【摘 要】目前市场上的家庭安防产品大多数都通过拨打指定电话报警，或通过报警网络向小区报警，但其存在致命的缺陷：(1)电话线路容易被破坏;(2)当主人正在使用电话时，可能会延误警情;(3)向用户提供的信息有限。因此在分析了安防行业发展现状及未来趋势的基础上，设计了一套基于图像监控报警的无线安防方案，重点阐述了系统的组成，主机原理以及系统的方案实现。该方案具有报警信息真实，扩展性强，适用范围广等优点，满足了现在生活条件下人们对安防系统的要求。
【关键词】数字家庭 安防系统 嵌入式
一、引言
随着我国国民经济和人民生活水平的不断提高，在全国建成了许许多多的现代化住宅小区。由于城市人口膨胀、外来人口的增加以及煤气和大量家用电器设备使用中的不安全因素等，对小区居民的生命和财产造成了很大威胁。给居民生命和财产带来最大的威胁包括有两大方面：一方面是恶意侵害(如入室偷窃、抢劫、凶杀)，另一方面是意外事故(如火灾、煤气泄漏)。因此，人们越来越迫切要求采用有效的措施，以满足日益增长的安全防范要求。
然而目前市场上的家庭安防产品大多数都通过拨打指定电话报警，或通过报警网络向小区报警，但是其至命的缺陷是：电话线路容易被破坏，且如果主人正在使用电话时，可能会延误警情，并且向用户提供的信息有限。本方案结合了图像处理技术、单片机控制技术以及无线通信技术，设计了一套基于图像报警的安防系统，是由各类传感器、摄像头、数字家庭安防主机、求助按钮、传输系统和接警中心等组成，报警信息通过SAA7111转换成数字信息，通过ZR36060进行编码压缩，通过GPRS以彩信方式发送到主人手机，整个系统的核心控制器是嵌入式处理芯片AT91RM9200。
二、无线数字家庭安防系统的组成
一个完整的家庭安防系统应具有以下功能：
1、防盗：采用摄像机、红外探测器、门磁、窗磁、音频振动等构成家庭安防系统的第一道防线，取消防盗铁笼，让人们走出“牢笼”;
2、防灾：通过采用多种防护手段，结合各类烟雾探头、瓦斯探头，全面保障家人安全;
3、求助：借助求助按钮(有线/无线)，方便老人、小孩求助报警，借助接警中心，实现对求助的及时响应。
无线数字家庭安防系统网络拓扑结构如图1所示：
其主要功能如下：
(1)整个系统由数字家庭安防主机和接警中心构成，它们之间通过移动、联通GPRS或CDMA进行通信;
(2)安防主机可接入8路无线防区(入侵探测器、防灾探测器、紧急求助按钮、红外探测器等)，并配置3 个遥控器(通过遥控器控制设防、撤防)和一个无线警笛;
(3)安防主机可接入4路摄像头，和相应的入侵探测器联动，进行拍照;
(4)安防主机在进行报警时，将所拍的照片通过彩信发送到预设的用户手机，并存在安防主机中;安防主机配有U盘接口，当插入U盘时，自动将所存事件写入U盘。
三、家庭安防主机原理
根据所应具有的功能，家庭安防主机的原理图如图2所示：
数字安防主机主要由MCU模块、图像压缩模块、GPRS彩信收发模块、无线收发模块、U盘读写模块五大部分组成。
MCU模块：是整个系统的核心，控制着其它各个模块;
图像压缩模块：支持4路模拟摄像头输入，模拟图像输入后，经图像A/D芯片转换为数字信号，采用专用的JPEG压缩芯片压缩成标准的JPEG图像;
GPRS彩信收发模块：将告警信息通过彩信发送到用户手机或接警中心;无线收发模块：与8个无线防区进行通信，获取报警信息;
U盘读写模块：方便用户从安防主机中读取告警图片，以便进行确认。
四、系统方案实现
本文重点研究图像采集系统，根据应用要求，系统由ARM9嵌入式芯片AT91RM9200，视频解码芯片SAA7111，JPEG压缩芯片ZR36060，GPRS彩信收发模块G47等硬件模块构成。
考虑到系统的实时性要求，系统采用ARM微处理器来代替传统的单片机控制器。ARM微处理器相对于传统的单片机处理器功能更强大，芯片内部集成了一些控制器，而且可以移植操作系统，方便、安全、高效、实时性好，此外，ARM处理器的功耗也比传统单片机低，具有高性能、低功耗、低成本、小体积等优点。
1、系统硬件构成
ARM最小系统一般包括ARM芯片、电源电路、时钟电路、复位电路、存储器(包括ARM芯片内SRAM、外扩FLASH和SDRAM)，UART接口电路等。本文采用了功能强大的AT91RM9200，组成基本系统的每个模块都通过AT91RM9200的内部接口，辅以外部设计的物理接口，来完成所需要的功能。
核心模块功能图如图3所示：
2、系统硬件设计
硬件设计是实现该安防系统的关键，图像采集系统作为无线数字家庭安防系统的关键，它可以进行图像压缩处理、本地存储并实现远程传输等。按模块划分，系统可分为三个部分：图像采集压缩模块，嵌入式CPU处理系统，GPRS彩信收发模块。其硬件方框图如图4所示：
根据系统要求，可在家居不同位置设置4 个摄像头，与相应的入侵探测器联动，当有触发报警时，现场信息通过摄像头，进入视频解码器SAA7111进行A/D转换，将模拟信息变成数字信息，然后再经过ZR36060芯 片 进 行 JPEG压 缩 ， 压 缩 数 据 送 入AT91RM9200，处理器将压缩数据一面存储到本地存储器中，同时通过GPRS彩信收发模块，利用现有的GPRS网络，发送到用户手机，使用户可及时掌握家中安全情况。
3、系统软件设计
系统的软件设计是开发中另外一个非常重要的部分。为此在本系统中我们采用模块化的设计思想，即把把软件按照规定的原则划分为一个个较小的、相对独立但又相关的模块，分解、信息隐藏和模块独立性，是实现模块化设计的重要指导思想。
在本安防系统中软件的总体结构是基于 操作系统的软件结构，主要由位于底层的硬件驱动程序、实时操作系统、图像压缩与图像传输软件以及彩信通信和USB通道模块组成，其具体的结构图如图5所示：
五、结论
基于图像监控报警的无线数字家庭安防系统，核心控制器采用了ARM9嵌入式处理芯片AT91RM9200，图像处理采用了SAA7111模数转换芯片和ZR36060JPEG压缩芯片，在传输方面应用了现有的GPRS网络，能实时、形象、真实地反映被监控对象，克服了现有系统可能延误警情及为用户提供信息有限的弊端;且具有本地存储功能，可以方便日后的查询和取证。
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