基于Arduino平臺(tái)的家用安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于Arduino平臺(tái)的家用安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要通常的安防監(jiān)控系統(tǒng)主要由閉路監(jiān)控系統(tǒng)組成，它從拍攝到圖像顯示和記錄構(gòu)成獨(dú)立完整的系統(tǒng)。對(duì)于個(gè)人家庭用戶(hù)來(lái)說(shuō)，安裝這樣的安防系統(tǒng)所用的成本較高。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種基于Arduino平臺(tái)的低成本家庭用安防監(jiān)控系統(tǒng)。它通過(guò)人體傳感器撲捉外界信息，有人經(jīng)過(guò)時(shí)，觸發(fā)串口攝像頭進(jìn)行拍照，并將照片存入SD卡中。經(jīng)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)很好的完成安防目的。關(guān)鍵詞家用安防；串口攝像頭；SD卡中圖分類(lèi)號(hào)TP文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2011)011-0114-01安防監(jiān)控系統(tǒng)是應(yīng)用光纖、同軸電纜或微波在其閉合的環(huán)路內(nèi)傳輸視頻信號(hào)，并從攝像到圖像顯示和記錄構(gòu)成獨(dú)立完整的系統(tǒng)。它能實(shí)時(shí)、形象、真實(shí)地反映被監(jiān)控對(duì)象，它可以在惡劣的環(huán)境下代替人工進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)視，通過(guò)錄像機(jī)記錄下來(lái)。同時(shí)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備對(duì)非法入侵進(jìn)行報(bào)警。在一般的小區(qū)安防中，閉路監(jiān)控電視子系統(tǒng)占有重要的位置，屬于小區(qū)平安防范的第一道防線(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)閉路監(jiān)控系統(tǒng)是由發(fā)展商為整個(gè)小區(qū)建設(shè)的，很少針對(duì)業(yè)主的住宅建設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，這就須要業(yè)主自行建設(shè)該系統(tǒng)。業(yè)主自行搭建該系統(tǒng)如采納傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控則成本很高。本文運(yùn)用Aruino平臺(tái)+串口攝像頭+SD卡的安防解決方案，可以實(shí)現(xiàn)在家中無(wú)人時(shí)，感應(yīng)人體信號(hào)并自動(dòng)拍照，并將拍攝的照片存入SD卡中。本文運(yùn)用的Arduino平臺(tái)，是一個(gè)基于開(kāi)放源代碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于開(kāi)放源代碼simpleI/O接口版（包括12通道數(shù)字GPIO，4通道PWM輸出，6-8通道10bitADC輸入通道），并且具有運(yùn)用類(lèi)似Java，C語(yǔ)言的IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。運(yùn)用Arduino平臺(tái)的好處是：1）開(kāi)放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)，程序開(kāi)發(fā)接口免費(fèi)下載，也可依需求自己修改。2）運(yùn)用低價(jià)格的微處理限制器（ATMEGA8或ATmega168）?？梢圆杉{USB接口供電，不需外接電源。也可以運(yùn)用外部9VDC輸入。3）Arduino支持ISP在線(xiàn)燒，可以將新的“bootloader”固件燒入ATmega8或ATmega168芯片。有了bootloader之后，可以通過(guò)串口或者USBtoRs232線(xiàn)更新固件。因而采納Arduino平臺(tái)可以體現(xiàn)其在快速開(kāi)發(fā)和降低成本方面的優(yōu)勢(shì)。在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的應(yīng)用特別廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣闊用戶(hù)和專(zhuān)業(yè)人士的歡迎。一般人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10UM左右的紅外線(xiàn)，人體熱釋電紅外傳感器就是靠探測(cè)人體放射的10uM左右的紅外線(xiàn)而進(jìn)行工作的。人體放射的10uM左右的紅外線(xiàn)通過(guò)菲尼爾濾光片增加后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采納熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生改變時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗(yàn)處理后即可產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。本文運(yùn)用GXT-Y201串口攝像頭模組，具有串口抓拍高清楚圖像的功能。