嵌入式无线安防监控系统设计说明书Word格式.docx
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此类远程监控系统对于电子消费各个领域都有着重要的意义。
1.2国内外研究现状综述
1.2.1安防系统的发展
智能家居安防监控起源于80年代中期的美国，上世纪末来到中国，带着全新的概念企盼搭上中国经济的高速顺风列车。
经过十几年的市场孕育与发展，特别是伴随住宅产业的进步，智能家居安防监控在中国已经显露出春笋出露的局面。
智能家居安防监控在国内已经历了多年的概念推广及发展，现已被人们认识并接受。
应该说，自1998年，国内开始提出“智能家居安防监控”这个概念，同时通过社会的热炒，人们已对智能安防监控有了一定的认识，但由于没有真正适合市场的产品，所以真正的应用并没有太大的突破，倒是智能安防监控里最重要的组成部分家居安防及小区安防得到了迅猛的发展，而且技术上明显表现为以智能防范小区嵌套智能防范家居的特点，这种技术特点目前已广泛地被市场接受，同时亦显现出其无比的竞争优越性。
随着近年网络技术的日趋成熟和发展，更高层次的基于TCP/IP协议的数字社区及所捆绑的智能家居安防监控结构特点的应用，正浮出水面，并迅速被市场所接受，可以说，真正意义的智能家居，正迎来市场的大发展阶段[3]。
1.2.2国内安防系统的发展现状
经过二十多年的发展,中国安防行业已经形成集研发、生产、销售、工程与系统集成、报警运营与中介服务等为一体的朝阳产业,全国现有安防产品生产、工程系统集成、产品经销和安防报警服务企业1.5万余家,涉及保安报警服务、CCTV监控、防盗报警、楼宇对讲、智能家居、生物识别、智能交通等诸多领域。
据资料统计,世界上有一半的安防产品是由中国企业制造的,而中国安防市场以每年增长20%～30%的速度发展,预计今年全国安防行业产值可以达到1200亿元人民币,其中,安防产品制造产值约700亿元,安防工程产值420亿元,安防报警服务80亿元。
随着国家经济持续发展,人们生活水平不断提高,安防市场会不断扩大,需求将更加迫切,可以预计“,十一五”后期至“十二五”期间,将成为中国安防行业发展的黄金时期。
从整体上看,中国安防产业在历经了20世纪90年代中后期的快速发展,2002年进入技术升级结构调整时期后,2006年,因为平安城市建设,安防市场步入发展快车道。
从市场地域分布来看,安防产品市场比较活跃的地区以华南华东、华北为主。
华南市场的珠江三角洲八个城市（广州、深圳、珠海、中山、佛山、惠州、江门、东莞）安装100万个摄像机加强城市治安防控,引发了华南安防市场火爆性增长;
华东市场由于江苏、浙江、上海三省市近年来全面推进科技强警示范城市建设以及2010年上海世博会,安防产品在各地一、二、三级市场遍地开花;
华北市场因为2008年北京奥运会安全防范的需要,带来了各种安防产品的几何增长。
伴随我国安防产业规模的扩大,珠江三角洲、长江三角洲、环渤海地区等安防制造基地已经形成。
这些地区的共同优势是,安防制造企业集中,产业链比较完整,具有很强生产和配套能力。
其中,以深圳为中心的珠江三角洲已成为我国规模最大、发展速度最快、品种最全、产品出口所占比重最高的安防产品加工密集地区;
以杭州为中心的长三角,也成为国内最重要的DVR制造、安防监控软件基地;
以天津为中心的环渤海地区则逐步形成了摄像机产业集群。
但在我国安防制造业中,外商和港澳台投资企业生产的安防产品仍然占据半壁江山。
2006年,外商和港澳台企业更是加紧了对中国安防市场的凌厉攻势,收购、兼并、合作、加大在国内投资,他们凭借其技术优势和成熟的运作模式,在国内市场占有相当的优势条件。
一些企业不断扩大自身优势,对销售模式进行了调整,取消了原来的多级代理,实行区域代理+直销的销售模式,强化渠道控制力。
除在省会城市布下营销团队外,还加速了在地、市甚至是县级市场的营销,同时二、三、四级市场的竞争正在逐步升温,是近年国内安防市场渠道营销的一个最为明显变化。
我国安防产业经过多年的发展已经初具规模，并且发展迅速。
“十五”期间，我国安防产业年均增长速度超过了国民经济发展的1倍以上，以年均25％增长速度快速发展。
安防行业正由启动期走向发展期，根据统计数据显示:
2005年安防企业已达1.5万家，从业人员近100万人，实现增加值300多亿元，其中出口创汇产品约占10％左右。
但据统计，目前国内安防企业销售额在100万元以下的企业占23%，100-500万元的占37%，而年销售额在500万元以上的企业只有不到40%的份额，1000万元以上的企业数量更少。
虽然，国内的安防企业以小型的私营企业和股份制企业为主，但这两年安防行业发展非常快，尤其在闭路监控、防盗报警两项业务作为行业市场启动的龙头业务，现处于高速发展期，并将逐渐向成熟期迈进。
在国外，发达国家在发展之初就确定了智能家居安防监控相关标准及组织，明确了智能家居安防监控概念等问题。
比如以微软、INTEL等公司为主要成员UPnP（通用即插即用）组织、欧洲KNX协议等。
智能家居从概念引进到现在发展已有10个年头，国内一直未能有一个统一的行业标准及规范来约束和引导智能家居行业的健康快速发展，各设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备，其结果导致不同设备之间的互连、互通变得非常困难。
因此，中国智能家居企业向国外学习，首先应当建立共同遵循的标准与协议，这是发展智能家居安防监控必须首先解决的问题。
1.2.3国外安防系统的发展现状
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”，相信到了21世纪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。
三星从今年春节后，开始在中、韩两国同时推出其智能家居系统，通过机顶盒和网络，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。
根据美国该行业之专业顾问公司PARKS的统计资料显示：
1995年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000至9000美元之间。
1995年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为0.33％，看来市场真正启动尚需时日。
预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为8％。
PARKS公司的资料亦显示：
到2004年，家庭网络市场总额可达57亿美元。
据国际专家预测，到2010年底国际智能家居的产品销售额可达500亿美元。
2020年可达1000亿美元。
由于智能家居的诱人前景和巨大市场，尽管国外市场真正启动也尚需时日，但并未能阻止企业去争食智能家居市场。
