CN101345857A - 家庭智能监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

一种家庭智能监控系统，涉及图像监控技术领域；所要解决的是监控系统降低成本、安装方便的技术问题；该监控系统包括如下功能模块：1)智能监控终端，用于完成对被监控场景的智能拍照、照片的存贮、以及把部分照片发射到用户手机上等功能；2)红外探测器，用于全天候的监视室内情况，并触发摄像头开始拍摄现场图像；3)Zigbee无线传输模块，用于无线连接所述红外探测器和智能监控终端，传输报警信号；4)GPRS无线传输模块，连接所述智能监控终端的主处理器，用于把智能监控终端拍摄的照片以彩信形式发送到用户手机上。本发明的监控系统具有低功耗，低成本，设备安装方便，接收监控图像的方式灵活，传输质量好的特点。

Description

家庭智能监控系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及图像监控技术，特别是涉及一种低功耗、无线传输、手机接收的家庭智能监控系统的技术。

背景技术

近年来，随着生活节奏的加快，人们在外出上班或出差时，家中经常处于无人状态，让窃贼有机可乘。上班族希望利用监控技术，在外出时可以随时看到自家的情况。目前的家庭监控系统多是在室内安装摄像头，摄像头通过有线或无线方式与家庭的ADSL或光纤网络相连，拍摄到的视频图像通过Internet送到检测者的计算机终端，实现监控。但是这种监控系统受硬件资源的限制较大，首先需要在室内开启计算机来接收并处理视频，并且需要通过互联网把视频图像发送给接收者，而且观测者需要借助计算机来观察，这些限制使得监控系统的成本较高，并且也不利于随时随地的进行家庭安全监控。此外，由于拍摄到的信息是连续的视频，存贮时信息量较大，通常只能记录较短时间的信息，并且对场景的监控没有时间选择性，摄像头不间断的拍摄，观测者很难一直在计算机前收看监控图像，即使发生突发事件也很可能被观测者疏忽。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种低功耗，低成本，设备安装方便，接收监控图像的方式灵活，传输质量好的家庭智能监控系统。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种家庭智能监控系统，其特征在于，包括如下功能模块：

1)智能监控终端，用于完成对被监控场景的智能拍照、照片的存贮、以及把部分照片发射到用户手机上等功能；智能监控终端包括主处理器，分别连接主处理器的图像处理芯片、终端内存(SDRAM)、启动内存(ROM)、主存储器、摄像头、实时时钟、电源模块、红外灯、Zigbee无线接口等，其中：

主处理器，用于控制整个系统的运行和配置，当接收到报警信号时启动摄像头开始拍摄图像，夜间拍摄时开启红外灯，读取图像拍摄时间，把拍摄好的图像存储在SD卡中，每隔一定时间发送一幅图像到用户的手机上；

图像处理芯片，用于完成JPEG图像的编解码；

实时时钟，用于为主处理器提供实时时间，用以记录每幅图像拍摄的时间；

电源模块，用于为智能监控终端供电；

2)红外探测器，红外探测器用于全天候的监视室内情况，当在探测范围内检测到有物体移动时会发射报警信号，该信号经无线接口传到主处理器，触发摄像头开始拍摄现场图像；

3)Zigbee无线传输模块，无线连接所述红外探测器和智能监控终端，用于红外探测器与智能监控终端之间的报警信号的无线传输；

4)GPRS无线传输模块，连接所述智能监控终端的主处理器，用于把智能监控终端拍摄的照片以彩信形式发送到用户手机上。

进一步的，所述的图像处理芯片包括一个集成摄像头接口、JPEG编解码器、SD卡接口；能与CPU接口进行无缝的间接或直接连接，并且最多可支持两个LCD板；该图像处理芯片支持所有标准的TFT板类型，并且不需要外部时序控制IC。

进一步的，所述的摄像头为高清晰CCD带夜视摄像头，以便在夜间获得良好的拍摄效果。

进一步的，所述的红外探测器采用HN911型二体化热释电红外探测模块，HN911集热释电红外传感器、放大器、信号处理、延时及输出电路为一体。

进一步的，所述的主存储器为SD卡，经SD卡接口连接主处理器；使用SD卡的好处是方便拆卸，可以把智能监控终端的SD卡拔下来，通过转接头与PC机连接，以管理所有照片，或对SD卡格式化。

