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随着社会的发展和进步，人们的生活步调加快，如家庭生活和工作等环境中会经常出现无人的情况，此时安全问题令人担忧，研制一个适宜的安全监控系统是十分必要的。然而，目前大多智能监控系统需要借助一些传感器，如热红外、烟雾等，来实现智能监控，这样提高了成本，使系统变得复杂，可靠性降低。因此设计一种简易的智能家居监控系统是必要的。本文提出了运动物体检测的设计方案。当有外来入侵者时，系统会追踪运动目标并将其锁定，拍摄记录下其图片，并会发出报警信号，警告入侵者离开。同时系统将会通过GPRS网络发送警告信息和入侵者的图片，让用户可以随时了解监控区域的情况。 本文以嵌入式系统ARM+Linux系统为平台设计了智能家居监控系统。系统采用背景差法实现对视频序列中运动目标的检测，根据检测结果实现报警功能，同时利用GPRS移动通信覆盖区域广阔的特点，以短信和彩信的形式将信息发送到用户手机，从而实现智能监控 。 1 监控系统的功能概述及工作流程 本智能监控系统是基于嵌入式ARM-Linux开发的，系统实现图像采集、运动目标检测、现场警报并通过GPRS网络实现短信和彩信的发送。 系统要实现的主要功能有：(1)采用背景差法实现对视频序列中运动目标检测;(2)通过GPRS发送报警短信和检测到的运动目标图像彩信;(3)通过声卡在现场播放报警音乐。 系统工作流程为：首先，运行运动目标入侵检测模块，驱动USB摄像头进行图像数据采集，在ARM处理器中进行运动目标检测算法计算工作。当系统检测到有运动目标入侵时，系统会拍摄下运动目标入侵者的图像并保存在文件夹中。此时，系统将开启现场报警程序模块，通过声卡UDA1341驱动音箱播放报警音乐，来警告非法入侵者离开。同时，系统通过串口发送AT指令来启动GPRS无线模块M20，GPRS模块发送报警短信和入侵者的图片到用户手机。 2 系统硬件平台构建 本系统硬件由以下模块构成：中芯微的USB摄像头zc0301、GPRS彩信模块M20、声卡UDA1341、音箱、三星公司的微处理器S3C2440，256 MB NAND Flash以及64 MB SDRAM。S3C2440微处理器内部集成了ARM公司ARM920T处理器核的32 bit微控制器，其资源丰富，带独立的16 KB指令Cache和16 KB数据Cache，还有NAND闪存控制器及RAM控制器，系统主频最高可达203 MHz 。本系统硬件结构框图如图1所示。 本系统用USB摄像头zc301进行图像采集，得到JPEG格式图像，通过声卡UDA1341驱动音箱报警，用M20实现彩信图片发送。 3 系统软件设计 本视频监控系统软件是基于ARM-Linux平台开发的。首先在系统上移植Uboot、Linux-2.6.30内核和根文件系统。系统移植zc0301摄像头驱动、声卡UDA1341驱动和串口驱动。系统需要设计基于背景差法的运动图像检测算法的软件实现 。报警模块需要移植MP3播放器madplay，设计报警控制程序及GPRS警告信息发送程序。系统的应用软件体系结构如图2所示。 3.1 运动图像检测 视频序列检测为智能视频监控提供了便利。本系统通过运动检测实现自动报警和图片拍摄，而在以往的监控系统中通常是采用人工干预的方式或者增加额外报警电路的方式实现报警功能。通过视频序列检测运动目标则可以提高监控系统的自动化程度，节约人力 。运动目标检测和跟踪是视觉领域的重要课题。系统对视频视野内是否有入侵者进行检查，当检测结果超出认定的变化阈值时，系统就会自动报警并拍摄下运动目标的照片。 本文采用背景差法进行运动图像检测。背景差法基于图像序列和参考背景模型相减实现运动物体的检测，它能较好地检测出运动目标有关的所有像素点 。由于视频监控系统位置是固定的，场景不会实时变化，因此适合采用背景差法进行运动目标检测 。 修改配置文件motion-dist.conf：设置图像大小为320×240，设置摄像头采集速度为30帧/s，设置像素变化检测认定为图像变化的阈值threshold=90，设置当检测到有图像变化时，把运动区域用矩形框起来等配置信息。 移植motion：首先进入源码包交叉编译#./configure、#make和#make install，这样就完成了移植工作。之后#./motion-c motion-dist.conf，即可开始验证运动图像检测。 报警模块是根据motion检测的结果(图像变化超过阈值90)作出报警反应。报警模块移植了MP3播放器madplay及报警音乐播放处理程序。当检测到图像像素变化达到阈值时，则开始播放MP3报警音乐。