嵌入式系统项目设计开题报告final.docx
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嵌入式系统项目设计开题报告final
《嵌入式系统工程设计》
开题报告
设计命题：
基于GPRS的可视化智能家居安防系统
组别：
指导老师：
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2014年4月3日
1课题的研究意义与市场需求
随着社会的进步，人们生活水平逐渐提高，对家庭财产及家居安全重视程度也不断提高。
城市居民住宅小区的大量崛起，促使人们在家庭住宅的观念上逐步发生变化。
人们不仅需要宽敞、豪华的住宅，同时也希望有一个安全、便利的生活空间。
所谓安全，就是有一个快速、有效、连动的防火、防盗、防爆的治安体系，同时要求家庭、社区管理中心及其有关单位部门都能及时获得相关信息并采取相应措施。
所谓便利，一是具有智能化收费体系，这样不仅可以做到“查表不入户”、“自动抄表”，而且可以减少漏抄、错抄等现像，提高相关部门的管理工作效率，实现社区管理信息化。
二是具有紧急事件求救中心及其他的便利服务体系。
这些都要求家庭不再是一个孤立的场所，而是一个能与外界进行信息交流的单元，因此研究家庭安防系统非常有必要，它可以优化组合社区资源，合理组织人力、物力，提供高效和多项增值服务，提升服务水平并且推动能源供给商、物业管理、通信网络商、房地产及其它相关行业的发展，为它们带来新的机遇和利润增长空间。
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。
给居民的生命和财产带来最大的威胁包括有两大方面，一方而是恶意侵害（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。
2市场调研与新技术了解
经过多年的发展，智能小区家居智能化系统越来越成熟，功能越来越完善，安防报警系统已成为智能小区家居智能化重要组成部分。
因此必须建立一个稳定、可靠、易操作的安防报警系统。
稳定、可靠是指有警必报，无警不会误报。
易操作是指家庭成员可以对一些防盗点进行方便的撤布防操作。
要达到稳定、可靠必须做好硬件和软件设计，要达到易操作必须在设计观念上有所突破。
2.1国外研究现状
自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。
智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。
1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。
它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等，这种“未来之家”家庭智能化系统，市场真正启动尚需时日。
目前在新加坡也有近30个社区（住宅小区）近5000户的家庭采用了“家庭智能化系统”，美国已有近四万户家庭安装了这一类的“家庭智能化系统”，将会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品。
目前美国有一种占据市场主流的产品X-10，销售已超过1亿个，设计户型为单体别墅，应用多为旧房改造，仅在美国便有超过400万个家庭在使用，但这些产品技术限制较多，并不适合在我国原样照搬使用应用。
在网络经济时代的大潮中，智能社区的安防建设显得越来越重要，国外的许多大公司已进入到该领域中，如微软公司投资一家Itran公司，专业从事家庭安防和家庭自动化方法的开发设计。
IBM公司与建筑商合作，为用户提供装备先进的安防系统的智能化住宅。
美国联邦政府和以IBM，AT&T等大型IT企业为首，投资4000亿美元，为全国500万个小区和9000万个家庭提供全面的小区和家庭的安全防护和信息服务。
2.2国内研究现状
目前，安防产品在国内市场结构方面呈现三个特点：
第一是地区分布不均衡。
北京、上海、江苏、浙江、广东和山东六个省市的安防企业占43%左右。
第二是安防产品差别程度不大，国内安防产品企业，生产同类产品的差异性不大。
这意味着产品容易替代，垄断程度低。
第三是在市场进入障碍上呈现弱势。
安防产品是境外企业争相进入的热点，进入障碍的高低，影响着市场内已有企业优势的大小。
境外安防产品的成熟程度比中国至少早20-30年。
国内一些安防监控系统大都采用常规的计算机与通讯技术，即以单片机为核心的区域控制器以及以RS-232或RS-485串行通讯总线为标准的系统连接，监控系统通过现场安装的传感器、控制器以及相应的变送器和执行机构对各种被监控对像进行自动检测和控制，这种系统虽然可以满足大多数用户的要求，但由于它的集成度较低、规范性差，而且又无统一标准，所以，系统的可靠性、维修性、互换性以及可扩充性均难以达到理想效果和规范要求。
2.3可视化智能家居安防系统的应用前景
尽管智能家居在国内是一个新兴的行业，但是，它也正以不可抵挡之势迅速崛起。
