一、项目概述
1.导言
本项目以Atmel公司的AVR32 AT32UC3A处理器为中心，以uClinux操作体系为渠道，经过广角摄像头进行视频(或图画)收集，并运用算法完成人脸辨认(室内防盗)或火焰辨认(室外防火)等功用。在此根底上，扩大出其他的功用：
(1)经过以太网端口及相关协议，完成体系渠道与长途计算机的通讯，然后完成多媒体数据的传送与长途监控功用。
(2)经过SD模块及扩大出的GPRS(GSM)模块，完成体系渠道与个人终端设备PDA之间的通讯，然后完成短信或电话提示，报警与预警等功用。
本项目选用的硬件渠道为EVK1100。考虑到芯片处理才能与实时性要求，或许换用功用更强，信号处理才能更为超卓的AT32AP7系列芯片。
2.项目布景
“入室偷盗”这种违法犯罪行为在全球规模内日渐猖獗，现已成为一世界性难题。全世界每年为防备入室偷盗的投入近200多亿美元，而每年入室偷盗形成的丢失却高达400多亿美元。但是，传统的经过人防(经过人力进行安全防备的手法，比方人员巡查，放哨等)和物防(比方现在常选用防盗窗，防盗门、保险柜等)的手法现已无法有用的阻止偷盗率的持续攀升。在如此的严峻形势下，一种新的更为行之有用的安全防备手法呼之欲出。
而在另一方面，据统计，全球每年受森林和荒地火灾影响的土地约达3亿5000万公顷。这些火灾不只给人类带来了巨大的生命和产业的丢失，还使气候变化、空气污染和丢失生物多样性等问题进一步恶化。因而，急需一种办法来防备森林和荒地火灾的产生和延伸。联合国粮农组织就曾指出，导致森林和荒地火灾的最首要原因往往是一些人为因素，而采纳防备、监测、评价以及前期预警等归纳办法可以有用的防止森林和荒地火灾的产生，然后削减火灾的产生，并下降火灾所带来的丢失。
本项目经过开发一个智能防盗与火灾预警体系，用于防备上述社会问题。该体系特别适用于居民家庭、超市商场、银行、森林火灾防控等场所，使用规模广泛。
二、需求剖析
1.功用要求
体系由数据收集终端与接纳终端两部分构成。其间，接纳终端可所以个人移动终端PDA或长途监控的PC机。体系与个人终端的通讯首要是依据GSM模块(发短信等)或GPRS模块(上网)，乃至可以选用最新的3G技能等。而体系与终端PC机的通讯则需求经过IP/TCP协议，选用socket机制完成网络通讯与视频数据的接纳。这儿实际上是把体系渠道视为一个服务器，而传输信道则可以挑选无线或有线信道。详细的体系架构如下图所示：
2.功用要求
数据收集：为了收集到杰出的视频数据，要求体系应放在一个光线足够的场所，以便可以收集到有用数据。当然也可以使用光敏传感器，当体系作业环境变暗，则主动敞开小灯。
数据处理：因为使用场合要求实时性强，故体系对数据的收集、处理与发送进程时延小。
考虑到体系的处理与存储才能，摄像头的像素不该太高。
处理器应可以移植常用的一些微处理器操作体系，如uClinux等。
算法准确度应该足够高，防止产生误报，防止不必要的费事。依据需求可以外接与警察局或消防部分的通讯部分。
三、方案规划
1.体系功用完成原理
如下图所示，体系首要由图画或视频收集、中心处理单元、GSM模块、以太网模块、光敏传感模块等组成。由摄像头收集的数据为体系的输入部分。而AVR32 AT32UC3A与uClinux组成了智能防盗与火灾防备体系的中心处理单元。其间摄像头时间对四周的状况进行捕获，将信号发给AVR3 AT32UC3A处理器，运转在AVR32 AT32UC3A上的体系uClinux则担任操控整个体系的运转与中心算法的完成。
2.硬件渠道选用及资源装备
EVK1100开发板支撑AT32UC3A芯片，外围器材包含：一个Ethernet端口，光、温度电位计传感器，20字符×4行的蓝色LED灯，JTAG、Nexus、 USART、 USB、TWI和SPI接口，以及一个SD/MMC读卡器。其首要的电路模块图有：
时钟与重置模块电路：
SD/MMC模块电路：
SPI模块电路：
JTAG模块电路：
本项目依据Atmel AT32UC3A EVK1100开发板以及相应的一些扩展板，经过摄像头进行实时监控，并经过网络等手法将数据传送到远端PC机上。本体系渠道首要包含：摄像头
