基于3G網(wǎng)絡(luò)的移動安防系統(tǒng)設(shè)計與研究

摘 要：設(shè)計了一種基于3G網(wǎng)絡(luò)的移動安防系統(tǒng)，利用高性能的嵌入式服務(wù)器和LINUX軟件平臺完成數(shù)據(jù)的采集、傳輸、控制和保存，并且可靈活選用手機、電腦等終端設(shè)備獲取監(jiān)控畫面，實現(xiàn)了實時監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：移動安防；視頻監(jiān)控服務(wù)器；3G標準；嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.41；TN929.5

本文設(shè)計了一種基于嵌入式Linux系統(tǒng)和3G網(wǎng)絡(luò)的移動視頻監(jiān)控服務(wù)器，該服務(wù)器利用Linux上成熟的安全機制通過點對點的傳輸模式，除了可以保證數(shù)據(jù)的安全性，同時結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控等技術(shù)，可以提供現(xiàn)場晝夜監(jiān)控、遠程短信遙控、異地查看現(xiàn)場、危險報警等安防功能。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳遞，減少誤報情況的發(fā)生，方便用戶隨時隨地掌握監(jiān)控狀態(tài)。

1 移動安防系統(tǒng)的服務(wù)器設(shè)計

移動安防系統(tǒng)主要由視頻的編碼、解碼、報警和傳輸?shù)茸幽K組成，其主要功能應(yīng)該包括遠程實時監(jiān)控、多種報警、視頻檢索與回放、系統(tǒng)自動恢復(fù)等。

圖1 移動安防服務(wù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

在圖1中，移動安防服務(wù)器主要分為三個層次，最下層為設(shè)備驅(qū)動層，其中包括DM9000E網(wǎng)卡驅(qū)動、DTM6211無線3G網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動、LCD觸摸屏驅(qū)動、視頻采集設(shè)備驅(qū)動、各種傳感驅(qū)動、存儲設(shè)備等驅(qū)動模塊。中間層為Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核層，其主要功能是為了統(tǒng)一管理系統(tǒng)中的各個資源。上層為應(yīng)用層，主要包括嵌入式Webserver模塊、視頻編/解碼模塊、嵌入式SQLite數(shù)據(jù)庫模塊以及智能報警和控制模塊。

2 移動安防系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)

按照系統(tǒng)設(shè)計原則，與其相對應(yīng)的硬件模塊應(yīng)當包括以下幾個模塊：系統(tǒng)核心控制處理模塊、電源供電模塊、用戶接口模塊（即LCD觸摸屏模塊）、視頻采集模塊、各種傳感器模塊、存儲設(shè)備模塊、3G無線網(wǎng)絡(luò)接入模塊、有線互聯(lián)網(wǎng)接入模塊、系統(tǒng)升級與擴展模塊。

2.1 系統(tǒng)核心處理與控制模塊

系統(tǒng)核心處理與控制模塊是整個系統(tǒng)中的心臟部分，對整個系統(tǒng)的功能性與健壯性有著絕對的影響力。本文選擇三星公司的16/32位精簡指令系統(tǒng)計算機（RISC，Reduced Instruction Set Computer）微處理器S3C2440作為主控芯片，該芯片采用了ARM920t的內(nèi)核；同時還對其進行了擴展，其中包括了8MB的NorFlash、256MB的NandFlash和64MB的SDRAM。系統(tǒng)采用了外部12Mhz的晶振作為系統(tǒng)時鐘。下圖2為系統(tǒng)核心模塊框圖。

圖2 核心模塊框圖

2.2 視頻采集模塊

圖像采集模塊采用CMOS圖像傳感器。與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器成本低、集成度高、體積小、超低功耗，特別是在手持設(shè)備上已經(jīng)基本上取代了CCD圖像傳感器?？紤]到系統(tǒng)需要在3G網(wǎng)絡(luò)中傳送視頻信息，對圖像的分辨率要求一般即可，以及對功耗和成本的考慮，本系統(tǒng)選用了采用CMOS技術(shù)的OV9650圖像傳感器。

圖3給出了視頻采集模塊的電路圖以及該模塊與系統(tǒng)核心模塊的接口電路。

圖3 視頻采集模塊的電路圖

圖3中CAM_20為視頻采集模塊和系統(tǒng)核心模塊的接口電路，兩個LM1117分別為OV9650芯片提供2.5V的模擬電源輸入和1.8V的數(shù)字電源輸入，對于數(shù)字I/O供電引腳則通過為系統(tǒng)供電的AS2815AR單元進行供電。為了降低功耗，將PWDN引腳與S3C2440的EINT-19引腳相接，便于在不使用攝像采集模塊時將其關(guān)閉，以降低功耗。D0～D9為數(shù)據(jù)線，由于D0和D1分別是用于RGB模式中的LSB和中用的RGB模式適用的，所以直接將其懸空處理，其它引腳分別接S3C2440的CAMDATA0-CAMDATA7。使用OV9650芯片進行圖像采集之前，通過主機的IIC接口對其內(nèi)部的寄存器進行初始化，對于OV9650只需要將SCCB串行接口的數(shù)據(jù)線SIO_D和時鐘線SIO_C與S3C2440的IIC總線的兩個對應(yīng)引腳相接即可。

