基于3G网络的移动安防系统设计与研究
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摘 要：设计了一种基于3g网络的移动安防系统，利用高性能的嵌入式服务器和LINUX软件平成数据的采集、传输、控制和保存，并且可灵活选用手机、电脑等终端设备获取监控画面，实现了实时监控。
关键词：移动安防；视频监控服务器；3G标准；嵌入式系统
中图分类号：TP391.41；TN929.5
本文设计了一种基于嵌入式Linux系统和3G网络的移动视频监控服务器，该服务器利用Linux上成熟的安全机制通过点对点的传输模式，除了可以保证数据的安全性，同时结合无线网络传输、网络视频监控等技术，可以提供现场昼夜监控、远程短信遥控、异地查看现场、危险报警等安防功能。实现了数据的实时传递，减少误报情况的发生，方便用户随时随地掌握监控状态。
1 移动安防系统的服务器设计
移动安防系统主要由视频的编码、解码、报警和传输等子模块组成，其主要功能应该包括远程实时监控、多种报警、视频检索与回放、系统自动恢复等。
图1 移动安防服务器内部结构图
在图1中，移动安防服务器主要分为三个层次，最下层为设备驱动层，其中包括DM9000E网卡驱动、DTM6211无线3G网络驱动、LCD触摸屏驱动、视频采集设备驱动、各种传感驱动、存储设备等驱动模块。中间层为Linux操作系统内核层，其主要功能是为了统一管理系统中的各个资源。上层为应用层，主要包括嵌入式Webserver模块、视频编/解码模块、嵌入式SQLite数据库模块以及智能报警和控制模块。
2 移动安防系统的硬件设计与实现
按照系统设计原则，与其相对应的硬件模块应当包括以下几个模块：系统核心控制处理模块、电源供电模块、用户接口模块（即LCD触摸屏模块）、视频采集模块、各种传感器模块、存储设备模块、3G无线网络接入模块、有线互联网接入模块、系统升级与扩展模块。
2.1 系统核心处理与控制模块
系统核心处理与控制模块是整个系统中的心脏部分，对整个系统的功能性与健壮性有着绝对的影响力。本文选择三星公司的16/32位精简指令系统计算机（RISC，Reduced Instruction Set Computer）微处理器S3C2440作为主控芯片，该芯片采用了ARM920t的内核；同时还对其进行了扩展，其中包括了8MB的NorFlash、256MB的NandFlash和64MB的SDRAM。系统采用了外部12Mhz的晶振作为系统时钟。下图2为系统核心模块框图。
图2 核心模块框图
2.2 视频采集模块
图像采集模块采用CMOS图像传感器。与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器成本低、集成度高、体积小、超低功耗，特别是在手持设备上已经基本上取代了CCD图像传感器。考虑到系统需要在3G网络中传送视频信息，对图像的分辨率要求一般即可，以及对功耗和成本的考虑，本系统选用了采用CMOS技术的OV9650图像传感器。
图3给出了视频采集模块的电路图以及该模块与系统核心模块的接口电路。
图3 视频采集模块的电路图
图3中CAM_20为视频采集模块和系统核心模块的接口电路，两个LM1117分别为OV9650芯片提供2.5V的模拟电源输入和1.8V的数字电源输入，对于数字I/O供电引脚则通过为系统供电的AS2815AR单元进行供电。为了降低功耗，将PWDN引脚与S3C2440的EINT-19引脚相接，便于在不使用摄像采集模块时将其关闭，以降低功耗。D0～D9为数据线，由于D0和D1分别是用于RGB模式中的LSB和中用的RGB模式适用的，所以直接将其悬空处理，其它引脚分别接S3C2440的CAMDATA0-CAMDATA7。使用OV9650芯片进行图像采集之前，通过主机的IIC接口对其内部的寄存器进行初始化，对于OV9650只需要将SCCB串行接口的数据线SIO_D和时钟线SIO_C与S3C2440的IIC总线的两个对应引脚相接即可。
2.3 传感器模块
传感器模块可以实现对温度、人体及烟雾浓度等检测，其接口电路包括温度传感器、人体传感器、烟雾传感器等接口，接口电路图如图4所示：
图4 传感器接口电路原理图
2.4 3G无线网络接入模块
