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基于ARM和GPRS技术的家居实时安防系统设计

发布时间:2020-07-21 17:45:55 阅读: 来源:复合硅酸盐板厂家

摘要:设计了一个以32位ARM微处理器STM32F103C8T6为控制核心,外加振动传感器和热释红外传感器的实时安防系统。该系统处于工作状态时,能实时监控到是否有人进入监控区域,且实现自动发送彩信报警。系统采用微型图像传感器OV7670获取图像信息,并对图像进行初步处理,再利用GPRS模块SIM900发送彩信到指定手机,同时将获取的图像数据保存到SD卡內。实验结果表明,系统工作稳定,实现了设计目标。

本文引用地址:引言

最近几年随着我国城镇化的快速推进,人们的居住环境得到了很大的提升,家中的各类贵重物品也越来越多。由于城市的流动人口相对复杂,因此家居防盗已经成为人们非常关注的问题,对于家居安防方面的研究国内外都有不少方案。而这些方案基本都采用了运行嵌入式操作系统的高性能ARM9或者ARM11平台,外围搭配多种高端传感器,这类方案成本都较高。本文介绍一种基于低成本32位ARM平台为控制核心的家居实时安防系统,以更具实用性的设计和更低的成本,提供了一套实时安防解决方案,能很好地满足大部分家庭对家居安防的需求。

1 系统结构

从图1可以看出系统的模块化设计思想,充分利用成熟的技术和模组产品,有利于降低设计的难度和整体成本。系统采用低纹波高效能的5 V开关电源作为工作电源,电路内部经过多路电源管理单元的稳压处理后为系统各个模块供电,以保证系统良好的抗干扰性能。系统的控制核心为STM32F103C8T6,振动传感器的型号为SW-180,是中断信息输入单元,用户可以安装在适合的位置,负责检测振动信号。系统框架图如图1所示。

热释红外传感器的型号为HC-SR501,同样是单向输入单元,该传感器能准确发现100℃时5~7 m范围内的人体移动信号,实时将信号反馈到系统控制核心。图像传感器OV7670经过数据缓存FIFO后与控制核心STM32F103C8T6连接,可降低微处理器的速度要求,减轻系统的负担。

图像信息进入微处理器后将会进行初步处理和格式转换,得到的JPEG格式图像再通过GPRS模块SIM900以彩信的方式发送到指定的手机内。一旦有可疑人员进入房屋内,系统将被触发,并自动抓拍现场照片,发送彩信提醒用户,然后将照片保存到系统自带的SD卡内,以备查阅。

2 硬件设计

2.1 系统核心单元

系统核心处理器STM32F103C8T6采用高性能的ARM Cortex—M3 32位RISC内核,工作频率为72 MHz,内置高速存储器(64 KB的闪存和20 KB的SRAM),丰富的增强I/O端口和联接到两组APB总线的外设。其包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器,以及2个I2C总线接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN总线接口。STM32F103C8T6的工作电压为2.0~3.6 V,采用LQFP48封装。系统内使用LDO将5 V电源转换为3.3V为其供电。

图2设计了时钟电路和复位电路,SD卡通过SPI接口与核心处理器通信,振动传感器和热释红外传感器则通过中断I/O口接入,图像传感器OV7670的SCCB接口连接核心处理器的I2C总线接口,GPRS模块SIM900则通过串口1进行通信。

2.2 图像采集单元

OV7670是OmniVision公司生产的一颗30W像素COMS图像传感器,具有体积小、工作电压低的特点,提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能。系统通过I2C总线控制,可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位图像数据。该产品VGA图像最高达到30帧/s。用户可以控制图像质量、数据格式和传输方式。OmniVision图像传感器应用独有的传感器技术,通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、托尾、浮散等,提高图像质量,得到清晰稳定的彩色图像。

图3的电路中设计了12 MHz有源晶振,用于产生12 MHz时钟作为OV7670的XCLK输入信号。PAM3101DAB28用于向OV7670内部的模拟电路提供稳定的2.8 V工作电压,同时I/O工作电压也使用这组2.8V电源,这样OV7670内部自带的LDO即可正常工作,自动为OV7670的内核部分提供1.8 V电源。

系统设计了一个FIFO芯片AL422B,该FIFO芯片的容量为384 KB,足够存储2帧QVGA图像数据。由于采用了FIFO作为数据缓冲,系统的数据采集负担大大降低,设计者只需关心如何读取FIFO数据接口,不必再关心OV7670的数据是如何采集到的,又是如何传送到FIFO的,这样就可以减少甚至不用关心CMOS的控制以及时序关系,就能够实现图像的采集。

2.3 振动传感器单元

振动传感器SW-180是一种弹簧型无方向性振动感应器件,它可以任意角度触发。在静止时任何角度都为开路OFF状态,当受到外力碰撞或者大力晃动时,弹簧变形和中心电极接触导通使两个引脚瞬间导通为ON状态;当外力消失时,电路恢复为开路OFF状态。为了避免振动传感器受干扰误触发,利用电压比较器LM393对振动传感器的开关量信号进行预处理,过滤干扰信号,经过LM393后得到一个边沿陡峭的触发信号传送到核心处理器STM32F103C8T6的中断口。通过调节可调电阻即可改变振动传感器的触发灵敏度,振动传感器电路如图4所示。

2.4 GPRS模块单元

SIM900是SIMCOM公司推出的一款新型四频GSM/GPRS模块,支持MMS彩信功能,完全采用SMT封装形式,同时采用了功能强大的ARM926EJ-S芯片处理器。SIM900的供应电压范围为3.2~4.8 V,系统采用LDO器件MIC29302BU为其供电,LDO输入端设计了π型滤波电路,输出端加入了EMI器件,还有旁路电容,以保证电源的纹波足够低,如图5所示。

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