隨著我國城鎮化建設進程的加快，城鎮的火災隱患越來越大，每年我國都因為火災而造成巨大的經濟損失。盡管目前我國大多數樓宇都安裝了火災報警系統和消防系統，但隨著火災隱患復雜性的增加在諸如：火情的智能判斷，智能報警等方面提出了要求。本課題基于ARM11平臺研究了一種智能火災監測報警系統，可以為用戶提供實時火災現場情況以避免火情誤報，并為消防部門進行滅火工作提供現場環境參考。

1 系統架構

系統的總體設計框架如圖1所示，系統以ARM11核心處理器，采用了GPIO擴展口控制紅外火災傳感器實時讀取現場信息，通過USB接口控制USB攝像頭獲取現場實時視頻和采集圖片，選用TTL串口控制GPRS模塊實現被采集圖片的發送。

1.1 基于S3C6410的系統主控部分

S3C6410處理器是由三星電子公司出產的ARM11系列16/32位RISC微處理器，工作頻率為533 MHz/667 MHz。具有成本低、性能高、功耗低等特點。它包括許多強大的硬件加速器，像視頻處理、音頻處理等;集成多格式編碼器，支持NTSC和PAL模式的電視信號輸出。它包含JPEG解碼器，支持YCbCr 4：2：2格式編碼，支持YCbCr 4：4：4/4：2：2，4：2：0/4：1：1或灰色格式解碼。在硬件外設方面，S3C6410提供了USB主控制器，480Mbps高速USB OTG接口，187個可擴展GPIO接口，4通道UART等。

系統采用了基于S3C6410的OK6410開發平臺作為驗證平臺，OK6410平臺集成了多種接口，如：GPIO、UART、USB等，可以掛載多種不同接口的傳感器，符合本系統的設計要求。

對于嵌入式產品的設計，操作系統的選擇至關重要。目前，在嵌入式平臺上有多種嵌入式操作系統，如：VxWorks、WindowsCE、μC/OS-Ⅱ、Linux等。根據操作系統選擇的幾條原則，我們選擇嵌入式Linux操作系統，它具有如下優點：

1）源代碼公開，可以按開發者意愿進行修改。

2）遵從GPL，無須為每例應用交納許可證費。

3）有大量的開發工具，方便設計者進行開發。

4）具有很高的穩定性和執行效率。

5）支持多種處理器和開發平臺。

我們將Linux3.0.1內核移植到驗證平臺上，利用搭建好的平臺進行了如下工作：

1）提供GPIO接口，掛載火災傳感器。

2）通過USB接口連接攝像頭采集視頻幀。

3）移植libjpeg庫到Linux內核中，利用移植好的libjpeg庫將視頻幀轉成jpeg圖片。

4）提供TTL串口，控制GSM/GPRS模塊發送彩信。

1.2 火情信息的紅外采集

紅外火災傳感器模塊是通過GPIO口與開發板進行通信的。為此我們開發了GPIO的驅動程序。在Linux3.0.1核中，提供了gpio_get_val ue（）、gpio_set_value（）、gpio_request（）等APl對GPIO設備的寄存器進行讀取。我們利用這些API編寫了file_operations結構體，提供了對GPIO設備文件進行打開、關閉和讀寫操作的read（）、write（）、open（）、release（）函數。在進入Linux系統后，使用insmod命令將驅動加載到內核中，并使用mknod命令創建供讀寫操作的設備節點。

系統采用紅外檢測探頭和LM393雙電壓比較器集成電路組成紅外火災檢測模塊，具有檢測范圍廣，響應速度快，靈敏度可調節，輸出量可以直接接入到I/O口中等特點。模塊的原理圖如圖2所示。常態時，傳感器輸出高電平，當傳感器感應到熱源時，模塊輸出引腳輸出低電平，通過GPIO口輸入到S3C6410中。

1.3 圖像信息的采集與壓縮

系統采用符合PAL制式的USB攝像頭。該攝像頭支持YUV422視頻格輸出，成本低廉。Linux在內核中提供了關于視頻設備的API接口Video 4Linux2（簡稱V4L2），它是Linux下視頻驅動的標準框架，從linux2.6版本后開始加入Linux內核。可以實現對攝像頭的識別和支持，簡化設計開發的流程。

系統判斷火災發生后會啟動攝像頭，攝像頭采集圖像流程如圖3所示。系統通過使用V4L2編程框架中提供的函數獲取攝像頭輸出視頻格式后，調用控制函數設置視頻設備的視頻數據格式，例如設置視頻圖像數據的長、寬，圖像格式等。設置視頻圖像格式成功后，系統需要為獲取的視頻數據申請分配視頻緩沖區。當采集視頻幀數達到要求數目后，程序會將緩沖區的一幀數據移至內存中，并將YUV數據按照式（1）、式（2）和式（3）囀換成RGB格式。

R=（298×Y+409×（V-128）+128）/256 （1）

G=（298xY-100（U-128）-208x（V-128）+128）/256 （2）

B=（298xY+516x（U-128）+128）/256 （3）

轉換完成后，我們利用libjpeg庫和得到的現場圖像的數據信息生出我們需要的jpeg格式的圖片。

1.4 圖像信息的發送

GSM/GPRS模塊在系統中負責將采集到的現場圖像以彩信形式發送到監測者的手機上。本設計選用了晨訊科技公司的SIM900GSM/GPRS模塊。模塊內封裝了彩信協議，可以自動將傳入的圖片封裝成彩信。

當攝像頭采集圖像完成后，系統會自動啟動發送彩信的程序，通過簡單的AT指令控制模塊進行發送。主要AT指令如下：

1）a+cmmsinit初始化GSM/GPRS模塊的彩信功能。

2）at+sapbr=3，1，“contype”，“gprs”設置網絡方式。

3）at+sapbr=3，1，“apn”，“cmwap”設置接入點為cmwap。

4）at+cmmsedit=1打開GSM/GPRS模塊的彩信編輯功能。

5）at+mmsdown=img_type，img_size，time下載圖片到GSMGPRS模塊中，img_type為下載類型，以字符串“pic”表示正在下載的為圖片。Img_size為圖片大小，time為圖片下載時間閾值。

6）at+mmssnd發送彩信。

2 實驗結果

系統實驗流程主要包括：加載GPIO驅動程序、啟動火災檢測程序、啟動圖像采集處理程序和彩信發送程序。整個系統的流程圖如圖4所示。

當開發板上的Linux操作系統啟動后，首先會加載編寫好的GPIO驅動模塊，創建設備文件節點。然后啟動火災傳感器模塊，對周圍環境進行監測。當傳感器持續檢測到有火情發生時，會主動啟動攝像頭進行拍攝。當系統完成圖像采集后，會自動運行GSM/GPRS模塊，向模塊中寫入AT指令和采集到的圖片。圖片寫入完成后，GSM/GPRS模塊會將封裝好的彩信發送到用戶手機上。

在室內環境下，我們做了模擬火災仿真，現場采集到的圖片如圖5所示。從圖中可以清楚的看到可燃物正在燃燒。

系統采集到圖像后自動將其以彩信形式發送到手機上，手機接收到彩信的情況如圖6所示。

3 結論

文中所設計的火災檢測系統以監測到火災發生并將現場圖像發送到用戶的手機上為目的。同時利用GPIO驅動，V4L2編程，GSM/GPRS模塊封裝發送彩信等技術，進行了系統開發。經過模擬實驗，結果表明系統可以實現火災檢測，并達到向用戶傳回現場圖像的設計要求。