1 MMS概述
MMS是由3(3PP(Third Generation Partnership Project,，3G伙伴計劃)和WAP Forum(Wireless Application Protocol Forum，無線應用協(xié)議論壇)制定的一種手機消息業(yè)務,，是短信業(yè)務和圖片信息的進一步發(fā)展,。MMS系統(tǒng)主要包括多媒體信息中心(MMSC)、WAP網關,、數(shù)據庫服務器和增值服務系統(tǒng)等,。它的實現(xiàn)方式有2種：基于WAP和基于IP。目前,，GPRS網絡采用基于WAP的方式發(fā)送和接收MMS彩信,，其具體實現(xiàn)方式如圖1所示。
從圖1中可以看出,，MMS業(yè)務是以WAP為載體來傳送信息的,，可見WAP技術在多媒體消息服務中扮演了重要的角色。WAP(Wireless Applica-tion Protocol,，無線應用協(xié)議)是開發(fā)移動網絡上類似Internet應用的一系列協(xié)議的組合,，實現(xiàn)了Internet和移動通信網的互聯(lián)。在WAP體系結構中,，WTP協(xié)議與WSP協(xié)議起到核心作用,。WSP協(xié)議層在會話服務中提供了一致的接口,，并針對無線網絡通信進行了優(yōu)化，而WTP協(xié)議為互動式瀏覽(請求／應答)提供服務,。
在GPRS網絡中,，使用MMS PDU(協(xié)議數(shù)據單元)對MMS信息進行發(fā)送和接收，并采用多媒體郵件擴展(MIME)協(xié)議進行打包,。MMS PDU由MMS Header和MMS Body兩部分組成,。Header描述了PDU的特定信息。Body包括了SMIL表述,，用來設定多媒體片段的位置,、播放時間等,。當用戶終端發(fā)送MMS信息時,，會將MMS PDU作為WAP協(xié)議的數(shù)據單元進行封裝，并在移動網絡中尋址,、存儲和轉發(fā),，最終傳遞給接收用戶。
2 系統(tǒng)總體架構
為了全面,、詳細地掌握現(xiàn)場情況,，本系統(tǒng)所采集的信息包括溫度、濕度,、煙霧濃度,、圖像數(shù)據，以滿足人們在生產和生活中的需求,。系統(tǒng)的總體架構如圖2所示,。
由圖2可知，本系統(tǒng)主要包括控制模塊,、傳感器模塊,、圖像采集模塊、報警模塊,、GPRS模塊以及存儲器模塊等部分,。各個模塊的主要功能如下：
①控制模塊是整個系統(tǒng)的核心部分,。運行系統(tǒng)的主控程序,，完成設備的初始化工作；通過對圖像采集模塊的控制,，完成對圖像信息的采集,、編碼以及存儲等工作；通過傳感器模塊,，采集遠程終端的溫度,、濕度,、煙霧濃度，并將這些信息轉換成ASCII碼,；完成MMS信息的封裝,、發(fā)送任務。
?、?font class="f14">傳感器模塊主要完成對現(xiàn)場信息的采集,，包括溫度、濕度,、煙霧濃度,，實現(xiàn)非電信號向電信號的轉換。
?、蹐D像采集模塊實現(xiàn)對原始圖像信息的采集,、數(shù)據的傳送等功能。
?、蹽PRS模塊通過PPP協(xié)議連接到GPRS無線網絡,，可實現(xiàn)對MMS信息的發(fā)送，以及對來自終端用戶SMS(短信息)的接收,。
?、?font class="f14">存儲器模塊主要用于存儲經過編碼處理的圖像信息。
?、蕻敩F(xiàn)場溫度,、濕度或煙霧濃度超過預設報警值時，報警模塊產生報警信號,，提示工作人員及時處理現(xiàn)場發(fā)生的事故,。
監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理：當系統(tǒng)正常工作時，微控制器模塊會定時采集現(xiàn)場的溫度和煙霧濃度,，并與預設的報警值進行對比,。當溫度或煙霧濃度高于此值時，微控制器模塊將會控制圖像采集模塊采集現(xiàn)場圖像,，并將采集到的數(shù)據進行編碼和處理,，作為MMS消息的圖片數(shù)據進行存儲；同時,，通過傳感器模塊采集現(xiàn)場的溫濕度,、煙霧濃度，并作為MMS消息的文字部分進行存儲,。而后將這兩部分數(shù)據進行封裝,，以MMS消息的形式傳遞到終端用戶。在完成發(fā)送任務的同時,，系統(tǒng)會驅動報警模塊產生報警信號,，達到報警的目的,。
用戶也可以通過向系統(tǒng)發(fā)送短信息(SMS)的形式，要求監(jiān)控終端發(fā)送現(xiàn)場的溫度,、濕度,、圖像等信息，以實現(xiàn)用戶對現(xiàn)場的遠程監(jiān)控,。
3 系統(tǒng)硬件設計
3．1 控制模塊的設計