挑选广角CCD摄像头，便于全方位的监控。这儿的摄像头的像素不该太高，不然或许导致存储空间缺乏，无法完好接纳数据。
网络通讯模块
EVK1100开发板上有自带的以太网接口，支撑有线信道网络传输。假如需求将体系放置在室外，则需求扩大相应的Wi-Fi模块。经过以太网模块，一方面可以及时的将数据从体系渠道转发到远端PC，另一方面也可以及时的接纳到来自PC机的操控信号。
GPRS模块(GSM模块)
GPRS(GSM)模块首要用于体系与个人移动终端设备PDA的通讯。因为咱们不或许时间都在长途PC机上进行监控。故而时常是在产生状况的时分，将现场实时状况及时发送到远端PC上保存。而将产生的状况以短信告诉到用户PDA上。这姿态，即便犯罪分子幸运逃脱，也可以经过在PC机上存储的相片信息，将其依法从事。
光敏传感器模块
考虑到摄像头在低光强的环境下的视频收集作用欠安，故而需求经过这一模块对外界环境进行监测，及时的调整摄像规模内的光线强度。
外置节能小灯
经过USB或串口外接一个节能小灯，当光敏传感器检测到光强低于必定值时，就产生操控信号，敞开节能小灯。当然也可以在长途PC或PDA上，经过向体系渠道发送敞开或封闭小灯的指令。这儿需求着重的是，经过长途的操控指令的优先级高。故假如在远端封闭了小灯，即便作业环境变暗，也无法经过主动检测敞开小灯。
3.体系软件架构
本体系以C\C++、汇编言语作为体系开发编程言语，程序完成模块化规划，最终经过各模块彼此组合，彼此和谐，组成了一个多功用的嵌入式体系。
开发渠道：windows xp\vista\7
集成开发环境：AVR Studio 5
程序规划言语：C\C++言语、汇编言语
程序下载：经过仿真器下载
软件的规划上首要应包含：uClinux体系移植、相关接口的硬件驱动、图片预处理滤波、图画辨认部分、图画紧缩传输、远端PC指令接纳与履行部分等。
uClinux的移植
uClinux体系广泛使用在微操控器范畴，特别是针对没有MMU(内存办理单元)的CPU，一般用于具有很小内存或Flash的嵌入式操作体系。故而满意AVR32 AT32UC3A处理器的要求。(没有MMU)
完成进程：进行uClinux体系的搭接，首要需装备和编程Uboot，生成u-boot..hex文件，并经过开发工具烧写入flash中。其次装备并编译uClinux内核。正确装备内核后，从头编译并下载到方针板。
图画预处理滤波
经过摄像头收集得到得原始图画，总是不免存在必定的噪声。搅扰噪声过大，会使图画的质量下降，乃至淹没在噪声中。所以很又必要进行图片的预处理滤波进程。
图画辨认
这儿的图画辨认首要包含对火焰的辨认以及对人脸的辨认。这是本项意图要点，需求相关算法的支撑。
图画紧缩传输
因为存储空间与读取传送速度的约束，需求对图片进行紧缩处理，这儿方案选用JPEG紧缩算法，即选用以离散余弦(DCT)为根底的有损紧缩。详细图画的紧缩编码与解码算法框图如下：
远端PC(或PDA)指令接纳与履行
长途PC机发过来的指令功用首要包含：
敞开摄像头
封闭摄像头
开释寄存的数据
进行3连拍
设置图片分辨率
封闭节能小灯
4.体系软件流程
5.体系估计完成成果
首要，将与体系衔接的摄像头装置在室内。做好相关装备作业。
在白地利，当有用户成员在家时，摄像头处于封闭状况，以便节能。当一切家庭成员外出后，经过手机等移动设备或电脑向体系宣布指令，恳求敞开摄像头。然后体系开端监控作业。当遇到阴雨气候时，体系可以依据室内光强主动调整是否敞开节能灯。
当呈现异常状况时，比方家里产生火灾，则这时分则会再监测是否有人在火灾现场，以承认是否是以为纵火或有人被困室内。若有人在现场，则将现场图片产生到远端PC机上保存，便利过后查清起火原因。
然后再把火灾险情发送短信到用户手机上，并封闭摄像头(这儿可以挑选先主动拨通119电话)。当没有火灾时，当整体家庭成员不在家时，有陌生人闯入，则摄像头监测到该人长相，并拍下依据传送到远端PC机上，并产生短信提示用户家里遭窃，这时用户可以及时报案。
当用户成员回家时，则可以使用手机等设备封闭摄像头，防止形成误判等现象。而在夜间时，则一般需求敞开节能灯，以便可以更好的进行监测作业。