串口攝像頭模組是通過(guò)串口獲得JPG圖像的模塊，可以很簡(jiǎn)潔集成到設(shè)備中去，讓設(shè)備具有圖像抓拍功能。限制芯片可以通過(guò)串口發(fā)送拍照指令拍攝圖片，通過(guò)讀數(shù)據(jù)指令讀取圖片數(shù)據(jù)。SD卡在現(xiàn)在的日常生活與工作中運(yùn)用特別廣泛，時(shí)下已經(jīng)成為最為通用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡。在諸如MP3、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備上也都采納SD卡作為其存儲(chǔ)設(shè)備。SD卡之所以得到如此廣泛的運(yùn)用，是因?yàn)樗鼉r(jià)格低廉、存儲(chǔ)容量大、運(yùn)用便利、通用性與平安性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。既然它有著這么多優(yōu)點(diǎn)，那么假如將它加入到單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中來(lái)，將使系統(tǒng)變得更加精彩。SD卡支持兩種總線(xiàn)方式：SD方式與SPI方式。其中SD方式采納6線(xiàn)制，運(yùn)用CLK、CMD、DAT0-DAT3進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。而SPI方式采納4線(xiàn)制，運(yùn)用CS、CLK、DataIn、DataOut進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。SD方式時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸速度與SPI方式要快，采納單片機(jī)對(duì)SD卡進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)一般都采納SPI模式，見(jiàn)圖1。人體傳感器感應(yīng)到有人靠近時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，Arduino通過(guò)UART口向串口攝像頭發(fā)送拍照指令，然后發(fā)送讀數(shù)據(jù)指令，讀取窗口攝像頭中的jpg文件數(shù)據(jù)。Arduino通過(guò)SPI接口，將讀取的文件數(shù)據(jù)以jpg文件格式寫(xiě)入SD卡中。Jpg圖片文件寫(xiě)入SD卡時(shí)，須要用到FAT文件系統(tǒng)。FAT（FileAllocationTable）是“文件安排表”的意思。用來(lái)記錄文件所在位置的表格，它對(duì)于硬盤(pán)的運(yùn)用是特別重要的，假如丟失文件安排表，那么硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)就會(huì)因無(wú)法定位而不能運(yùn)用了。不同的操作系統(tǒng)所運(yùn)用的文件系統(tǒng)不盡相同，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上常用的操作系統(tǒng)中，MS-DOS6.x及以下版本運(yùn)用FAT16；OS/2運(yùn)用HPFS；WindowsNT則運(yùn)用NTFS；而MS-DOS7.10及ROM-DOS7.10同時(shí)供應(yīng)了FAT16及FAT32供用戶(hù)選用。其中我們接觸最多的是FAT16、FAT32文件系統(tǒng)。本文運(yùn)用FAT16文件系統(tǒng)儲(chǔ)存jpg文件。FAT16運(yùn)用了16位的空間來(lái)表示每個(gè)扇區(qū)（Sector）配置文件的情形，故稱(chēng)之為FAT16。FAT16由于受到先天的限制，因此每超過(guò)肯定容量的分區(qū)之后，它所運(yùn)用的簇（Cluster）大小就必需擴(kuò)增，以適應(yīng)更大的磁盤(pán)空間。所謂簇就是磁盤(pán)空間的配置單位，就象圖書(shū)館內(nèi)一格一格的書(shū)架一樣。每個(gè)要存到磁盤(pán)的文件都必需配置足夠數(shù)量的簇，才能存放到磁盤(pán)中。FAT16各分區(qū)與簇大小的關(guān)系如下：分區(qū)大小FAT16簇大小16MB-127MB2KB128MB-255MB4KB256MB-511MB8KB512MB-1023MB16KB1024MB-2047MB32KB由上可知，F(xiàn)AT16文件系統(tǒng)有兩個(gè)最大的缺點(diǎn)：1）磁盤(pán)分區(qū)最大只能到2GB。2）運(yùn)用簇的大小不恰當(dāng)。試想，假如一個(gè)只有1KB大小的文件放置在一個(gè)1000MB的磁盤(pán)分區(qū)中，它所占的空間并不是1KB，而是16KB，足足奢侈了15KB！因而簇選擇不當(dāng)會(huì)造成磁盤(pán)空間的奢侈。因?yàn)楸緫?yīng)用運(yùn)用的是2GSD卡作為存儲(chǔ)設(shè)備，固采納相對(duì)簡(jiǎn)潔的FAT16文件系統(tǒng)。閱歷證，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以很好的滿(mǎn)意家庭安防的須要。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖2。參考文獻(xiàn)[1]張寧,王言章.基于MSP430和CF卡的FAT16文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)春理工高校學(xué)報(bào),2006,01.[2]院澤嘉,董金明.FAT16文件系統(tǒng)在嵌入式操作系統(tǒng)uC-OS中實(shí)現(xiàn)[J