虽然每家公司的策略各不相同，但它们都坚持同样的信念：
山那边遍地是金。
IBM公司的迈克尔。
凯罗斯克说：
“这是个不容IBM公司忽视的市场机会。
”
2嵌入式系统开发环境相关概念综述
2.1嵌入式系统开发环境简介
2.1.1什么是嵌入式系统
嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不能称之为计算机的设备或器材。
它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。
简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。
嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。
嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。
嵌入式系统的硬件部分，包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。
嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM或闪存（FlashMemory）作为存储介质。
软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。
应用程序控制着系统的运作和行为；
而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
其的核心是嵌入式微处理器[4]。
2.1.2嵌入式微处理器
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。
嵌入式处理器一般就具备以下4个特点：
（1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度。
（2）具有功能很强的存储区保护功能。
这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。
（3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。
（4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。
2.1.3ARM微处理器简介
ARM（AdvancedRISCMachines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。
1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。
目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。
ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。
目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。
2.1.4ARM微处理器的应用领域
到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域：
（1）工业控制领域：
作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。
（2）无线通讯领域：
目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。
（3）网络应用：
随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。
此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。
（4）消费类电子产品：
ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。
（5）成像和安全产品：
现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。
手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。
除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。
2.1.5ARM微处理器的特点
采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：
（1）体积小、低功耗、低成本、高性能；
（2）支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器
件；
（3）大量使用寄存器，指令执行速度更快；
（4）大多数数据操作都在寄存器中完成；
（5）寻址方式灵活简单，执行效率高；
（6）指令长度固定
2.1.6ARM微处理器的系列
ARM微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。
（1）ARM7系列
（2）ARM9系列
（3）ARM9E系列
（4）ARM10E系列
（5）SecurCore系列
（6）Inter的Xscal
（7）Inter的StrongARM
其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。
SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计。
2.1.7Linux操作系统简介
Linux操作系统是可以运行在许多不同类型的计算机上的一种操作系统的“内核”。
在所有操作系统中，Linux是发展最快、应用最广泛的。
它是提供命令行或者程序与计算机硬件之间接口的软件的核心部分。
Linux操作系统内核管理以下事情：
比如内存采用什么方法以及在什么时候打开或者关闭文件、哪一个进程或者程序可以获得计算机的中央处理单元（CPU）等等。
虽然大多数Linux系统运行在PC平台上，但Linux也可以作为嵌入式系统的可靠主力。
Linux流行的“back-to-basics”方法使得它的安装和管理比UNIX更加简单灵活，这对于那些UNIX专家们来说又是一个优点，他们已经因为Linux中有许多命令和编程接口同传统的UNIX一样而赏识它了。
典型的压缩包装Linux系统经过打包，在拥有硬盘和大容量内存的PC机上运行，嵌入式系统可不要这么高的配置。
一个功能完备的Linux内核要求大约1MB内存。
而Linux微内核只占用其中很小一部分内存，包括虚拟内存和所有核心的操作系统功能在内，只需占用PentiumCPU系统的100K内存。