本发明所述的家庭智能监控终端中主处理器的监控程序(方法)包括：

1)报警检测子程序(步骤)，

以报警信号输入管脚上的上升沿信号作为触发拍照信号；

2)照片拍摄子程序(步骤)，

当主处理器检测到报警信号后，随即启动照片拍摄程序；

3)照片存贮子程序(步骤)，

拍摄照片之后主处理器从实时时钟上读取时间信息，然后以拍摄时间为文件名把该照片存贮到SD卡上，存贮格式为JPEG格式；

4)照片发送子程序(步骤)，

每一幅照片按拍摄次序有一编号，每当主处理器收到报警信号开始拍照后，将把存贮在SD卡中的照片每s幅取出一幅，交给GPRS模块，以彩信形式发送到用户手机上。

进一步的，所述的2)照片拍摄子程序中，主处理器控制摄像头以t为时间间隔拍摄照片，一共拍摄T秒；拍摄照片时主处理器能在现场采光不良的情况下开启红外照明灯。

进一步的，所述的3)照片存贮子程序中，当SD卡已满时，新的照片依次替换最早存贮的照片。

本发明提供的家庭智能监控系统的有益效果如下：

1)低功耗。工作模式情况下，ZigBee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短，而在非工作模式时，ZigBee节点处于休眠模式。设备搜索时延一般为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得ZigBee节点非常省电，两节五号电池的工作时间可以长达6个月到2年左右。同时由于ZigBee技术在协议上对电池使用也作了优化，因此在某些工作时间很少的应用场合，碱性电池甚至可以使用数年之久。

2)低成本。Zigbee模块的成本约为1.5-2.5美元，且Zigbee协议免专利费用，这就降低了生产成本。另一方面，中国移动GPRS网络可采用包月计费，也可以按照流量计费，这就降低了使用成本。

3)监控现场报警信号无线传输。由于红外探测器和智能监控终端之间通过Zigbee模块无线传输报警信号，这就避免了在监控现场铺设线缆的不便，也使现场更加美观。

4)接收监控图像的方式灵活，传输质量好。监控照片通过GPRS网络发送到用户的手机上(以彩信形式)，GPRS网络覆盖范围广，性能较为完善，因此用户使用十分方便。并且GPRS网络本身具有较强的数据纠错能力，数据传输速率128kbit/s，能够保证数据传输的可靠性和实时性。

附图说明

图1：本发明实施例中家庭智能监控系统框图；

图2：本发明实施例中家庭智能监控终端的结构框图；

图3：本发明实施例中红外探测器与智能监控终端的通信原理图；

图4：本发明实施例中的GPRS通信网络的系统框图；

图5：本发明实施例中智能监控终端软件流程图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构、方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

本发明的实施例家庭智能监控系统的功能框图如图1所示。当系统启动后，红外探测器开始探测现场是否有移动体，当探测到存在移动体时，即通过Zigbee模块以无线方式向智能监控终端发射一个触发信号，智能监控终端上的主处理器收到该信号后随即启动照片拍摄功能，摄像头开始以t为时间间隔拍摄照片，持续T秒，共拍摄N(N＝T/t)幅照片。同时主处理器在拍摄每幅照片时从智能监控终端上的实时时钟上读取拍摄该照片的时间，然后以拍摄时间为该图像的文件名、以JEPG格式把图像存贮在SD卡中，例如“20080708.jpg”。同时，主处理器在每一次接收到告警信号开始拍摄照片时，就从SD卡中以s为间隔提取图像，交给GPRS模块，由GPRS网络发送给用户计算机或手机。整个系统包括如下功能模块：

1)智能监控终端，

智能监控终端是本实施例中的核心设备，它完成对被监控场景的智能拍照、照片的存贮、以及把部分照片发射到用户手机上等功能。智能监控终端的功能框图如图2所示，它主要包括主处理器，分别连接主处理器的图像处理芯片、终端内存(SDRAM)、启动ROM、主存储器(SD卡)、摄像头、实时时钟、电源模块、红外灯等，具体说明如下：

①主处理器，

主处理器负责控制整个系统的运行和配置，当接收到报警信号时启动摄像头开始拍摄图像，夜间拍摄时开启红外灯，读取图像拍摄时间，把拍摄好的图像存储在SD卡中，每隔一定时间发送一幅图像到用户的手机上。

