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基于嵌入式技术的智能安全监控系统的设计
摘 要
安防监控系统是智能建筑安全管理的重要内容。本文针对智能建筑安防监控系统的不足，采用嵌入式技术，互联网技术，视频压缩/解压缩技术，传感器技术，设计基于因特网的安全监控系统。用户可以通过电脑或移动电话在室内实时检测到非法入侵和火灾隐患。该系统的有效性通过实验进行了验证。结果表明，该系统具有良好的安全性、通用性好、通用性强、操作维护方便、成本低廉等优点。作为数字家庭中不可缺少的一部分，该系统对智能建筑未来的建设和发展具有极其重要的现实意义。
关键词：智能建筑，互联网技术，安全监测，传感器技术
- 绪论
智能建筑是一门新兴学科。这是一个与信息技术、自动化技术、现代通信技术、微电子技术、建筑技术以及其他先进技术相结合的产品。从工程意义上来说，智能建筑是集建筑自动化系统、通信网络系统、办公自动化系统和安全系统的建筑物，并且能够做出统一的管理。这是一个结合监测、服务和管理、并且能够实现优化的系统级的工程。伴随着建筑智能化的逐步增加和科学技术的发展，它的内容不断丰富起来。所以，目前在国际领域对于“智能建筑”还没有统一的定义。伴随着社会经济的发展高新技术的应用，各种犯罪手段变得更加微妙更加专业化。因此，对建筑物加强内部和外部的监测工作尤其重要。
目前，智能建筑的安全监控程序主要通过两个子系统实现：视频监控系统和火灾探测报警系统。视频监控系统，也称闭路监控系统，主要通过摄像头、监控、入侵检测设备等设备获取信号，并通过解码器将各种信息传送到中央控制室的矩阵主机上，通过解码器进行现场配置和传输线，然后对主机进行切换，并显示各种信号对不同的输出设备。火灾探测报警系统是由主备用电源、火灾报警和故障报警的控制器。它收集了火灾信号，并通过1、2的方法显示控制器状态，因此，无论是从视频监控系统还是火灾探测报警系统，其结构都比较复杂，安装成本高，不适合普通家庭的需要。从而极大地制约了智能建筑的推广和发展。此外，传统的视频监控系统采用模拟信号传输，它需要大量的视频录像机、视频磁带来存储图像信息，这势必带来大量的布线工作，大量的图像存储在工作中，大量的图像检索[3]。此外，在运行中，视频监控系统和火灾探测报警系统都是独立的系统，当火灾危险和非法入侵发生同时，它们不能被控制的统一。
因此，本文拟采用嵌入式技术、互联网技术、视频解压缩技术等，综合视频监控系统的火灾探测和报警系统。然后通过互联网传输视频信号和火灾信号，利用计算机硬盘系统存储图像，从而节省系统安装成本，减少图像存储和检索工作量。
第2章 系统的设计方案
安全监控系统由主控制器AT91SAM9260，网络接口电路、存储器电路、视频采集电路和传感器模块（身体传感器和烟雾传感器）。其中，视频采集电路和人体传感器主要实现了视频监控系统。当人体传感器检测到有任何非法入侵时，系统会通过视频采集电路报警并记录现场视频，烟雾传感器主要实现火灾探测和报警功能，当火灾发生时，系统会发出报警信号，并显示火灾的位置。下图所示1为系统结构图。
图1系统结构图
第3章 系统硬件设计
考虑开发成本和系统的需要是使用java语言开发嵌入式Web服务器，选用AT91SAM9260，与arm9ej-s核心[ 4 ]的32位微控制器作为主控制器。它有丰富的系统资源，并支持java语言（java加速臂jazelle技术）。它包括一个10／100M碱基T以太网MAC，可以处理TCP／IP协议容易，传输IP数据包。该系统可通过局域网、路由器或交换机接入互联网。用户可以使用互联网实时检测室内的非法入侵和火灾隐患。
3.1网络接口电路
由于视频信号的传输是通过互联网实现的，因此对网络接口电路的设计非常重要。从硬件的角度看，网络接口由硬件接口和物理接口组成。自从AT91SAM9260成了以太网控制器（EMAC），它只需要实现物理接口可以降低系统设计的复杂性和提高其效率的[ 5，6 ]。在这个系统中，它将作为以太网的物理接口DM9161。DM9161接入Internet，通过网络隔离变压器hr911105。这是非常简单的连接以太网控制器芯片DM9161与网络隔离变压器hr911105，只要连接DM9161接收信号线RX 、RX和TX发送信号线 和TX - hr911105 RD，RD和TD，TD分别。网络隔离变压器hr911105有RJ45接头集成。因此，它可以访问通过互联网直接hr911105。因为hr911105以工作状态指示灯，可以显示系统的工作状态。信号的发送端和接收端接入互联网通过hr911105。
3.2存储器电路
