室內監控和車輛監控受到人們普遍關注，現有的室內監控手段存儲空間消耗大，用戶不能隨時主動查看現場，且費用昂貴；而車輛監控系統不能實時直觀查看車輛運行路線。
    針對現有監控系統中存在的不足，本文設計了一種基于SoPC的室內、車內兩用的多用途無線監控報警系統。通過該系統用戶可隨時遠程主動監控現場，或以智能報警方式監控現場；手機上的車輛跟蹤軟件攔截車輛報警信息把路線顯示在Google靜態地圖上，方便用戶直接查看。緊急情況發生時，用戶還可通過手動方式報警。
1 系統總體結構設計
    遠程監控報警系統分為現場監控子系統和用戶端子系統兩部分，系統總體結構框圖如圖1所示。本系統可工作在室內或車內，兩種情況下都有智能監控、智能報警和手動報警模式。用在室內時，系統通過人體傳感器和攝像頭采集現場信息；用在車內時，通過GPS模塊接收車輛地理位置信息，通過攝像頭采集現場圖像。采集到的現場信息送入FPGA中的嵌入式軟核Nios II做智能檢測。系統通過GPRS模塊接收用戶的控制命令，同時以短信和彩信的方式向用戶發送現場信息。用戶端子系統的車輛跟蹤軟件可實現車輛報警信息攔截和路線顯示，便于用戶查看。

    智能監控模式下系統監控，但不主動發送報警信息，用戶可隨時主動發送短信要求查看。智能報警模式下系統自動檢測現場是否發生異常，異常時發送短信和彩信向用戶報警，同時以最快的速度將壓縮后的圖像存入SD卡，以備必要時偵查；無異常時每三分鐘存儲一幅圖像，這種自適應存儲機制能用較少的存儲資源存儲盡可能多的信息。若用戶在場時發生緊急情況，可通過一個隱蔽的報警按鍵實現手動報警。
2 系統硬件設計
    系統的硬件設計主要包括SoPC系統設計和TR800模塊硬件電路設計兩部分。
2.1 SoPC系統設計
    系統的主控制芯片是一片FPGA，結合SoPC技術，在FPGA中加入了嵌入式軟核Nios II，通過Avalon總線與外圍設備建立聯系。系統硬件結構框圖如圖2所示。

2.1.1 攝像頭控制器設計
    攝像頭用于采集現場（包括車內和室內）圖像，本系統CMOS攝像頭采集到的圖像信息為數字信號，無需模數轉換，可簡化電路設計。攝像頭采集到的圖像緩存到SRAM，需要時從SRAM中讀出。
2.1.2 人體傳感器控制器設計
    人體傳感器用于判斷室內是否有人進入。系統的人體感應模塊采用 GH-718，該模塊是基于紅外技術的自動控制產品，靈敏度高、可靠性強、感應角度大。傳感器一旦檢測到人的活動，就改變狀態寄存器，處理器通過查詢狀態寄存器可知道是否有人。
2.1.3 GPS控制器設計
    GPS模塊用于車載環境下接收汽車地理位置。GPS采用一塊集成模塊，上電后約一秒鐘發回一幀數據，每幀數據包含幾個協議，本系統中只用到$GPRMC與$GPGGA協議。
    在GPS控制器中，采用硬件描述語言來解析GPS協議，用一系列寄存器存儲日期、時間、經度、緯度、海拔、速度等GPS信息。模塊開始工作后，持續接收處理來自GPS模塊的信息，GPS控制器一旦檢測到$GPRMC或$GPGGA，就根據接收到的內容更新寄存器，CPU可通過讀寄存器的方式得到GPS信息。
2.1.4 SD卡控制器設計
    SD卡可工作在SD和SPI兩種模式下，本系統采用SPI模式。SD卡與FPGA之間通過片選、數據輸入、時鐘和數據輸出四根信號線通信，速度雖然比SD模式低，但接口簡單，能滿足系統要求。本系統兼容SD1.1和SD2.0兩種協議，SD卡控制器自動識別SD卡需要的協議類型并執行相應的讀寫方式。
    SD卡控制器框圖如圖3所示。AVALON總線接口模塊是Nios II處理器和SD卡控制器模塊進行數據交互的橋梁。復位初始化模塊要保證片選信號在上電后的74個時鐘周期內為高，完成復位。此后通過命令讀寫控制模塊發送CMD0命令給SD卡使其進入SPI模式。命令讀寫控制模塊按照SD卡命令時序完成SD卡命令號、參數、命令校驗的發送和命令回執的讀取，如果是讀寫操作還要對數據進行發送和接收，雙口RAM用作讀寫數據緩存。數據轉換和時鐘產生模塊完成SD卡和Avalon總線間信號的時序轉換。