自智能家居走进中国以来，在短短几年的时间里，智能家居生产商由最初的几家公司增加到如今的百余家企业，其行业发展之迅速是目前国内任何其它行业所无法比拟的。
目前，我国智能家居生产厂商、分销商、集成商与装饰公司都形成了相当规模，不少国内知名企业纷纷涉足智能家居行业，如青岛海尔、清华同方、TCL等，并涌现出一些较具影响力的智能家居专业厂商，如上海索博智能电子有限公司、北京九州易居科技有限公司、天津瑞朗智能家居电子科技有限公司等，智能家居产品已开始走进中国的家庭。
随着智能家居热潮在世界范围内的日渐兴起，中国电子技术的飞速发展、人们生活水平的不断提高以及智能电子技术在生活中的广泛应用，智能家居已经成为未来家居装饰潮流发展的最新方向，在不久的将来，没有智能家居系统的住宅肯定不合潮流。
从目前的发展趋势来看，在未来的20年时间里，智能家居行业将成为中国的主流行业之一，智能家居安防系统则是其中重要的一部分，其市场的发展前景是非常广阔的。
3本设计的技术路线
图像监控技术从模拟图像监控到数字图像监控是监控系统发展的趋势，是数字化技术和计算机技术发展的必然结果。
嵌入式图像监控系统属于数字图像监控系统，能够很好满足客观现状对图像监控系统的要求，达到多方位远程监控的目的。
基于ARM的嵌入式图像监控系统的研究具有重要的现实意义。
具体在整个系统的设计中，为了使设计合理，确保系统的可靠性和后续升级，以获得最佳的设计效果，本系统设计中遵循以下几个设计原则：
（1）用最新或是功能更完善的芯片
功能强的芯片能够达到更高的精度和可靠性，可大大简化设计电路，使系统的精度和可靠性得到了保证。
通过正确选用高性能的ARM芯片，提高了系统的可靠性，并使设计留有余地，为以后的升级提供了方便。
（2）电路设计上应该留有余地，以考虑将来扩展和修改的需要
因为软件的升级比硬件要方便得多，而且往往只要修改或添加软件中数据处理的模式或算法，就可以大幅度地提高系统的功能。
因此，应该在硬件设计时尽可能地留有余地，以便将来的修改和扩充。
（3）以软件代替硬件
（4）软件设计中引入嵌入式实时操作系统
嵌入式实时操作系统的引入使得软件设计简单化、结构化、模块化。
4系统硬件设计
根据选定的系统设定方案，参考S3C2410的数据手册等资料，系统的结构包括ARM9（S3C2410）核心处理器、16MFLASH、64MSRAM、图像采集模块和GPRS模块，其总体结构如图4-1所示：
图4-1系统原理框图
系统硬件主要有以下几部分构成：
（1）中央控制部分采用三星公司的ARM9（S3C2410）处理器，其中S3C2410芯片集成了大量的功能单元，详情见微处理器的的主要性能。
外围的存储器有64MSRAM、16MFLASH。
（2）GPRS模块选用工业级双频GPRS模块西门子MC35i。
MC35i支持标准的AT指令集和标准的3VSIM卡，具有良好的温度特性和稳定的工作性能。
其与S3C2410的连接方式采用的是串口连接方式。
（3）图像采集模块采用的是V3000的USB接口摄像头，主控芯片是OV511芯片，一个专用的数字摄像IC到USB的接口芯片，内含数字摄像IC接口、DRAM接口、实时图像压缩引擎、USB接口、I2C接口、FIFO等功能，用于将摄取的数字视频图像直接通过USB接口送入CPU进行处理。
（4）还有电源模块，用于系统供电。
5系统软件流程设计
嵌入式系统在运行初期需要对系统外围设备进行检测和驱动加载，而本文构建的监控系统属于嵌入式系统的应用程序。
当打开系统电源，首先执行bootloader程序，bootloader只是负责在kernel没有运行时管理一些必要硬件，实现布局系统和主机通信、把kernel的起始地址放到指针中启动，其作用类似PC机启动前的BIOS引导。
之后就是Linux内核初始化，其主要工作是划分物理内存和创建进程。
然后检测外围设备并加载驱动程序；之后加载根文件系统。
当前面的所有初始化工作做完之后就开始加载监控系统。
监控系统大多都是后台程序，系统运行起来就开始进行监听，当有信号触发时则进行相应的服务，软件流程图如图5-1所示。
图5-1系统软件流程
6预计难点
·PCB设计和布线；
·基于GPRS的MMS和SMS技术的实现；
·摄像头红外感应的识别；
·业务解决方案WAP的使用；
7预计成果
基于GPRS的可视化智能家居安防系统预计实现以下功能：
·通过触摸屏上的虚拟数字键盘输入主人手机号以及设置解除报警密码；
·通过触摸屏上的虚拟按键开启或关闭监控模式；
·通过红外摄像头以红外的方式监控，可实时拍照；
·当检测到有物体触碰红外线时，立即拍照，并以彩信的方式发送照片到设定的手机上，同时蜂鸣器报警；
·可通过手机短信的形式解除报警；
参考文献
[1]周中艳《基于GPRS的智能家居报警系统的设计和实现》徐州机电工程高等职业学校2012年
[2]赵继春《智能家居安防系统设计》河北工程大学2007年
[3]赵传《基于GPRS和ZigBee的智能家居安防系统》2012年
[4]李晋《基于ARM和FPRS智能家居安防视频监控设计》西安电子科技大学2011年
[5]三星S3C2410数据手册
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