本发明实施例的主处理器为EPSON的S1C33E07，S1C33E07是基于EPSON自有的C33PE 32位RISC内核的32位MCU，具有较高性价比，主频最高可达60MHz，内置22KB RAM，集成了STN/TFT LCD controller、USB2.0 FS Device、SDRAM控制器、Nand Flash控制器及Flash card接口、10-bit ADC、I2C、I2S、SPI，以及丰富的I/O与timer等周边电路，能够以BGA、QFP封装或die形式供片。S1C33E07支持ITRON和ucLinux操作系统，具有EPSON提供的GUI、FAT文件系统、USB驱动与协议栈、语音压缩等中间件，以及第三方提供的TTS、汉字手写识别、音频codec等中间件，适用于具有LCD显示，需要大容量数据存储，对语音、音频有较高处理要求，且需要丰富接口的应用。

②图像处理芯片，

连接主处理器，图像处理芯片负责完成JPEG图像的编解码，本发明实施例的图像处理芯片采用EPSON的S1D13717。S1D13717是为移动设备而开发的一套数字视频解决方案，支持130万象素，包括一个集成摄像头接口、JPEG编解码器、SD卡接口。它可以与CPU接口进行无缝的间接或直接连接，并且最多可支持两个LCD板。该图像处理芯片支持所有标准的TFT板类型，并且不需要外部时序控制IC。S1D13717具有224K字节的内置SRAM以及丰富的特性设置功能，提供了一个低成本、低功耗的单片解决方案，以此来满足嵌入式市场对数字视频的需要，目前在手机、掌上PDA中都得到了广泛应用。

S1D13717的硬件加速器可以提供2D BitBLT功能，通过它S1D13717还可以提供更高的性能，这使得S1D13717在蜂窝及其它需要数字视频的移动设备中都表现出了良好的性能，并且，对CPU类型及操作系统的普适性使得S1D13717在许多应用场合都成为一种理想的解决方案。

③终端内存(SDRAM)，

连接主处理器，本发明实施例的终端内存选用美光的DDR266SDRAM，型号为MT46V32M16TG，采用两片并联的形式，总容量为128MB，数据位宽为32bit，内存带宽为1066MB/s，与Au1200的内存控制器直接相连。

④启动ROM(FLASH存储器)

连接主处理器。本发明实施例的启动ROM为NOR型FLASH存储器，型号为S29GL128N10，容量为16MB，16bit的数据位宽。

⑤主存储器SD卡，

经SD卡接口连接主处理器。SD卡作为智能监控终端的主存储模块，用于存储监控终端所拍摄的照片及其拍摄时间等相关信息。本发明实施例最大可插入2G的SD卡，可存储约28800张照片，照片存储以“先进先出”为原则，自动覆盖，永不停止。使用SD卡的好处是方便拆卸，可以把智能监控终端的SD卡拔下来，通过转接头与PC机连接，以管理所有照片，或对SD卡格式化。并且SD卡质量稳定、成本低，存贮容量足以满足本监控系统的要求。

本发明实施例的智能终端采用Kingston 2G SD卡，该设备性能稳定，功耗低，存取速度为2Mb/s。

⑥摄像头，

当接收到主处理器发来的触发信号后，摄像头开始拍摄照片。本发明实施例的摄像头选用高清晰CCD带夜视摄像头，成像器件为1/3″SONY Super HAD CCD，像素为752*582，水平清晰度480线，带红外夜视以便在夜间获得良好的拍摄效果。

⑦实时时钟，

实时时钟负责为主处理器提供实时时间，用以记录每幅图像拍摄的时间。本发明实施例中采用飞利浦的工业级CMOS实时时钟PCF8563，该芯片具有功耗低、精度高等特点，使用I²C总线接口，最大总线速度为400kbits/s，每次读写数据后，其内嵌的地址寄存器会自动产生增量，PCF8563目前已广泛应用于移动电话、便携仪器、传真机、电池电源等产品中。

⑧电源模块，

电源模块负责为智能监控终端供电。本发明实施例的电源模块采用LM337，LM337是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路，是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。LM337的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM337内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。