考虑到系统需要处理的视频图像占用大量内存资源，系统扩展为64 m的NAND闪存芯片生产的k9f1208uom。三星，一个是32米的SDRAM存储器的海力士半导体公司生产的芯片hy57v561620ct-h。
3.3视频采集电路
视频采集电路主要由图像传感器构成。AT91SAM9260具有图像传感器接口（ISI。因此，可以将CMOS图像传感器采集各种图像通过ISI。与处理器可以将图像保存到内存的数据通过DMA通道之前。视频捕获电路原理如图2所示。
图2视频采集电路原理图
3.4传感器模块
传感器模块主要由车身传感器和烟雾传感器组成。图3传感器模块的原理图，在这个系统中，我们设计了两个渠道体传感器和烟雾传感器两v。人体感应模块主要用于防盗功能。在本系统中我们选择了tdl718是一种基于红外技术的人体感应模块。该模块具有灵敏度高、可靠性高、可自动诱导等优点。对tdl718第二引脚输出高电平的时候，有一些人进入感应范围，并停止高水平然后输出一低电平当人离开感应范围。因此，该系统可以知道是否有任何人进入用户家非法通过检测PC25，pC26电平信号，系统会自动报警并通知图像传感器来记录视频直播的时候出现了一些异常情况的发生。
图3传感器模块示意图
烟雾传感器的功能是实现火灾报警。该系统将通过烟雾传感器检测烟气中的离子。当室内的烟雾浓度超过了限度，就会自动报警，并显示在主页上的火灾的位置。我们选择了ss-168a作为本系统的烟雾传感器。ss-168a有两干接点（输出引脚），当检测到有火灾危险发生，其蜂鸣器会报警指示灯将显示输出信号，然后从两干contacts.at91sam9260主机控制器将嵌入式Web服务器在系统首页显示火灾位置后接收和处理的信号。
第4章 系统软件设计
安全监控系统采用嵌入式Linux 2.6.19作为软件平台，采用模块化的设计。使其具有良好的可移植性和良好的可扩展性。内核和根文件系统在Linux 2.6.19闪存内部编程，所以嵌入式Linux 2.6.19启动过程必须建立在目标平台上的准备，并计划内存地址空间。
4.1存储器地址空间的规划
在这个系统中，Flash存储器的地址空间是从0x0200a000到0x0800a000，所以我们可以将闪存。从0x0200a000到0x0280a000地址空间是引导程序的存储空间，从0x0280a001到0x0400a000用来存放内核映像文件，从0x0400a001到0x0800a000是用来储藏根文件系统，并作为一个设备文件加载到系统。图4为闪存存储器地址空间规划。
图4快闪记忆体的地址空间规划
系统复位后，根据系统的设置，系统程序计数器（PC）指向SDRAM地址0个，完成必要的系统初始化。然后，系统程序计数器跳到Flash地址0，那是0x0200a000，完成系统的SDRAM初始化和启动引导代码将被复制到SDRAM地址0，这是0x00001fff。随后，PC指针会跳转到Flash的地址0x00001fff再次执行在SDRAM存储器内部的引导装载程序内核和加载代码。原因执行引导程序在SDRAM没有闪存，是因为在SDRAM中执行代码的速度比在flash里面快得多。因此，它可以帮助加快系统的启动速度。
然后引导程序的工作是压缩的内核映像复制到SDRAM地址0x0000a004，和转移的根文件系统的内核地址参数。在内核已经复制到SDRAM，PC指针就会跳到0x0000a004，提取内核，执行内核启动。该系统将根据从引导加载程序的地址参数和负载到安全监测系统中找到根文件。
按照上述安排，我们下载引导程序、内核和根文件系统在连续闪光通过软件samba1.11和TFTP，然后我们就可以开始系统，嵌入式Linux可以开机进入正常状态。
4.2视频压缩算法的设计
嵌入式网络服务器具有统一的接口和通信协议，可以提供一个统一的操作模式和控制界面，并基于网络浏览器。在这个系统中，有四个模块在嵌入式Web服务器：文件模块、HTTP请求和处理模块，java小程序的数据请求和处理模块、监控模块。监控模块负责监控端口，并建立体系并通过TCP协议的三次握手过程的客户端浏览器之间的连接。当有从Internet Explorer的要求，监控模块会判断它是否是一个HTTP请求或java applet要求根据端口号。然后调用HTTP请求处理模块或java applet的数据请求和处理模块启动相应的程序。文件模块是由嵌入式操作系统的文件系统实现的。文件模块包括CGI（公共网关接口）处理文件，静态网页文件和程序代码文件。和GGI处理文件有两个功能：一是实现用户认证机制；另一个是分析和处理来自HTTP消息的参数，当用户设置控制参数通过Internet Explorer。