2.2 TR800模塊硬件電路設計
    本系統采用iWOW公司的GPRS模塊TR800實現無線通信。TR800硬件電路設計框圖如圖4所示。SIM卡是每個現場監控子系統的ID，揚聲器用于用戶向現場喊話，麥克風用于捕獲現場聲音，方便用戶監聽。TR800通過串口芯片RS232與FPGA通信。

3 軟件設計
3.1 現場監控子系統軟件設計
    現場監控子系統的軟件功能模塊及其聯系如圖5所示。系統只響應有權限用戶的訪問，用戶權限數據存儲在SD卡的隱藏扇區，即使格式化也不丟失。用戶可通過短信對系統實現用戶管理，包括設置管理員、添加或刪除用戶、密碼設置等。

3.1.1 JPEG圖像壓縮
    JPEG壓縮的目的是減少傳輸和存儲時所耗的資源。JPEG壓縮處理時要先把RGB空間轉換到YUV空間。為簡化計算采用查表方式進行。轉換后進行Y：U：V=4:1:1的抽樣，抽樣后進行DCT變換。DCT變換耗時多，本設計采用AAN算法，極大提高了運算速度。變換后采用Z形掃描和量化，以去除高頻分量。系統對直流系數和交流系數分別進行霍夫曼編碼完成壓縮。
3.1.2 TR800模塊軟件設計
    為保證TR800模塊的正常工作，上電后要先對其進行語音、短信和彩信的初始化設置。語音業務方面，通過發送ATS0=2設置兩聲后自動接聽。短信初始化主要包括短信息編碼格式和提醒格式設置。彩信業務方面，要設置編碼方式、接入點、代理、通信模式和MMS 中心網址等。
    短信和彩信的發送通過AT指令實現，短信的接收用串口檢測程序實現接收和短信內容解析。
3.1.3 FAT32文件系統
    FAT32文件系統的FAT表有32位，若FAT表常駐內存，它占用的內存資源將很大，同時對處理器造成很大壓力。因此本系統工作時只是不斷地新增文件或目錄存儲現場圖像，而不對文件進行刪除或修改操作。
3.2 手機端車輛跟蹤軟件設計
    車輛跟蹤軟件用于自動提取車輛報警短信信息，把車輛行駛路線顯示在手機上。
    Windows Mobile智能手機中，IMailRuleClient 接口處理應用程序內的傳入消息，而MAPI 規則客戶端(MAPI Rule Client)是可以實現IMailRuleClient接口的COM對象。編寫代碼攔截含GPS信息的短信并提取其中的經緯度信息，根據經緯度在Google靜態地圖中顯示車輛行駛路線。將上述短信攔截和處理代碼生成dll文件，然后調用該dll并修改注冊表。注冊時，收件箱應用程序將會加載MAPI規則客戶端。注冊后，傳入的SMS消息會傳遞給MAPI規則客戶端，由它決定如何處理該傳入消息。由此實現手機上的車輛跟蹤軟件設計。
    系統通過無線方式實現對室內和車輛的遠程監視監聽和智能報警，并能在發生緊急情況時手動報警，方便了用戶對室內和車輛的監控。系統的用戶終端是手機，操作方便，便于用戶及時接收信息且不需要其他設備。此外由于自適應存儲機制的引入，使系統能存儲大量的現場信息，即使用戶沒能及時發現異常，存儲的信息對案發后的調查也會有很大幫助。車輛跟蹤軟件可方便用戶實時直觀地查看車輛路線。總之，系統為室內遠程無線監控報警和車輛無線跟蹤提供了一種切實可行的實現方案。
參考文獻
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