基于无线网络的视频监控终端硬件设计

宋艳芳

【摘 要】随着社会的不断发展与进步，人们日常生活中的安全问题得到越来越高的重视，视频监控系统成为安全防范系统的重要组成部分。针对传统的视频监控系统的缺陷，本文主要是设计一种基于ARM的无线视频监控系统，从适应性、成本、数据量等方面做研究，设计一种安装方便、成本低廉、适应性强的视频监控系统。

【关键词】视频监控；无线传输；GPRS；

引言

随着计算机技术、无线通信技术的飞速发展，互联网的广泛普及，实时动态图像的采集、压缩和远程无线传输技术等为研究无线传输的视频监控提供重要的支持。远程监控技术的出现，是计算机网络技术与故障监控技术相结合的必然结果，它具有灵活性好、移动性强、布点灵活、工程量小与工程周期短等优点。与有线视频监视系统相比，无线视频监视系统具有很大的优越性，其研究也具有重大的经济意义和现实意义。考虑到传统的视频监控系统的不足，本文提出一种基于无线网络的视频监控系统。

1.系统原理框架

本系统设计的任务主要是针对传统的视频监控系统的缺点，研究出新型的嵌入式视频监控，在功能上达到传统的视频监控系统的要求，同时解决了传统的视频监控系统的不足。主要是从这几个方面做出了研究与分析，首先是在功耗方面，是采用的低功耗的嵌入式ARM平台，对于视频监控的大数据量问题，针对图像进行了压缩编码以及本地存储，根据监控中心的需求有选择性的传输数据，监控信息的传输不是采用传统的传输方式，而是采用的中国移动提供的GPRS无线传输服务进行传输，主要能实现高性能、适应性强、应用领域广等特点。

根据功能要求，本设计基于ARM的无线监控系统是有以下几个部分构成：嵌入式监控终端设备，联网的监控中心。 在视频监控过程中，监控终端首先通过视频采集设备采集到图像信号，经过嵌入式系统完成图像的处理工作，包括图像采集，本地存储，最后通过GPRS模块传输到远程的用户端，从而完成整个系统的工作。

2.终端硬件设计

分析监控系统需要完成的功能，视频监控终端的主要任务为：图像采集，图像处理，信号的传输等，需要进行视频图像的处理，传输过程中需要使用到一些网络通信协议，有操作系统的支持会给这些软件的实现缩短开发周期，而系统选择在嵌入式平台下完成，因此需要可以支持嵌入式操作系统的微处理器。

由于硬件电路设计过程周期较长而且工作量大，因此本系统设计选择可以移植嵌入式操作系统的硬件开发平台，通过其外围电路以及相应的接口扩展功能模块，保证整个系统的硬件开发环境。根据系统的整体方案，USB摄像头作为视频信号的采集设备，完成图像的采集，而视频信号是采用的中国移动的GPRS网络服务进行传输的，系统选择了通过串口扩展一个GPRS模块，嵌入式系统通过GPRS模块连接到互联网，最后连接到用户端进行信号传输。

3.嵌入式处理器体系结构

完整的嵌入式系统包括嵌入式硬件系统和嵌入式软件平台，一个嵌入式硬件系统主要包括微处理器、时钟与电源模块、外部存储器、通信模块、I/O接口以及其他功能模块，其核心是嵌入式微处理器，S3C2440是三星公司为手持设备和一般应用推出的低价格、低功耗、高性能微控制器的解决方案，存储器系统采用了哈佛结构，将数据总线和指令总线分开，使读写速度更快，工作效率更高。采用低功耗、全静态设计等特点，丰富的外设资源，适合于便携式视频监控终端的设计需求，支持Linux等操作系统。

3.1摄像头选择

嵌入式视频监控系统需要图像的采集，首先需要的是摄像头，USB摄像头是现在视频监控系统的主要应用器件，因为其使用方便，大不多数的嵌入式设备都支持USB接口，同时价格低廉、性能也非常良好，被广泛应用于视频监控领域。

本系统采用了中星微公司的USB摄像头ZC301摄像头作为视频采集设备，S3C2440芯片内部提供了USB接口，只要在芯片外部扩展USB接口电路，再与USB 摄像头相接就可实现USB摄像装置的硬件连接。

