一种基于ADI ADSP-BF533的家庭安全系统

　　引言

    不管世界如何发展家总是温暖的存在，所以在日益发展的科学技术下对家庭的保护也就有了更有效更全面的方法。现代传感器技术和网络技术的发展给家庭按期按系统升级带来了锲机，也使得运用现代传感器与计算机技术进行防盗，已成为家庭安全系统发展的必然趋势。本文介绍了基于ADSP-BF533家庭安全系统设计方案，详细阐述了该系统的总体架构及各个模块的硬件电路和软件实现。本系统主要应用于家庭安全防盗领域，综合利用红外探测、GSM无线通信以及MPEG-4视频压缩技术，实现了家庭范围内的红外探测非法入侵、GSM短信报警和现场图像采集和存储等功能。

　　1 系统整体方案

　　基于BF533的家庭安全系统设计方案，主要由4部分组成，分别为热释电红外检测、CMOS图像采集、GSM报警和图像存储。系统结构框图，如图l所示。热释电红外检测模块与BF533的PF口相连，对室内空间进行检测，一旦检测到非法入侵，立即向DSP发送中断请求，将处于睡眠状态的DSP唤醒工作。GSM短信报警模块与UART接口相连，DSP通过UART口可以控制GSM模块使其发送报警信息。CMOS摄像头连接在PPI接口，PPI口以DMA方式将视频数据搬移到SDRAM中，供DSP进行压缩，存储设备SD卡通过SPI接口与DSP连接，用于保存压缩后的视频码流数据。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 热释电红外检测电路

　　热释电红外检测模块采用BISS0001型热释电红外控制专用芯片完成。当有人在热释电红外传感器的有效检测区域内活动时，传感器将接收到人体发出的红外信号，并将其转变成微弱的脉冲电压信号，此电压信号经BISS0001内部电路放大、鉴幅处理及定时控制后，从输出引脚输出高电平，该高电平连接到DSP的PF口，作为DSP的中断请求信号，唤醒DSP进人工作状态。

　　2.2 CMOS图像采集电路

　　本系统采用Pixelplus公司的P03030K图像传感器完成图像采集功能，P03030K输出30万像素图像，支持多种输出模式和输出数据格式，此处采用QVGA输出模式和YUV4：2：2输出数据格式。P03030K与BF533的PPI口相连接，连接方式，如图2所示，P03030K产生HREF，VSYNC，PCLK这3种同步信号，分别为行同步输出信号、场同步输出信号和输出像素时钟。Y[7：0]为P03030K输出的图像数据信号。BF533使用GPIO的PF0和PF1模拟I2C总线协议，从而实现对P03030K内部寄存器的读写操作。

　　2.3 GSM报警电路

　　GSM报警电路采用西门子公司的TC35模块完成，TC35模块通过MAX232串口接口芯片与DSP的UART口相连接。TC35模块还提供了SIM卡接口，插入注册后的SIM卡，便能够接入GSM通信网完成短信报警功能。

　　2.4 图像存储电路

　　本系统采用SD卡存储压缩编码后的视频数据，SD卡有两种工作模式：SDIO模式和SPI模式。由于BF533支持SPI接口，故采用SPI模式。BF533的SPI接口数据传输速率快可达到系统时钟的1／4，按系统时钟为118.8 MHz进行计算，SPI的数据率可达到29.7 MB／s，考虑到视频流数据量较大，采用双缓冲机制进行存储，能够满足系统要求。SD卡接口电路，如图3所示。

　　3 系统软件设计

　　系统软件可分为视频采集及压缩程序、GSM短信报警程序和图像存储程序3部分，软件流程图，如图4所示。

　　3.1 视频采集及压缩程序

　　DSP通过I2C接口完成对P03030K图像传感器的初始化，并设置相应的寄存器完成对工作模式、数据输出格式、分辨率、亮度和色度等的设置。P03030K与DSP的PPI口相连，输出图像数据以DMA方式传输到SDRAM中存储，本系统采用乒乓缓冲区的方法传输数据，在内存中开辟两个缓冲区，使用两个头尾相连的描述符链表控制PPI DMA传输数据到两个缓冲区中。DMA每采集完一行图像数据之后就产生中断，在中断服务程序中使用存储器DMA将数据搬移到片外SDRAM，等待DSP对其进行MPEG-4压缩处理。视频采集流程图，如图5所示。