只要有500K的内存，一个有网络栈和基本实用程序的完全的Linux系统就可以在一台8位总线（SX）的Intel386微处理器上运行的很好了。
由于内存要求常常是需要的应用所决定的，比如Web服务器或者SNMP代理，Linux系统甚至可以仅使用256KBROM和512KBRAM进行工作。
因此它是一个瞄准嵌入式市场的轻量级操作系统。
与传统的实时操作系统相比（RTOS），采用象嵌入式Linux这样的开放源码的操作系统的另外一个好处是Linux开发团体看来会比RTOS的供应商更快地支持新的IP协议和其它协议。
例如，用于Linux的设备驱动程序要比用于商业操作系统的设备驱动程序多，如网络接口卡（NIC）驱动程序以及并口和串口驱动程序。
核心Linux操作系统本身的微内核体系结构相当简单。
网络和文件系统以模块形式置于微内核的上层。
驱动程序和其它部件可在运行时作为可加载模块编译到或者是添加到内核。
这为构造定制的可嵌入系统提供了高度模块化的构件方法。
而在典型情况下该系统需结合定制的驱动程序和应用程序以提供附加功能。
嵌入式系统也常常要求通用的功能，为了避免重复劳动，这些功能的实现运用了许多现成的程序和驱动程序，它们可以用于公共外设和应用。
Linux可以在外设范围广泛的多数微处理器上运行，并早已经有了现成的应用库。
Linux正在嵌入式开发领域稳步发展。
因为Linux使用GPL，所以任何对将Linux定制于PDA、掌上机或者可佩带设备感兴趣的人都可以从因特网免费下载其内核和应用程序，并开始移植或开发。
许多Linux改良品种迎合了嵌入式／实时市场。
它们包括RTLinux（实时Linux）、uclinux（用于非MMU设备的Linux）、MontavistaLinux（用于ARM、MIPS、PPC的Linux分发版）、ARM-Linux（ARM上的Linux）和其它Linux系统。
2.1.8GPRS无线通讯简介
GPRS（GeneralPacketRadioService）是通用分组无线业务的简称，采用的是基于GSM系统的无线高速数据分组传输技术，目前理论传输速率为115kbps。
GPRS业务于2002年7月开始在国内移动通信业推出，第一期工程在全国东部16个省的25个城市开通并进入试商用。
试商用的GPRS系统能够提供传输速率为30～50kbps的分组业务。
GPRS的出现，很大程度是为多媒体、互联网通信服务，将从根本上改变原有的GSM的基于话音服务。
GPRS基本原理是，当用户上传或下载互联网数据时，系统不是利用当时承载服务所采用的电路连接，而是利用分组将数据在网络中传送，达到多用户间对网络资源的共享，同时网络运营机构还可以最大限度地使用现有GSM设备，避免了GSM设备投资的浪费。
另外，数据传送使用GPRS，而语音传送使用GSM，使下载资料和通话可以同时进行。
为此，它不但可以为GPRS用户提供GSM移动电话通信的所有功能，更为突出的是为GPRS用户提供了一种更快捷，更方便，更便宜，更持久的移动上网方式。
GPRS目前被认为是移动通信从第二代向第三代过渡的重要一环。
GPRS目前被认为是移动通信从第二代向第三代过渡的重要一环[5]。
2.2嵌入式开发平台搭建
2.2.1ARM处理器选型
如前文所述ARM微处理器目前包括下面ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10E,SecurCore,Xscale,StrongARM等几个系列.鉴于当前电子市场上的情况,在此我主要讨论一下ARM7与ARM9这两种主流处理器的特点及应用领域。
ARM7微处理器系列:
ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。
ARM7微处理器系列具有如下特点：
（1）具有嵌入式ICE－RT逻辑，调试开发方便。
（2）极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。
（3）能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。
（4）代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。
（5）对操作系统的支持广泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等。
（6）指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代。
（7）主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。
ARM7系列微处理器的主要应用领域为：
工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。
ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：
ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。
其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。
ARM9微处理器系列:
ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。
具有以下特点：
（1）5级整数流水线，指令执行效率更高。
（2）提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。
（3）支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
（4）支持32位的高速AMBA总线接口。
（5）全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多种主流嵌入式操作系统。
（6）MPU支持实时操作系统。
（7）支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。
ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。
ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型.由此可见,ARM9对于Linux操作系统的支持性明显强于ARM7。
因此,本系统采用的核心微处理器是SAMSUNGS3C2410（以ARM920T为内核）[6]。
2.2.2GSM/GPRS通讯模块选型
目前市面上出现的主流GPRS/GSM模块主要有以下
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