基于ARM和4 G的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

近年來，利用嵌入式技術(shù)生產(chǎn)的大到汽車、小到玩具的產(chǎn)品隨處可見，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用正在深入到人們的日常生活中，尤其是在居家安防方面，能夠?yàn)橛脩籼峁┤轿?、全天候的監(jiān)控和出現(xiàn)異常后立即處警，將嵌入式技術(shù)與視頻監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行有限的融合可以滿足人們對于居家安全的需求。結(jié)合現(xiàn)在三大電信運(yùn)營商正在積極布局的4G網(wǎng)絡(luò)，本文設(shè)計(jì)了一種基于RAM和4G的居家安防視頻監(jiān)控報(bào)警裝置。

本系統(tǒng)安防主機(jī)采用的是基于ARM嵌入式平臺(tái)的三星S3C2440芯片，操作系統(tǒng)是LINUX，安防主機(jī)利用其自身的手機(jī)模塊和用戶手機(jī)通過4G網(wǎng)絡(luò)交換報(bào)警信息，避免了傳統(tǒng)技術(shù)在線纜架設(shè)、時(shí)間、空間等因素的不利影響，便于用戶隨時(shí)隨地地獲取居家安防的信息，能夠滿足用戶對居家安防的訴求。

1 總體設(shè)計(jì)

本文基于ARM和4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)安防報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)將嵌入式技術(shù)和4G無線網(wǎng)絡(luò)無縫融合，將拍攝到的家庭實(shí)況照片通過嵌入式平臺(tái)經(jīng)處理后，通過4G網(wǎng)絡(luò)將其實(shí)時(shí)地傳送給用戶手機(jī)。以實(shí)現(xiàn)對家庭的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠使用戶隨時(shí)掌握監(jiān)控區(qū)域的具體情況，以便做好提前防范事項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了及時(shí)處理警情的功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，該居家安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)是由監(jiān)控終端(包括USB攝像頭、嵌入式平臺(tái)、人體感應(yīng)模塊、備用電池等)、4G網(wǎng)絡(luò)和用戶手機(jī)三部分構(gòu)成。工作原理：首先，當(dāng)人體進(jìn)入室內(nèi)的監(jiān)控范圍時(shí)，會(huì)引起監(jiān)控范圍內(nèi)的溫度變化，進(jìn)而引起人體感應(yīng)模塊電壓發(fā)生改變，由人體感應(yīng)模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)并傳送至安防主機(jī);接著，安防主機(jī)給USB攝像頭發(fā)出拍攝照片的信號(hào)，當(dāng)USB攝像頭接收到拍攝信號(hào)后，啟動(dòng)拍攝程序，并將采集到的圖像利用串口與手機(jī)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;最后，手機(jī)模塊通過4G網(wǎng)絡(luò)將所接收到的圖像發(fā)送至用戶手機(jī)，留下作案證據(jù)方便以后對犯罪的打擊。

為了預(yù)防人為或意外斷電，保證居家安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)在突發(fā)狀況下仍然能夠正常工作，本設(shè)計(jì)利用備用電池確保了系統(tǒng)的無間斷工作，備用電池分別給嵌入式平臺(tái)和手機(jī)模塊供電。人體感應(yīng)模塊安裝在需要進(jìn)行監(jiān)控的地點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)檢測并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。USB攝像頭的型號(hào)是ZC-301，可達(dá)30萬像素，能夠滿足近距離圖片的拍攝，能夠保證監(jiān)控地點(diǎn)圖像的清晰度，通過USB線與主機(jī)連接。嵌入式硬件平臺(tái)采用S3C2440型ARM處理器其板載Linux系統(tǒng)。

2 主要部分的設(shè)計(jì)

2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

圖2是硬件的基本連接圖，圖示標(biāo)注了各個(gè)模塊之間數(shù)據(jù)的傳輸內(nèi)容、傳輸方向以及傳輸方式。

監(jiān)控終端通過人體感應(yīng)模塊進(jìn)行人體探測，當(dāng)人體靠近時(shí)，人體感應(yīng)模塊通過發(fā)開關(guān)量給S3C2440嵌入式硬件平臺(tái)，嵌入式平臺(tái)發(fā)控制信號(hào)給USB攝像頭，接著攝像頭開始視頻監(jiān)控，視頻數(shù)據(jù)通過串口進(jìn)行通信。手機(jī)模塊采用串口與嵌入式硬件平臺(tái)進(jìn)行通信。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的程序主要包括以下幾個(gè)部分：Linux下人體感應(yīng)模塊驅(qū)動(dòng)程序、USB攝像頭圖像采集、手機(jī)模塊報(bào)警等。

編譯驅(qū)動(dòng)到內(nèi)核，是將編寫好的驅(qū)動(dòng)放入內(nèi)核所的目錄，并修改Makefile和Kconfig文件。在配置內(nèi)核時(shí)，將驅(qū)動(dòng)屬性設(shè)置成“M”屬性，否則容易出錯(cuò)。在測試驅(qū)動(dòng)時(shí)，在內(nèi)核中采用模塊的方式有利于反復(fù)測試修改驅(qū)動(dòng)。在軟件編寫時(shí)，利用GDB工具結(jié)合串口助手調(diào)試程序。手機(jī)模塊的程序編寫，是在出廠程序的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)讀取的位置進(jìn)行的重新定位、修改，確保存儲(chǔ)在手機(jī)內(nèi)的圖片能夠被正確地讀取。

2.3 系統(tǒng)軟件工作流程

S3C2440嵌入式硬件平臺(tái)作為監(jiān)控終端的控制中心，扮演著調(diào)度指揮的角色。該系統(tǒng)上電后一直保持在監(jiān)控狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有人體進(jìn)入監(jiān)控范圍時(shí)，人體感應(yīng)模塊會(huì)觸發(fā)一個(gè)高電平并以開關(guān)量的形式向嵌入式硬件平臺(tái)傳送，延時(shí)15秒后，如果該開關(guān)量繼續(xù)存在，則啟動(dòng)攝像頭拍照并將圖像傳送給嵌入式硬件平臺(tái)存儲(chǔ)，緊接著調(diào)用手機(jī)報(bào)警子程序，通過串口將報(bào)警照片傳送至手機(jī)模塊，通過4G網(wǎng)絡(luò)將照片發(fā)送到用戶手機(jī)。

3 結(jié)束語

本文通過分析居家安防監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢、實(shí)時(shí)監(jiān)控的技術(shù)特點(diǎn)、4G技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容，構(gòu)建了家庭式的實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警解決方案。采用S3C2440硬件平臺(tái)作為監(jiān)控終端的主要設(shè)備，將眾多相對成熟的技術(shù)加以結(jié)合，使得整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的表現(xiàn)相對穩(wěn)定和成熟。本設(shè)計(jì)主要是面向普通家庭，其價(jià)格低，對整個(gè)房屋整體改動(dòng)較小，安裝簡單方便，不受時(shí)間地域的影響。此外其他需要視頻監(jiān)控的場所也可以采用本設(shè)計(jì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。