為了使遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以穩(wěn)定,、持續(xù)、高效地工作,，并能對突發(fā)事件做出迅速反應,，控制模塊采用嵌入式微處理器S3C6410。該處理器是基于16／32位ARM11版本內核的低成本,、低功耗,、高性能微處理器，廣泛應用于移動電話和其他便攜式應用,。為了給2．5G和3G移動通信業(yè)務提供最佳的硬件性能,，S3C6410采用64／32位內部總線結構,，內部集成了多個功能強大的硬件加速器,，如移動圖像處理、顯示控制和圖像縮放,。其內部集成的JPEG編解碼器,，支持對YCbCr4：2：2／YCbCr4：2：0格式的圖像進行編碼，輸出的圖像文件尺寸可滿足MMS信息對圖片大小的要求,。除此之外,，S3C6410還具備相機接口，該接口支持ITU R BT-656／601 8位模式,，最大輸入尺寸可為4096×4096像素,，支持YCbCr4：2：2格式的數(shù)據作為輸入，可生成RGB 16／18／24位格式和YCbCr4：2：2／YCbCr4：2：0格式的圖像,，這一特點可降低系統(tǒng)對圖像采集模塊的要求,。
3．2 傳感器模塊的設計
系統(tǒng)的傳感器模塊由兩部分組成，分別是溫濕度傳感器和煙霧濃度傳感器,。溫濕度傳感器采用廣州奧松公司的高性能AM2301電容式數(shù)字溫濕度傳感器,。該傳感器具有超快響應、抗干擾能力強,、性價比高,、溫濕度測量范圍大、分辨率高等優(yōu)點,，可應用于各類環(huán)境中,，甚至在條件極為惡劣的場合也可正常工作,。AM2301是一種單總線器件，其數(shù)據格式：40位數(shù)據=16位濕度數(shù)據16位溫度數(shù)據8位校驗和,。在本系統(tǒng)中,，通過S3C6410的引腳GPE1并加上拉電阻與控制模塊進行通信，使系統(tǒng)集成變得更為簡易快捷,，節(jié)省了引線數(shù)量,，降低了產品成本。
煙霧濃度傳感器采用MQ-2作為感應器件,。MQ-2是一種電阻性的傳感器,，對天然氣、液化石油氣,、氫氣等煙霧具有很高的靈敏度,，可長期穩(wěn)定地工作，抗干擾性強,。通過測量其輸出電阻,，可以檢測現(xiàn)場的煙霧濃度。
3．3 圖像采集模塊的設計
圖像采集模塊采用美國Omnivision公司生產的OV7650,。它是一款高集成度,、高分辨率的CMOS圖像傳感器，支持YCbCr4：2：2數(shù)據輸出格式,，可完全滿足系統(tǒng)的設計要求,。其輸入輸出接口與S3C6410的相機接口具備良好的兼容性，為系統(tǒng)的開發(fā)提供極大的便利,。
3．4 GPRS模塊的設計
系統(tǒng)采用Simcom公司的SIM300z作為GPRS模塊,。它利用GPRS技術與GSM移動通信網絡作為傳輸介質，可為用戶提供快速的無線GPRS連接以及較高的數(shù)據傳輸速率,。該模塊有較寬的工作溫度范圍,，可滿足監(jiān)控系統(tǒng)對惡劣條件的要求。SIM300z與S3C6410通過串口通信,，能及時處理S3C6410發(fā)出的AT指令,。對于S3C6410傳遞的數(shù)據，SIM300z也可及時轉發(fā),，滿足監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據傳送的要求,。
4 系統(tǒng)軟件設計
完成硬件的設計只是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的第一步，良好的軟件設計才是系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行的關鍵,，下面將詳細介紹監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結構和重要的軟件模塊,。
4．1 嵌入式操作系統(tǒng)的移植
嵌入式操作系統(tǒng)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，負責遠程監(jiān)控系統(tǒng)的全部軟件硬件資源的分配,、調度等工作,，是整個系統(tǒng)的基礎,。Linux因其內核完全開放、可以靈活配置等特性,，被選為本系統(tǒng)的操作系統(tǒng),。其移植過程如下：
①在PC機上利用虛擬機,，建立交叉編譯環(huán)境GNU,；
②根據系統(tǒng)需要選擇TCP／IP等模塊,，編譯生成Linux內核,；
③編譯生成根文件系統(tǒng)rootdisk,；
?、芟虻讓佑布螺dBootloader映像，Bootloader的主要作用是初始化硬件,，引導Linux內核啟動,；
⑤燒寫Linux內核和rootdisk映像,。