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 3.2 短信发送 短信的发送方式有TEXT模式和PDU模式两种，本文采用TEXT模式向用户发送报警短信。发送英文短信的主要步骤如下： (1)打开串口; (2)初始化串口参数; (3)发送AT+CMGF=1命令，通知手机模块采用TEXT模式; (4)发送AT指令AT+CMGS="150968807501"，通知手机模块用户的电话号码; (5)添加发送的警告信息内容; (6)发送结束，关闭串口。 3.3 彩信发送 运动目标检测部分在检测到运动目标入侵时会拍摄下运动目标的图像，将其存储在/root/motion文件夹下。发送彩信时则将读取相关图片，并采用彩信发送的指令发送彩信 。发送彩信的步骤为： (1)发送指令AT+QIFGCNT=1，以配置场景; (2)发送AT+QICSGP=1，"CMWAP"设置接入点; (3)发送指令AT+QIREGAPP以设置用户名及密码，通常默认为空; (4)发送AT+QIACT激活GPRS; (5)发送AT+QILOCIP查询本机IP是否连上GPRS; (6)发送AT+QMMSW=1，1，"150968807501"设置目标手机号码; (7)发送AT+QFUPL="pic_name.jpg"，2 644，即上传图片并起名为pic_name.jpg，图片大小为2 664; (8)发送AT+QMMSEND=1，发送彩信。 应用软件部分代码如下： /*pic.txt用于记录文件pic.txt记录是否有图像变化。1：有图像变化0：没有图像变化*/ pic_fd=open("pic.txt"，O_RDWR|O_CREAT，0666); read(pic_fd，pic_buf，1); if(pic_buf ==′1′) /*检测到有图像变化*/ start_playMP3(); /*播放MP3报警音乐函数*/ send_text(); /*发送文本短信*/ fd=open(pic_name.jpg，O_RDWR，0777)); len=read(fd，buff); send_MMS(”150968807501”，len，buff);/*发送彩信*/ strcpy(uart_buff，AT_QIDEACT); strcpy(ptr1_code，AT_QMMSEND); Send_AT_Command(ptr1_code); /*发送彩信*/ Send_AT_Command(uart_buff); /*断开连接*/ return 0; 4 系统测试 运动目标检测的测试结果如图4所示，当摄像头视野内出现运动物体且像素变化达到设定的阈值时，报警模块发出警报，同时拍摄下一组运动目标的图像，在照片内用方框标定运动目标。用户手机接收到报警短信和彩信，如图5所示。 本文提出了一种基于运动检测的智能家居监控系统设计方案，该系统最终完成了运动目标的检测功能。当有物体入侵时，系统可以灵敏地检测到运动目标，然后拍摄下入侵者的照片，将图片发送到用户的手机，并发出报警信号。系统能够满足无人值守环境的应用需求，提高了系统的智能化水平。 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载

摘要：通过分析920T核ARM 处理器的高速片上系统总线AHB时序及其静态存储控制器SMC接口模型，研究IBM PC／AT和IEEE PC／104总线规范，提出一种在ARM 平台上实现兼容PC／104总线的方案．深入探讨两种平台体系在存储器结构、指令系统及总线时序等方面的巨大差异，给出了克服这些差异并实现总线功能兼容的方法．该兼容总线解决了在ARM 平台上无法使用标准PC／104模板的难题，采用该方案有利于在嵌入式系统的设计中兼取ARM 处理器和PC／AT体系的优势．          0 引 言      PC／104 是一种专门为嵌入式应用而定义的工业控制总线规范．以IBM PC／AT总线规范为基础的个人计算机及其外围设备在应用上取得了巨大的成就，IEEE一996称之为ISA(工业标准架构：Industry Standard Architecture)总线．PC／104是ISA标准的延伸，定义在IEEE-P996．1中，称为兼容PC嵌入式模块标准．PC／104实质上是一种紧凑型的ISA，其信号定义和Pc／AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化、小型、堆叠式结构的嵌入式总线系统．