2)红外探测器，

红外探测器负责全天候的监视室内情况，当在探测范围内检测到有物体移动时会发射报警信号，该信号经无线接口传到主处理器，触发摄像头开始拍摄现场图像。

本发明实施例中的红外探测器采用HN911型二体化热释电红外探测模块，HN911集热释电红外传感器、放大器、信号处理、延时及输出电路为一体，探测距离为6～8米，探测角度为水平120°、垂直60°。当有人在HN911的有效探测区域内活动时，HN911接收到人体发出的红外线并将其变换为0.1~10Hz的超低频脉冲(频率与人体的移动速度有关)，该超低频脉冲信号经HN911内部电路处理后，从HN911的输出电路输出触发脉冲信号。

热释电红外探测器本身不发出任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，可靠性高，价格低廉，并且不必考虑照度条件，昼夜均可用，特别适宜在夜间或黑暗条件下工作。

3)Zigbee无线传输模块，连接红外探测器，用于红外探测器与智能监控终端之间的报警信号的无线传输；

ZigBee技术是一种应用于短距离范围内低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。这种模块具有如下特点：

①功耗低：在工作模式情况下，ZigBee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短；在非工作模式时，ZigBee节点处于休眠模式。因此ZigBee节点非常省电，两节五号电池的工作时间可长达6个月到2年。

②数据传输可靠：ZigBee的MAC层采用talk-when-ready的碰撞避免机制，这种完全确认的数据传输机制可以提高系统信息传输的可靠性。

③网络容量大：ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。一个ZigBee的网络最多包括有255个ZigBee网路节点。

④兼容性好：ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。

⑤系统安全性高：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，并在数据传输中提供了三级安全性级别供用户灵活选择。

⑥实现成本低：ZigBee模块的价格目标仅为几美分，且Zigbee协议免专利费用。

鉴于ZigBee的上述特点，利用它在红外探测器和智能监控终端之间无线传输报警信号，可以提高信号传输的可靠性，降低功耗，并且避免了铺设信号线的麻烦。本发明实施例选用顺舟科技SZ02-485系列ZIGBEE无线RS485串口通信设备SZ02-485-100，它是基于FREESCALE半导体的MC13213的无线系列产品；MC13213是第二代标准ZigBee无线通信平台，在9x9x1mm 71引脚LGA封装中集成了低功耗的2.4GHz RF收发器和8位微控制器，具有60KB的闪存和4KB的RAM，能在简单的点对点连接到完整的ZigBee网状网络中用作无线连接。MC13213中的RF收发器工作在2.4GHz ISM频段，和802.15.4标准兼容，收发器包括低噪音放大器，1mW的RF输出功率，带VCO的功率放大器(PA)，集成的发送/接收开关，板内的电源稳压器以及完全的扩展频谱的编码和译码。SZ02-485-100的最大传输距离为100米，最高波特率可达115200，最大数据包为256字节，发送模式灵活(可选择广播发送或目标地址发送模式)，可实现多设备间的数据透明传输。红外探测器与智能监控终端的通信原理如图3所示。

4)GPRS无线传输模块，

本发明实施例利用GPRS模块把智能监控终端拍摄的照片以彩信形式发送到用户手机上，如图4所示。GPRS是一种新的移动数据通信业务，它在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP服务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS网络数据传输速率高，可以胜任传送文件、图像、视频、语音等大数据。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线，并且按流量计费，大大降低了服务成本。

本发明实施例采用西门子GPRS无线通讯模块MC35；该模块使用GPRS网络通讯方式进行无线通讯，具有自己的IP地址，可以方便的和世界任何一个接入互联网的设备或者电脑进行信息的交换和通讯。MC35支持EGSM900/GSM1800双频、GRPS Class8/Class B、以及GSM phase2/2+，采用AT指令直接控制，GPRS状态的下行最大通信速率为85.6kbps。

主处理器不断检测智能监控终端上的Zigbee模块是否有报警信号输入，在智能监控系统的软件：

本监控系统采用VC++语言编写嵌入式应用程序，以实现智能监控功能，程序进程由主处理器S1C33E07自带的中断向量表控制。系统开机后首先进入Boot room引导程序，进行初始化设置，然后开始检测主处理器是否有报警信号输入，如果有，则启动拍照程序，并把拍摄的照片进行存贮和发送，软件流程图如图5所示，整个软件包括如下子程序：