4．2 GPRS連網模塊的設計
在Linux下通過GPRS上網,，必須使用PPP協(xié)議進行撥號，而移植到ARM中的Linux沒有提供PPP協(xié)議,，需要在內核編譯時配置網絡設備支持PPP協(xié)議,。在此基礎上,，利用pppd源碼包,，使用“ATD*99***1#”進行撥號連接，即可登錄中國移動的GPRS網絡,。在撥號過程中,，需要進行如下設置：
①設置串口速率為115 200 bps,，校驗位為NONE,，數(shù)據位為8，停止位為1,，并取消硬件流控制,；
②用戶名與密碼為空,；
?、凼褂?ldquo;ATCGDCONT=1，“IP”,，“CMNET””指令,，設置接入點為CMNET,。
4．3 信息采集模塊的設計
信息的采集包括兩部分：一部分是圖像信息的采集，另一部分是溫濕度,、煙霧濃度的采集,。由于S3C6410具備相機接口和強大的JPEG編解碼器作為硬件支持，可直接調用Linux函數(shù)完成圖像的采集和編碼工作,，極大地縮短了開發(fā)周期,。
溫濕度的采集通過AM2301模塊進行，在其上電后,，需等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài),，在此期間不能發(fā)送任何指令。AM2301與S3C6410之間采用單總線數(shù)據格式進行通信和同步,，一次通信時間大約5 ms,。
微控制器S3C6410采集溫濕度流程如下：通信開始時S3C6410拉低總線DATA，500μs后釋放總線,，延時20～40 μs后S3C6410開始檢測AM230 1的響應信號,。AM2301的響應信號是一個80μs左右的低電平，隨后AM2301再拉高總線80μs左右代表其即將進入數(shù)據傳送狀態(tài),。而后AM2301傳遞40位的有效數(shù)據,，當最后一位數(shù)據傳送完畢后，AM2301將再次拉低總線50μs左右,，最后釋放總線,，并由上拉電阻拉高。
煙霧濃度的采集過程：感應器件MQ-2將煙霧信息轉變成電信號,，經放大電路后再進行A／D轉換,，最終傳遞給S3C6410進行存儲。
4．4 MMS發(fā)送模塊的設計
當系統(tǒng)成功連接到GPRS網絡后,，需要通過WAP協(xié)議發(fā)送MMS信息,。在此過程中，WAP網關的IP設置為10．0．0．172,，端口為9201,。發(fā)送MMS信息的具體過程如下：
①微處理器向WAP網關發(fā)送會話建立連接請求,，發(fā)送的數(shù)據為0E 00 00 12 01 10 00 00(8字節(jié)),。前4字節(jié)為WTP invoke PDU，后4字節(jié)為WSP協(xié)議數(shù)據單元,，代表WSP Connect PDU,。
②服務器返回連接確認，其數(shù)據為13 80 00 02 92 C7 59 0E…(30字節(jié)),。前3字節(jié)為WTP Result PDU,，其余為WSP協(xié)議數(shù)據單元，代表WSP ConnectReply PDU,。
?、畚⑻幚砥靼l(fā)送WTP確認(WTP Acknowledgement PDU)，完成會話連接,，發(fā)送的數(shù)據為18 00 00,。
④微處理器發(fā)送WTP,、WSP和MMS包,，主要包括WTP Invoke PDU、WSP Post PDU和M-send．req PDU,。
?、菥W關返回事務操作結果，微處理器發(fā)送WTP確認(WTP Acknowledgement PDU)完成會話,，發(fā)送的數(shù)據：18 00 01,。
5 系統(tǒng)測試
經過多次測試，由監(jiān)控終端發(fā)送的MMS信息,，其絕大部分都能在發(fā)送5 s后由終端接收,，即使不發(fā)送WTP確認也可以被接收，能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)對實時性的要求,。系統(tǒng)測試如圖3所示,。
結語
本文詳細介紹了基于ARM11和MMS的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性,，可以適應不同的工作環(huán)境,。所采用的MMS技術可以傳送圖片、聲音,、文字和視頻等信息,，通過該技術實現(xiàn)遠程監(jiān)控已成為當今的一大熱點。隨著嵌入式技術的不斷發(fā)展,、GPRS網絡的逐步成熟，以及3G網絡的迅速發(fā)展,，通過MMS的方式實現(xiàn)遠程監(jiān)控必定成為流行趨勢,。相信在不久的將來，人們不出家門,，就可以實時對遠程場景進行監(jiān)控,，及時處理突發(fā)事件。