PC／104总线来自于实践发展的需要，同时得益于PC技术的迅速发展，由于其开发环境友好、兼容芯片丰富、标准支持广泛等优势，受到了众多从事嵌入式产品生产商和系统集成商的欢迎，尽管现在ISA设备已不常见，但PC／104在嵌入式系统领域却仍是通行的标准． ARM是当前嵌入式系统应用中的热门技术．由于ARM处理器的卓越性能、较低的价格以及业内半导体厂商的广泛支持，在嵌入式环境中有广泛的应用．ARM 公司创造了CHIPLESS模式，该公司通过将高效的ARM 内核授权给半导体公司，由半导体公司根据实际的应用情况加上各种外围的功能电路来构成一块完整的芯片，这种模式使半导体厂商得以有能力生产功能强大的各种专用处理器芯片．AR M在设计上基于SoC思想，优先考虑对每一个具体应用使用最大可能集成周边设备的单一芯片，但在板极扩展方面仍然缺乏能被广泛接受的新工业标准． 1 PC／AT模型和PC／104总线 1 ．1 总线信号    PC／104_4 ]是一种16位总线，但可向前兼容8位XT模式，典型总线时钟为8 MHz，4个时钟脉冲可完成一次完整的总线访问，必要时可插入一个额外的等待周期以适应低速外设．在嵌入式系统开发中常用以下信号． 1 ．1．1 地址和数据信号线   BALE总线地址锁存使能信号线，由平台CPU驱动．当ISA扩展卡或DMA控制器占用总线时，它也被置为逻辑1． SA~19：O：低2O根地址信号线，由当前总线的拥用者驱动． LAd 23：17 ：锁存地址信号线，用来访问16MB的存储器地址空间．由当前总线拥有者或DMA控制器驱动． SD15：0 ：数据信号线． 1 ．1．2 总线周期控制信号线 MEMR#：存储器读信号线． MEMW #：存储器写信号线． IOR#：I／O I／O读信号线． IOW #：I／O I／O写信号线． 1 ．1．3 中断和DMA(Direct Memory Access)信号线 IRQx：中断请求信号线． DRQx：DMA请求信号线． DACKx#：DMA应答信号线． 1 ．2 地址空间     PC／AT系统使用不同的指令访问存储器空间和IO端I：1空间，访问存储器空间时PC／104总线驱动MEMR#和MEMW#信号，访问存储器空间时PC／104总线驱动IOR#和IOW #信号．两个空间使用同一套地址线，但是由于端口空间只有64K有效，所以进行IO 端口访问时地址线上只有SA15：O是有效的．     PC／AT系统有专门的端口访问指令用于实现端口访问，Linux用户程序只需以root权限调用ioperm()指定需操作的端口地址范围，之后即可自由访问这些端口．由于用于访问端口的一组宏实际上直接对应CPU的端口访问指令，所以存取效率很高． 1 ．3 PC／104总线周期 PC／104总线周期分为CPU驱动和DMA控制器驱动两大类，在嵌入式应用中较常用的是CPU驱动的IO读／IO写周期．     图1中采用8 MHz时钟的标准PC／104总线￡Rd大于300 ns，tAF应大于250 ns，tRDpw约为500 ns。 2 EP9315(ARM920T)体系 2．1 存储器结构和地址空间      EP9315是Cirrus Logic公司生产的典型ARM 920 TDM I(Thumb，Debug，M ultiply，Em—bedded ICE macrocel1)32位哈佛结构处理器．EP9315有一个通用存储器访问接口，支持SDRAM，SRAM，ROM，及FLASH(包括N0R FLASH)等不同形式的存储器，各种存储器访问均共享数据总线DA 和地址总线AD ，使用统一的访问控制逻辑 。     与X86模型不同，ARM 平台只实现一个物理地址空间，在Bo0T成功后只拥有一个唯一的虚地址空间，CPU不设立专门的外设I／O指令，访问外设I／O端口和内存单元使用相同的指令．    引脚CSn 和CSn 用于存储器芯片的选通，除发生时间略有差异之外(图2)，基本上可视为地址总线的高位线． 2 ．2 AHB总线时序和SRAM 接口    AHB(Advanced High-Speed Bus)是EP93 1 5内部920T核与存储器、DMA，存储器等设备实现高速互联的系统总线．EP9315的AHB具有完善的多主控冲突仲裁能力，其典型工作频率可达100 MH。 静态存储控制器SMC(Static Memory Controller)与920T核心通过AHB互联，支持存储器的8／16／32位访问方式．SMC最多可提供8个组，每个组均可支持SRAM，ROM，FLASH EPROM 等存储器的访问，各组可以对数据总线宽度和速度等参数独立配置．图2描述了SRAM 读操作时序．       图中f删为CSn到RDn的延迟，最大值为3 ns；tDAs是RDn无效前的数据总线建立时间，最小值为12+tHcI tRDD 是RDn有效时间，典型值为t HcI K×(W ST1+ 2)。 