基于ARM和4 G的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

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，能夠為用戶提供全方位、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)在三大電信運營商正在積極布局的4G網(wǎng)絡(luò)，本文設(shè)計了一種基于RAM和4G的居家安防視頻監(jiān)控報警裝置。

本系統(tǒng)安防主機采用的是基于ARM嵌入式平臺的三星S3C2440芯片，操作系統(tǒng)是LINUX，安防主機利用其自身的手機模塊和用戶手機通過4G網(wǎng)絡(luò)交換報警信息，避免了傳統(tǒng)技術(shù)在線纜架設(shè)、時間、空間等因素的不利影響，便于用戶隨時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

本文基于ARM和4G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了一個安防報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)將嵌入式技術(shù)和4G無線網(wǎng)絡(luò)無縫融合，將拍攝到的家庭實況照片通過嵌入式平臺經(jīng)處理后，通過4G網(wǎng)絡(luò)將其實時地傳送給用戶手機。以實現(xiàn)對家庭的實時監(jiān)控，能夠使用戶隨時掌握監(jiān)控區(qū)域的具體情況，以便做好提前防范事項，實現(xiàn)了及時處理警情的功能。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、人體感應(yīng)模塊、備用電池等)、4G網(wǎng)絡(luò)和用戶手機三部分構(gòu)成。工作原理：首先，當(dāng)人體進入室內(nèi)的監(jiān)控范圍時，會引起監(jiān)控范圍內(nèi)的溫度變化，進而引起人體感應(yīng)模塊電壓發(fā)生改變，由人體感應(yīng)模塊發(fā)出報警信號并傳送至安防主機;接著，安防主機給USB攝像頭發(fā)出拍攝照片的信號，當(dāng)USB攝像頭接收到拍攝信號后，啟動拍攝程序，并將采集到的圖像利用串口與手機模塊進行數(shù)據(jù)交換;最后，手機模塊通過4G網(wǎng)絡(luò)將所接收到的圖像發(fā)送至用戶手機，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和手機模塊供電。人體感應(yīng)模塊安裝在需要進行監(jiān)控的地點，主要負(fù)責(zé)檢測并發(fā)出報警信號。USB攝像頭的型號是ZC-301，可達30萬像素，能夠滿足近距離圖片的拍攝，能夠保證監(jiān)控地點圖像的清晰度，通過USB線與主機連接。嵌入式硬件平臺采用S3C2440型ARM處理器其板載Linux系統(tǒng)。

2 主要部分的設(shè)計

2.1 硬件電路設(shè)計

圖2是硬件的基本連接圖，圖示標(biāo)注了各個模塊之間數(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)模塊進行人體探測，當(dāng)人體靠近時，人體感應(yīng)模塊通過發(fā)開關(guān)量給S3C2440嵌入式硬件平臺，嵌入式平臺發(fā)控制信號給USB攝像頭，接著攝像頭開始視頻監(jiān)控，視頻數(shù)據(jù)通過串口進行通信。手機模塊采用串口與嵌入式硬件平臺進行通信。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

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

編譯驅(qū)動到內(nèi)核，是將編寫好的驅(qū)動放入內(nèi)核所的目錄，并修改Makefile和Kconfig文件。在配置內(nèi)核時，將驅(qū)動屬性設(shè)置成“M”屬性，否則容易出錯。在測試驅(qū)動時，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。在軟件編寫時，利用GDB工具結(jié)合串口助手調(diào)試程序。手機模塊的程序編寫，是在出廠程序的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)讀取的位置進行的重新定位、修改，確保存儲在手機內(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)有人體進入監(jiān)控范圍時，人體感應(yīng)模塊會觸發(fā)一個高電平并以開關(guān)量的形式向嵌入式硬件平臺傳送，延時15秒后，如果該開關(guān)量繼續(xù)存在，則啟動攝像頭拍照并將圖像傳送給嵌入式硬件平臺存儲，緊接著調(diào)用手機報警子程序，通過串口將報警照片傳送至手機模塊，通過4G網(wǎng)絡(luò)將照片發(fā)送到用戶手機。

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、實時監(jiān)控的技術(shù)特點、4G技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容，構(gòu)建了家庭式的實時監(jiān)控報警解決方案。采用S3C2440硬件平臺作為監(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，使得整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的表現(xiàn)相對穩(wěn)定和成熟。本設(shè)計主要是面向普通家庭，其價格低，對整個房屋整體改動較小，安裝簡單方便，不受時間地域的影響。此外其他需要視頻監(jiān)控的場所也可以采用本設(shè)計，具有廣闊的應(yīng)用前景。