1)报警检测子程序，

本发明实施例中，以报警信号输入管脚上的上升沿信号作为触发拍照信号。

2)照片拍摄子程序，

当主处理器检测到报警信号后，随即启动照片拍摄程序。主处理器控制摄像头以t为时间间隔拍摄照片，一共拍摄T秒。如果现场采光不良，拍摄照片时主处理器开启红外照明灯。

3)照片存贮子程序，

拍摄照片之后主处理器从实时时钟上读取时间信息，然后以拍摄时间为文件名把该照片存贮到SD卡上，存贮格式为JPEG格式，例如20080708.jpg。当SD卡已满时，新的照片依次替换最早存贮的照片。

4)照片发送子程序，

每一幅照片按拍摄次序有一编号，每当主处理器收到报警信号开始拍照后，将把存贮在SD卡中的照片每s幅取出一幅，交给GPRS模块，以彩信形式发送到用户手机上。

Claims (9)

1、一种家庭智能监控系统，其特征在于包括如下功能模块：

1)智能监控终端，用于完成对被监控场景的智能拍照、照片的存贮、以及把部分照片发射到用户手机上等功能；智能监控终端包括主处理器，分别连接主处理器的图像处理芯片、终端内存、启动内存、主存储器、摄像头、实时时钟、电源模块、红外灯、Zigbee无线接口，其中：

主处理器，用于控制整个系统的运行和配置，当接收到报警信号时启动摄像头开始拍摄图像，夜间拍摄时开启红外灯，读取图像拍摄时间，把拍摄好的图像存储在SD卡中，每隔一定时间发送一幅图像到用户的手机上；

图像处理芯片，用于完成JPEG图像的编解码；

实时时钟，用于为主处理器提供实时时间，用以记录每幅图像拍摄的时间；

电源模块，用于为智能监控终端供电；

2)红外探测器，用于全天候的监视室内情况，当在探测范围内检测到有物体移动时会发射报警信号，该信号经无线接口传到主处理器，触发摄像头开始拍摄现场图像；

3)Zigbee无线传输模块，无线连接所述红外探测器和智能监控终端，用于红外探测器与智能监控终端之间的报警信号的无线传输；

4)GPRS无线传输模块，连接所述智能监控终端的主处理器，用于把智能监控终端拍摄的照片以彩信形式发送到用户手机上。

2、根据权利要求1所述的家庭智能监控系统，其特征在于，所述的图像处理芯片包括一个集成摄像头接口、JPEG编解码器、SD卡接口；能与CPU接口进行无缝的间接或直接连接，并且最多可支持两个LCD板；该图像处理芯片支持所有标准的TFT板类型，并且不需要外部时序控制IC。

3、根据权利要求1所述的家庭智能监控系统，其特征在于，所述的摄像头为高清晰CCD带夜视摄像头。

4、根据权利要求1所述的家庭智能监控系统，其特征在于，所述的红外探测器采用HN911型二体化热释电红外探测模块，HN911集热释电红外传感器、放大器、信号处理、延时及输出电路为一体。

5、根据权利要求1所述的家庭智能监控系统，其特征在于，所述的主存储器为SD卡，并经SD卡接口连接主处理器。

6、一种权利要求1所述的家庭智能监控终端中主处理器的监控程序(方法)，其特征在于，包括：

1)报警检测子程序(步骤)，

以报警信号输入管脚上的上升沿信号作为触发拍照信号；

2)照片拍摄子程序(步骤)，

当主处理器检测到报警信号后，随即启动照片拍摄程序；

3)照片存贮子程序(步骤)，

拍摄照片之后主处理器从实时时钟上读取时间信息，然后以拍摄时间为文件名把该照片存贮到SD卡上，存贮格式为JPEG格式；

4)照片发送子程序(步骤)，

每一幅照片按拍摄次序有一编号，每当主处理器收到报警信号开始拍照后，将把存贮在SD卡中的照片每s幅取出一幅，交给GPRS模块，以彩信形式发送到用户手机上。

7、根据权利要求6所述的家庭智能监控程序(方法)，其特征在于，所述的2)照片拍摄子程序(步骤)中，主处理器控制摄像头以t为时间间隔拍摄照片，一共拍摄T秒。

8、根据权利要求7所述的家庭智能监控程序(方法)，其特征在于，所述的2)照片拍摄子程序(步骤)中，拍摄照片时主处理器能在现场采光不良的情况下开启红外照明灯。

9、根据权利要求6所述的家庭智能监控程序(方法)，其特征在于，所述的3)照片存贮子程序(步骤)中，当SD卡已满时，新的照片依次替换最早存贮的照片。

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