第5章 系统测试
为了验证系统设计的正确性，对系统的功能进行了全面的测试，包括通信接口、数据传输和整体性能。在进行系统测试之前，我们要建立相关的参数，如地址、网关地址、服务器地址、视频帧大小、每秒帧数、网络带宽等。
5.1系统功能测试
首先，我们在一台个人电脑上建立了2个超终端，一个是与串口相连的，另一个是与插座相连的。当我们在第一个超级终端上输入一些数据时，二超级终端立即反应。它意味着系统的通信接口很好[ 8 ]。其次，通过电气级传输电路与个人计算机串口相连，通过超终端进行数据传输。再次，我们建立了一个Web服务器通过java脚本语言和PWS服务器。由于嵌入式网络服务器具有一个标准的接口格式和通信协议，嵌入式设备中的网络服务器可以提供一个统一的浏览器为基础的操作和控制接口，为任何合法用户访问网络[ 9 ]。最后，用一个网连接这个系统与路由器（或交换机），并通过互联网浏览器与网络服务器沟通。经过多次实验，结果表明，在安全监控系统和互联网之间建立连接是容易的，用户可以通过计算机或移动电话在实时检测到非法入侵和火灾隐患。图5说明了安全监控系统的操作界面。
图5安全监控系统的操作界面
整个安全监控系统可以通过监控设置，包括视频的存储路径和保存格式。同时，你可以设置系统自动记录视频，并保存它，当有人非法闯入监控区。你可以下载的视频，暂时储存在实验系统通过视频下载选项。报表打印主要用于入侵检测和火灾探测。它可以在一段时间内打印监视数据，打印。由于智能建筑安防监控系统是基于二层模式，后台管理的功能是对嵌入式网络服务器的管理和设置。当人体传感器检测到有人进入监控区域时，该系统将显示“1”在相应位置的入侵检测。类似地，当烟雾传感器的对应位置显示“0”时，就意味着该系统检测到没有火灾隐患，显示“1”意味着检测到的火灾隐患。
5.2网络性能测试
网络性能测试主要用于视频监控系统。有必要安装WildPackets EtherPeek NX软件在主机测试之前。通过软件，我们可以捕捉到网络性能数据的系统。在这里，我们设置了网络数据包每10秒，捕获的主要网络参数的软件是：数据包数和字节数发送每10秒，利用网络带宽等。我们测试了系统通过设置不同的带宽。表1不同带宽下的网络性能状况。
表一不同带宽的网络性能
当系统运行在一个稳定的状态，并设置带宽为1200 Kbps，视频流的分辨率为640times;480和帧速率为50。在这种情况下，系统的网络性能如图6所示。
图6视频监控系统的网络性能
从图6中我们可以清楚地看到，在9:23:39后9:29:19，还有图像在监控区域，和视频传输的平均速率为960.6 kbps。有尖锐的物体在监控区域9:23:39和9:29:19之间，导致一个更大的抖动视频的传输速率，最大速率为1189 kbps和最小速率为806 kbps。试验发现，对于静止图像或运动不改变太多，整体的压缩比是高的，并且使用较小的带宽可以得到清晰的图形。和运动图片所需的带宽较高，系统可根据网络带宽，自动调整大小，以保证单帧图像的流畅度。当网络带宽严重不足时，显示屏会出现马赛克现象。经过多次实验，结果表明，在安全监控系统和互联网之间建立连接是容易的，用户可以通过计算机或移动电话在实时检测到非法入侵和火灾隐患。
第6章 结论
信息技术的核心是计算机技术、控制技术和测控技术，是1990年代以来的飞速发展，它使人们对建筑环境的安全性、舒适性和高效性提出了更高的要求。作为智能建筑安全管理的重要内容，安防监控系统的设计将直接影响到整个智能建筑的性能。该系统具有良好的安全性、通用性好、操作简单、维护方便、成本低等优点。作为数字家庭中不可缺少的一部分，该系统对未来智能建筑的建设和发展具有非常重要的现实意义，可以满足普通家庭对安全监测的需要。
致谢
这项工作是由2012个国家科技支撑计划资助项目（no.2012baj14b05）、中国国家自然科学基金（no.51278123）、福建省自然科学基金（no.2011j01303），和广西省教育厅基金（编号200808lx273）。
参考文献
[1]. R. R. Yager, Some measures relating partitions useful f
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资料编号：[152897]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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