HCLK是AHB总线的工作频率，该频率的高低直接影响系统全局性能，因此通常配置为上限100 MHz，此时相应周期￡胁 为10 ns．WSTI用于控制sMc对SRAM／R0M 的访问速度，寄存器SMCBCR0—3， SMCBCR6-7 (地址0x80080000—0x8008001C)的第5-9位分别为相应各组的WST1．WST1的默认值为0xlF，即默认情况下SMC使用 最低的访问速度，显然fRDD 为330 ns，小于PC／104总线中的500 ns(图1)． 3 PC／104总线实现 3．1 总线驱动     在EP9315支持的各类总线接口逻辑中，SMC提供的SRAM／ROM 时序与PC／104总线最为接近．将外部设备所需的PC端口空间和存储器空间均映射至统一的虚拟空间中即可实现访问．   注意到PC／104总线使用标准TTL逻辑电平，而EP9315的处理器是3．3 V器件，在极端负载情况下无法保证系统稳定工作．TI的双电源总线收发器1T45，2T45，16T245等可用于实现电平转换，图3是1T45的引脚逻辑图．   地址总线及访问控制信号均由CPU驱动，外部设备始终处于被动接收状态，正确设定数据流向即可． 数据总线信号是时分双向传输的，为遍免出现总线冲突，必须保证除非CPU 透过该收发器对外设进行读访问，否则收发器的CPU 侧应始终处于高阻状态．为此，16T245等具有输出使能端的器件只需使输出无效即可，而对于无使能端的收发器则应使CPU侧处于输入状态(高阻)． 确认CPU 已向兼容PC／104总线发起读操作的有效方法是检查RDn的下降沿是否发生．一旦RDn下降，应立即将收发器置成从外设流向CPU方向，且输出使能有效，并至少保持至RDn上升沿之后，以保证可靠读取． 3．2 端口映射     SMC的存储器分组片选信号CSn可作为高位地址线参加这址译码．任取CSi和CSj组用于兼容总线，即可分别实现O-0x3FFFFFF的独立存储器地址和IO端口地址．可用地址数量已经远超出XT系统中的1 M(存储器)和1 K(IO端口)．     在Linux系统中，io．h文件中声明了函数iore—map()，用于将兼容总线上外部资源的物理地址映射到核心虚地址空间中．iounmap()函数用于取消ioremap()所做的映射．上述操作都应在设备驱动程序中执行．在外部资源成功映射到核心虚地址后，使用指向核心虚地址的指针就可访问相应设备资源，但显然这种访问方式与在X86平台下差异较大．     将兼容总线视为一个独立的字符设备，为其编写驱动程序，实现对指定偏移地址的读写函数，此处的偏移地址即对应PC／104总线中的物理地址 ．     对inb()，outb()等X86平台下的常见的底层端口操作函数，可用宏替换的方式转由驱动中的相应读写函数实现． 更多精彩源之： http://www.fly-sun.com.cn

传感器数据采集、传输因微处理器的不同而方式各异，微处理器之间可采用串口、总线、无线等方式实现数据传输．但微处理器与上位机的数据传输方式单一，大部分采用串口与上位机通信，无法实现多远程主机对同一检测对象的访问．本文设计了基于ARM 的数据采集与网络传输系统，以便多个主机访问同一检测对象，并实现多机远程监控某钢件的受力．   1 采集平台硬件设计     基于ARM920T的ARM 处理器将A／D转换结果网络打包后通过CS8900传递到网络上，网络上的主机可接收传感器结果．并在此系统上实现远程监控某钢件所受力(图1)．       1．1 微处理器     基于ARM920T内核的微处理器因微型化、多样的外围设备接El(如触摸屏接口、LCD接口、IIC ISP、IIS、A／D、USB)，适合多传感器检测平台架构，并可移植Linux、uclinux等操作系统和miniGUI、QT 应用程序．基于ARM9体系的$3C2440、$3C2410是两款16／32位RISC嵌入式微处理器，芯片上集成了MPLL，使得微处理器工作频率最高达到203 MHz．这两款微处理器有两个8位的SPI串行接口，可工作在查询、中断、DMA 3种工作方式，通过设置适当的数据传输频率和主从工作方式，可直接与外围SPI器件通信，需要注意的是每次读取外部设备数据时必须向8位传输寄存器写1．    1．2 传感器电路     图2所示为测重传感器变换电路Ll ．利用金属应变片单臂电桥检测直径为1 cm的钢件所受压力．应变片灵敏度系数K为2，电桥的阻值为120 Q．为提高传感器的灵敏度，电桥由LM358构成的恒流源提供5 mA 电流，压力信号经过电路处理后可放大2 178倍．