基于ARM和4 G的視頻監控系統的設計

近年來，利用嵌入式技術生產的大到汽車、小到玩具的產品隨處可見，嵌入式技術的應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、全天候的監控和出現異常后立即處警，將嵌入式技術與視頻監控技術進行有限的融合可以滿足人們對于居家安全的需求。結合現在三大電信運營商正在積極布局的4G網絡，本文設計了一種基于RAM和4G的居家安防視頻監控報警裝置。

本系統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網絡交換報警信息，避免了傳統技術在線纜架設、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 總體設計

本文基于ARM和4G網絡實現了一個安防報警系統，該系統將嵌入式技術和4G無線網絡無縫融合，將拍攝到的家庭實況照片通過嵌入式平臺經處理后，通過4G網絡將其實時地傳送給用戶手機。以實現對家庭的實時監控，能夠使用戶隨時掌握監控區域的具體情況，以便做好提前防范事項，實現了及時處理警情的功能。系統結構如圖1所示。

如圖1所示，該居家安防視頻監控系統是由監控終端(包括USB攝像頭、嵌入式平臺、人體感應模塊、備用電池等)、4G網絡和用戶手機三部分構成。工作原理：首先，當人體進入室內的監控范圍時，會引起監控范圍內的溫度變化，進而引起人體感應模塊電壓發生改變，由人體感應模塊發出報警信號并傳送至安防主機;接著，安防主機給USB攝像頭發出拍攝照片的信號，當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據交換;最后，手機模塊通過4G網絡將所接收到的圖像發送至用戶手機，留下作案證據方便以后對犯罪的打擊。

為了預防人為或意外斷電，保證居家安防視頻監控系統在突發狀況下仍然能夠正常工作，本設計利用備用電池確保了系統的無間斷工作，備用電池分別給嵌入式平臺和手機模塊供電。人體感應模塊安裝在需要進行監控的地點，主要負責檢測并發出報警信號。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。

2 主要部分的設計

2.1 硬件電路設計

圖2是硬件的基本連接圖，圖示標注了各個模塊之間數據的傳輸內容、傳輸方向以及傳輸方式。

監控終端通過人體感應模塊進行人體探測，當人體靠近時，人體感應模塊通過發開關量給S3C2440嵌入式硬件平臺，嵌入式平臺發控制信號給USB攝像頭，接著攝像頭開始視頻監控，視頻數據通過串口進行通信。手機模塊采用串口與嵌入式硬件平臺進行通信。

2.2 系統軟件設計

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

編譯驅動到內核，是將編寫好的驅動放入內核所的目錄，并修改Makefile和Kconfig文件。在配置內核時，將驅動屬性設置成“M”屬性，否則容易出錯。在測試驅動時，在內核中采用模塊的方式有利于反復測試修改驅動。在軟件編寫時，利用GDB工具結合串口助手調試程序。手機模塊的程序編寫，是在出廠程序的基礎上將數據讀取的位置進行的重新定位、修改，確保存儲在手機內的圖片能夠被正確地讀取。

2.3 系統軟件工作流程

S3C2440嵌入式硬件平臺作為監控終端的控制中心，扮演著調度指揮的角色。該系統上電后一直保持在監控狀態，一旦發現有人體進入監控范圍時，人體感應模塊會觸發一個高電平并以開關量的形式向嵌入式硬件平臺傳送，延時15秒后，如果該開關量繼續存在，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網絡將照片發送到用戶手機。

3 結束語

本文通過分析居家安防監控系統的發展趨勢、實時監控的技術特點、4G技術等相關內容，構建了家庭式的實時監控報警解決方案。采用S3C2440硬件平臺作為監控終端的主要設備，將眾多相對成熟的技術加以結合，使得整個視頻監控系統的表現相對穩定和成熟。本設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控的場所也可以采用本設計，具有廣闊的應用前景。