2.3 傳感器模塊

傳感器模塊可以實現(xiàn)對溫度、人體及煙霧濃度等檢測，其接口電路包括溫度傳感器、人體傳感器、煙霧傳感器等接口，接口電路圖如圖4所示：

圖4 傳感器接口電路原理圖

2.4 3G無線網(wǎng)絡(luò)接入模塊

3G無線網(wǎng)絡(luò)選用大唐公司生產(chǎn)的DTM6211來搭建。DTM6211支持TD-SCDMA與GSM系統(tǒng)間跨網(wǎng)自動無縫切換，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非對稱數(shù)據(jù)傳輸能力，上下行數(shù)據(jù)傳輸速率可分別達到384kbps；支持UART和USB兩種通信接口，內(nèi)部集成H.324協(xié)議棧，使得視頻電話的功能實現(xiàn)更為簡單；內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議，可以方便連接Internet。如圖5所示：

圖5 DTM6211系統(tǒng)供電及指示模塊電路圖

系統(tǒng)采用9V的輸入電壓，由于模塊外圍電路需要4V的電壓進行供電，所以使用LM2576S-ADJ可調(diào)穩(wěn)壓芯片進行電壓轉(zhuǎn)換。根據(jù)LM2576S-ADJ的數(shù)據(jù)手冊中電壓輸出公式Vout=VREF（1+R13/R14）和公式R13=R14（（Vout/VREF）-1），其中VREF=1.23V，R14 在1000到5000歐母之間，本文將R14選定為1000歐母，所以R13為2200歐母方能輸出4V電壓。由于DTM6211模塊的內(nèi)部供電電壓為3.3V，所以需將LM2576S-ADJ轉(zhuǎn)換后的電壓再次通過XC6203E332PR穩(wěn)壓芯片降壓為3.3V，為DTM6211內(nèi)部供電。如圖6所示：

圖6 DTM6211模塊與S3C2440通信接口電路

3 3G無線網(wǎng)絡(luò)模塊應(yīng)用程序開發(fā)

根據(jù)前面章節(jié)敘述的3G模塊的硬件連接方式和DTM6211的工作特性，對于3G模塊的軟件開發(fā)需要在前面S3C2440的UART1的驅(qū)動程序上進行編程就可以了。圖7為3G無線模塊的總體工作流程圖。

圖7 3G模塊軟件流程圖

初始化DTM6211主要功能是初始化UART1端口，建立主機與DTM6211的通信通路，首先打開進行通信的UART1端口，通過如下代碼進行對端口的打開操作：

int fd = open（“dev/ safe_serial”，O_RDWR）

if（-1==fd）//檢查設(shè)備是否正常打開

{

perror（\"Can't Open Serial Port\"）；

return -1；

}

else

return fd；

由于在前面內(nèi)核進行移植的時候?qū)ART1端口命名為了safe_serial所以這里在open函數(shù)中設(shè)備名稱參數(shù)使用了dev/safe_serial為設(shè)備名稱。

然后通過下面的代碼設(shè)置通信波特率為115200：

int status；

struct termios Opt；

tcgetattr（fd， Opt）；

tcflush（fd， TCIOFLUSH）；

cfsetispeed（Opt， B115200）；

cfsetospeed（Opt， B115200）；

status = tcsetattr（fd1， TCSANOW， Opt）；

if （status ！= 0） {

perror（\"tcsetattr fd1\"）；

return； }

tcflush（fd，TCIOFLUSH）；

函數(shù)中的fd參數(shù)為打開UART1的句柄，其實現(xiàn)使用fd=open（“dev/ safe_serial”，O_RDWR）；Opt參數(shù)為struct termios型的變量，主要用于串行通信的設(shè)置；參數(shù)TCANOW為是設(shè)置立即生效。然后設(shè)置端口的數(shù)據(jù)位數(shù)為8位，無奇偶校驗，停止位為1位，無數(shù)據(jù)流控制，下面是實現(xiàn)代碼：

struct termios options；

if （ tcgetattr（ fd，options） ！= 0） {

perror（\"Setup safe_serial\"）；

return（FALSE）；}

options.c_cflag = ～CSIZE；

options.c_cflag |= CS8；

options.c_cflag = ～PARENB；

options.c_cflag = ～CSTOPB；

options.c_iflag |=INPCK；

UART1設(shè)置完成后需要對DTM6211進行配置。對于配置DTM6211需要向串口寫入標準的AT指令，并讀取返回值已確認通訊的正常。對于寫AT指令到DTM6211只需要調(diào)用write（）函數(shù)，例如向DTM6211發(fā)送“AT”，n=write（fd，“AT”，2）成功調(diào)用則n值為2，否則為錯誤。對于讀取DTM6211返回數(shù)據(jù)則需要調(diào)用read（）函數(shù)。

DTM6211模塊支持在視頻通話的同時發(fā)送長度不超過128個字節(jié)的字符串，本文利用這128個字節(jié)的字符串對移動安防設(shè)備進行操作。操作包括決定是否將監(jiān)控視頻存儲在本地的硬盤當中、是否發(fā)出報警聲音等。

4 結(jié)束語

移動安防是一個多學(xué)科多領(lǐng)域的系統(tǒng)工程，也是目前的一個熱點研究領(lǐng)域。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，移動安防系統(tǒng)在為人們帶來安全保障的同時，也可以為大家提供一種高品位的生活保障。

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作者簡介：郭哲（1985-），男，湖北天門人，碩士研究生，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)。

作者單位：欽州學(xué)院教務(wù)處，廣西欽州 535099