可以通过调节滑动变阻器RP 实现调零操作．压力检测所用的A／D芯片为MAX147，它是具有SPI接口的12位串行8通道模数转换模块， 可以与ARM 的SPI接口相接．通过软件选择所需通道．为保证A／D转换模块的工作精度，由LM385为MAX147提供2．5 V的参考电压． 可以与ARM 的SPI接口相接．通过软件选择所需通道．为保证A／D转换模块的工作精度，由LM385为MAX147提供2．5 V的参考电压．     2 采集系统软件设计     采集系统的软件部分包括A／D驱动部分和TCP程序部分．ARM 平台中位于用户空间的TCP程序可调用A／D驱动实现传感器数据采集． 2．1 驱动程序设计     Linux设备驱动程序可分为字符流设备驱动程序，块设备驱动程序和网络设备驱动程序．MAX147的采集结果为12位的字符流设备，为实现在Linux环境下访问MAX147，需要编写字符流驱动函数．以下是A／D驱动的读写函数部分代码． A／D芯片MAX147的写参数函数为：         static ssize— t write(struct file *filp，const char_ user*buffer，size— t count，loff_t*offset) {⋯ If(readb(rSPSTA) C241o— SPSTA_READY) {copy_from_user(~buff，buffer，1)； writeb(buff，rSPTDAT)； return count；) ⋯ ) 读函数为： static ssize— t read(struct file * flip，char— user * buffer， size— t count。lof_ t*offset) {⋯ ； if(readb(rSPSTA)$3C2410一 SPSTA_ READY) {writeb(OxO0，rSPTDAT)； ． if(readb(rSPSTA)$3C2410一 SPSTA _ READY) {from_buff=readb(rSPRDAT)； copy_to_user(buffer，from— buff，count)；return count；} }．··；       在嵌入Linux系统的ARM 处理器中，用户空 间访问的只能是虚拟地址，所以为访问SPI控制器， 需要通过ioremap()函数将宏rSPTDAT映射为发 送寄存器的虚拟地址，rSPTDAT — iorema (0x59000010，1)，参数0x59000010为发送寄存器 的实际物理地址．为实现软件查询的工作方式，需要 利用函数write(readb(rSPCON)～$3C2410— SPCON— TAGD $3C2410一SPCON — CPH A 一 FMTA $3C2410一SPCON — SM OD — POLL $3C2410一 SPCON— CPOL_HIGH，rSPCON)向SPI 控制器写入$3C2410一SPC0N—SM0D—P0LL参数，读写函数中利用if(readb(rSPST A)＆$3C2410一SPSTA— READY)读SPI状态寄存器，判断SPI模块的工作状态．驱动模块的读写函数分别使用函数copy—tO—user(buffer，from— buff，count)，copy—from— user( buff，buffer，1)与用户空间中应用程序的读写函数传递数据.   2．2 TCP程序设计     为实现多主机网络共享传感器数据，本文提出采用TCP方式 进行数据传输．图3是服务器端的程序流程图，服务器通过Listen()函数监听客户端的连接请求．客户端无需监听(1isten())和接受连接(accept())步骤，只需申请连接(connect()函数实现)即可获得传感器数据．客户端程序和服务器端程序可通过read()、write()函数实现通信．此系统中ARM 平台作为服务器为网络上的多客户端提供检测数据．         3 试验结果   对压力检测平台进行标定 ，得测力检测系统 的非线性校正方程如下：   F一16．95+24032．61U一3．15U ．       将非线性校正方程的3个系数存入系统中，可 根据检测到的电压值得到压力值．ARM 平台的IP 地址为192．168．1．230．对钢件施加压力，IP地址为 192．168．1．x的上位机通过connect()函数申请链 接，得到压力传感器电压值．表1是本采集系统对钢 件施加不同的力时采集到的三组电压值及钢件对应 的受力值．       联系人：刘菲            电话：010-65277170 技术讨论群：109739525