　　DSP对视频数据进行压缩编码时采用MPEG-4标准，由于CMOS图像采集模块输出YUV4：2：2图像，而编码模型的输入为YUV4：2：0图像，故需要对采集到的图像进行色度重采样。DCT和IDCT是编码过程中被频繁调用的两个函数，故采用汇编语言实现且使用Chen的快速算法，此外根据BF533的硬件和编译系统的特点，运用各种方法对MPEG-4编码程序代码进行大量的优化工作，利用循环缓冲技术和DSP提供的各种像素操作指令和向量操作指令对PADDING算法、运动矢量预测、SAD搜索算法和半像素内插等需要反复执行的过程进行汇编优化，充分发挥BF533的并行处理能力。在内存分配方面，在SDRAM中开辟了4个帧缓冲器，分别用于保存当前编码帧、当前参考帧、下一编码帧和下一参考帧数据。DSP的片内RAM容量较小，但是访问速度较快，而MPEG-4的编码单元是宏块，所以可以将宏块从片外SDRAM转移到片内RAM中进行处理，处理结束后再存到SDRAM中。另外为了加快数据块搬移速度，充分利用BF533强大的DMA能力完成数据传输操作，同时将CPU频繁访问的程序和数据放在片上缓存中，并充分利用乒乓缓冲结构，提高编码效率。

　　MPEG-4编码流程，如图6所示。

　　3.2 GSM短信报警程序

　　在红外探测器检测到有人入侵时，DSP将立即向户主发送短信报警信息，以便用户采取措施。BF533通过UART口发送AT指令，实现对TC35模块的控制，发送“AT+CMGF=1”设置短信发送模式为文本模式，发送“AT+CREG?”查询网络注册情况，发送“AT+CMGS=13572472507”再加上短信内容，即可以实现向目标手机发送报警信息的目的。由于采用文本发送模式，故不能发送中文文字，本系统选择发送英文字符“Danger”。

　　3.3 图像存储程序

　　压缩后的视频流数据将以文件的形式写入SD卡中。在进行写卡操作前，先要对SD卡初始化，设置其为SPI工作模式。SD卡的寻址方式是按字节寻址的，为加快速度，将其设置为扇区寻址，每个扇区512 bit，写一个扇区的函数部分程序段如下：

　　其中，sector为要写的扇区号，buff指向需要保存的数据流，SPI_transfer_byte为通过SPI口向SD卡传输l bit的函数，SD_write_block为SD卡写命令的编码。

　　总结

　　本文设计了一种基于ADSP-BF533的家庭安全系统，该系统以BF533为处理器，采用MPEG-4视频压缩标准，通过红外探测器检测非法入侵，一旦检测到异常情况，即以短信的形式向用户报警，同时启动视频采集模块获取现场图像信息，并将压缩编码后的视频数据保存到存储设备中，以便用户回放、查看和编辑。与传统的依靠安装防盗门窗的防盗方式和以现场语音报警为手段，以阻吓和告知为目的的报警器相比，本系统具有GSM远程报警和现场图像采集并存储功能，提高了报警的及时陛、可靠性和警情处理的有效性。本系统依托目前覆盖率较高的GSM公共网络，利用现有的无线通信业务和短消息服务业务，实现了远程报警功能，且不受地域和时间的限制，并采用CMOS摄像头采集现场图像，提高了警情处理的效率。经测试证明，该系统稳定、可靠，报警准确、及时，图像采集的帧率为15 f·s-1，单帧图像的分辨率为320×240，能够满足用户需求。