěn)定性和高靈敏度。

利用加速度傳感器對(duì)車體振動(dòng)與傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè)

對(duì)車體的振動(dòng)與傾斜狀況進(jìn)行測(cè)量，可以對(duì)竊賊采用拖吊法盜竊車輛以及破壞車體的現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。由于加速度傳感器ADXL202E能夠測(cè)量0~5kHz、士2g范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)加速度：動(dòng)態(tài)加速度的測(cè)量可以用于振動(dòng)檢測(cè)，利用靜態(tài)的重力加速度作為輸入矢量，就可以確定物體的空間方向。因此可以利用ADXL202E同時(shí)對(duì)車體的振動(dòng)和傾斜角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

利用霍爾開(kāi)關(guān)器件

對(duì)車門的開(kāi)關(guān)進(jìn)行監(jiān)測(cè)

A3210E是霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)器件。采用數(shù)字信號(hào)輸出，在南、北磁極的作用下均能產(chǎn)生霍爾效應(yīng)：磁極靠近時(shí)，開(kāi)關(guān)打開(kāi)，輸出電平為低；磁極遠(yuǎn)離時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉，輸出電平為高。該類傳感器的功耗非常低，如A3209E的功耗低達(dá)400mW，特別適合低功耗應(yīng)用。

霍爾器件組的設(shè)計(jì)是將多個(gè)霍爾器件分布在汽車的4個(gè)車門，將車門打開(kāi)時(shí)，霍爾器件會(huì)發(fā)出微弱的電信號(hào)，然后將每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的輸出信號(hào)送至器件組的局部決策中心進(jìn)行融合，這里將4個(gè)車門的警報(bào)等級(jí)看作相同，可以直接采用硬件進(jìn)行“或”運(yùn)算，得到融合結(jié)果送至中央處理模塊。

設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

操作系統(tǒng)

Linux內(nèi)核的配置

配置Linux內(nèi)核的步驟如下：
首先，進(jìn)入系統(tǒng)的源代碼目錄/Linux-2.4.18，運(yùn)行menuconfig命令，系統(tǒng)就自動(dòng)進(jìn)入配置界面。界面很直觀，這里，需要分別對(duì)串口、網(wǎng)卡和攝像頭進(jìn)行配置。

1. 網(wǎng)卡和串口的配置
內(nèi)核映像的下載需要用到串口和網(wǎng)卡，必須對(duì)串口和網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)進(jìn)行修改，以保證能夠順利完成移植工作。為了使內(nèi)核支持串口，在進(jìn)行內(nèi)核配置時(shí)，對(duì)串口必須要有以下的配置選項(xiàng)：
[*] ARM AMBA PLOT! serial port support
[*]Support for console on AMBA serial port
對(duì)網(wǎng)卡必須要有以下的內(nèi)核配置選項(xiàng):
*)Ethernet (10 or 100M)
Generic Media independent Interface device support
[*]SMC 91C9x/91Clxxx support

串口驅(qū)動(dòng)程序位于源碼樹(shù)的///drivers/serial/amba.c，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序位于linux/drivers/net/ann/smc9lx.c和linux/drivers/net/arm/smc9lx.h。網(wǎng)卡的Memory map要比串口的簡(jiǎn)單。