3.2 Nand Flash 模块设计

Nand Flash采用非线性存储结构，代码不能在Flash上直接运行，需要把代码读到RAM中运行，Flash中代码读取需要专用控制器接口；Nand Flash芯片提供单元密度大，可以实现高密度存储，它的擦除和写入的速度很快，非常适合于大容量数据存储，在存储卡和U盘等存储设备中得到广泛的应用。S3C2440处理器自带Nand Flash控制器，而且支持Nand Flash启动，只需扩展一片Nand Flash芯片即可。

3.3 SDRAM 模块设计

S3C2440自带SDRAM控制器，具有独立的SDRAM刷新控制逻辑，可以方便扩展SDRAM芯片。系统选用HY57V561620BT容量为32M字节，为了增大数据吞吐能力，选取两片芯片扩展为32位数据宽度的总线。HY57V561620BT 内部是一个存储阵列，总共有13根地址线，采用行地址线、列地址线复用方式减少芯片引脚数，分别由行地址选通信号 nCAS、列地址选通信号nRAS区分行地址列地址，13根行地址线与9根列地址线复用组合成22根地址线访问空间是4M，另外两根区间选择信号BA0、BA1组合就可以访问4个 Bank。

3.4 电源模块设计

根据系统设计需求，微处理器S3C2440、SDRAM、Nand Flash 等采用3.3V供电，而一些外围电路是5V供电。因此整个系统需要两组电源，采用直流稳压电源提供5V电源，由5V电源转换出3.3V电源。5V电压经过滤波、线性稳压器AS1117芯片后输出3.3V电压，再经过滤波后向系统供电。AS1117是高效率低压差三端线性稳压器，提供电流限制和热保护，以确保芯片和功率的稳定性，从而更好地保证电源供电的稳定性。

3.5 GPRS无线通信模块

GPRS是一种能够短消息、语言通信以及是数据传输功能的无线通信模块，通过RS232串行接口可以微处理器、计算机以及单片机等实现数据交换通信。 GPRS无线通信模块通过RS232接口可直接接收上位机系统的串口发送AT指令，根据相应的指令完成相关的操作。计算机作为数字终端设备，GPRS模块作数字电路设备，两者间通过一套AT指令集完成相互之间的通信，GPRS的各种功能都有赖于上位机发送过来的AT指令实现。

3.6 GPRS模块控制

无线传输设备GPRS模块主要是通过串口与嵌入式平台连接，两者间的相互通信都是通过RS232串口进行的，最高通信速度可以达到115200b/s，嵌入式Linux平台下的串口程序设计也是无线传输设备驱动设计的一部分，设计串口驱动程序主要是保证嵌入式平台与GPRS模块的正常通信，主要是嵌入式平台对GPRS模块的控制，GPRS模块都支持AT指令集，因此应用软件只需要使用这些指令集编写相应的应用程序可以控制模块，并且可以将需要发送的数据送到GPRS模块，通过AT指令集控制信号的发送。

本系统采用的是支持TCP/IP协议的GPRS模块，通过串口将模块与嵌入式系统连接后，首先需要通过AT指令集要对GPRS模块进行一定的设置，主要的设置工作有：设置通信波特率、设置接入网关、设置终端的类别、测试GPRS服务是否开通，完成上述步骤后，且测试表明GPRS服务已经开通，就可以开始进行数据传输了。

4.总结

本文是针对传统的视频监控的不足，设计了基于ARM的远程视频监控系统，通过减少数据量方面的研究，设计嵌入式Linux平台的软件视频压缩方式，在一定程度上控制数据量，在网络环境好的的条件下可以实现图像的传输。

参考文献：

[1]侯树静.基于无线局域网的嵌入式视频监控系统研究[D].南京：河海大学，2007.

[2]韩亚东.基于GPRS技术的无线远程监测系统的研究与设计[D].武汉：武汉理工大学，2009.

[3]于艳萍，朱晓智，王中训。基于ARM9和USB摄像头的网络视频采集系统设计[J].现代电子技术，2011.

[4]廖胜.基于ARM和GPRS远程监控系统的研究.北京：北京邮电大学，2008.

[5]彭铁钢，刘国繁，曹少坤，等.基于ARM的嵌入式视频监控系统设计.

注：

2015全国大学生创新创业计划训练项目，项目名称：基于无线网络的视频监控终端设计，项目编号201513324003。