3G无线网络选用大唐公司生产的DTM6211来搭建。DTM6211支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非对称数据传输能力，上下行数据传输速率可分别达到384kbps；支持UART和USB两种通信接口，内部集成H.324协议栈，使得视频电话的功能实现更为简单；内部集成TCP/IP协议，可以方便连接Internet。如图5所示：
图5 DTM6211系统供电及指示模块电路图
系统采用9V的输入电压，由于模块电路需要4V的电压进行供电，所以使用LM2576S-ADJ可调稳压芯片进行电压转换。根据LM2576S-ADJ的数据手册中电压输出公式Vout=VREF（1+R13/R14）和公式R13=R14（（Vout/VREF）-1），其中VREF=1.23V，R14 在1000到5000欧母之间，本文将R14选定为1000欧母，所以R13为2200欧母方能输出4V电压。由于DTM6211模块的内部供电电压为3.3V，所以需将LM2576S-ADJ转换后的电压再次通过XC6203E332PR稳压芯片降压为3.3V，为DTM6211内部供电。如图6所示：
图6 DTM6211模块与S3C2440通信接口电路
3 3G无线网络模块应用程序开发
根据前面章节叙述的3G模块的硬件连接方式和DTM6211的工作特性，对于3G模块的软件开发需要在前面S3C2440的UART1的驱动程序上进行编程就可以了。图7为3G无线模块的总体工作流程图。
图7 3G模块软件流程图
初始化DTM6211主要功能是初始化UART1端口，建立主机与DTM6211的通信通路，首先打开进行通信的UART1端口，通过如下代码进行对端口的打开操作：
int fd = open（“dev/ safe_serial”，O_RDWR）
if（-1==fd） //检查设备是否正常打开
{
perror（"Can't Open Serial Port"）；
return -1；
}
else
return fd；
由于在前面内核进行移植的时候将UART1端口命名为了safe_serial所以这里在open函数中设备名称参数使用了dev/safe_serial为设备名称。
然后通过下面的代码设置通信波特率为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）；
函数中的fd参数为打开UART1的句柄，其实现使用fd=open（“dev/ safe_serial”，O_RDWR）；Opt参数为struct termios型的变量，主要用于串行通信的设置；参数TCANOW为是设置立即生效。然后设置端口的数据位数为8位，无奇偶校验，停止位为1位，无数据流控制，下面是实现代码：
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设置完成后需要对DTM6211进行配置。对于配置DTM6211需要向串口写入标准的AT指令，并读取返回值已确认通讯的正常。对于写AT指令到DTM6211只需要调用write（）函数，例如向DTM6211发送“AT”，n=write（fd，“AT”，2）成功调用则n值为2，否则为错误。对于读取DTM6211返回数据则需要调用read（）函数。
DTM6211模块支持在视频通话的同时发送长度不超过128个字节的字符串，本文利用这128个字节的字符串对移动安防设备进行操作。操作包括决定是否将监控视频存储在本地的硬盘当中、是否发出报警声音等。
4 结束语
移动安防是一个多学科多领域的系统工程，也是目前的一个热点研究领域。随着无线网络技术的成熟，移动安防系统在为人们带来安全保障的同时，也可以为大家提供一种高品位的生活保障。
参考文献：
[1]王铭，倪平，王冬.基于3G网络的远程无线综合监控系统[J].电子技术应用，2011（01）：4-5.
[2]付少华，付红桥，王政.基于3G网络的手机移动视频监控系统的设计[J].计算机应用，2011（A01）：70-72.
[3]张嵩.3G网络中流媒体编解码和视频检索的研究[D].北京交通大学，2006.
[4]张文涯.嵌入式Linux的网络视频监控系统的设计与实现[D].西南交通大学，2009.
作者简介：郭哲（1985-），男，湖北天门人，硕士研究生，研究方向：计算机网络、嵌入式系统。
作者单位：钦州学院教务处，广西钦州 535099