基于嵌入式Web技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張錚

摘要：當(dāng)前，各個領(lǐng)域為了確保生產(chǎn)生活安全，采取了安裝監(jiān)控的方式，但是由于受到時間與空間的限制，現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)制約了管理者的有效管理，監(jiān)控結(jié)果受到質(zhì)疑。在這樣的背景下，人們提出以嵌入式技術(shù)與Web技術(shù)相結(jié)合的方式，通過Internet與Web瀏覽器實現(xiàn)對遠程設(shè)備的訪問、監(jiān)控等。為了進一步探究該技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)計與實現(xiàn)，提高管理水平，該文概述了設(shè)計形式，將系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)予以闡述，并分析了應(yīng)用實例，以期達到研究的實效性。

關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù)；Web技術(shù)；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）19-0038-02

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，科學(xué)技術(shù)的提升，嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，進而使技術(shù)領(lǐng)域得到不斷發(fā)展。在這樣的背景下，使得Web技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)已被推廣到嵌入式系統(tǒng)的整體開發(fā)與應(yīng)用過程中，結(jié)束了以計算機設(shè)備為基本網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時代。在現(xiàn)階段的研究中，怎樣利用嵌入式技術(shù)與Web技術(shù)實現(xiàn)有效管理，訪問以及信息交互成為人們關(guān)注的焦點，并采取了一系列的研究。在這樣的大背景下，本文的研究工作勢在必行，對當(dāng)前室內(nèi)監(jiān)控與管理具有一定的現(xiàn)實意義。

1監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計形式概述

1.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

對監(jiān)控系統(tǒng)進行整體設(shè)計過程中，可以將室內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)進行總的設(shè)計，將其看成是信息處理系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，各個單元呈現(xiàn)的作用較大，是連接網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點的關(guān)鍵。與此同時，系統(tǒng)具有多種功能，比如，其具備輔助功能，在輔助的過程中，令其實現(xiàn)信息化功能，也就是說，其具有提供信息處理的能力。不僅如此，還具備信息交換接口的能力，進而實現(xiàn)統(tǒng)一形式，具備控制規(guī)則的能力，能夠依據(jù)控制規(guī)則進行有效的控制，進而實現(xiàn)從內(nèi)部家庭網(wǎng)絡(luò)到Internet的有效互通。家庭室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)控制對于幫助了解室內(nèi)環(huán)境具有一定的幫助，而監(jiān)控系統(tǒng)是其控制核心，能夠充分展現(xiàn)其控制能力，通過該核心監(jiān)控整個網(wǎng)絡(luò)。所以，該系統(tǒng)在設(shè)計過程中，需要滿足一定的要求，具體包括：能夠連接多種設(shè)備，其中包括多種不同通信協(xié)議，而對設(shè)備的連接正是對這些不同的通信協(xié)議予以處理的過程，處理完成后，連接到家庭網(wǎng)絡(luò)，對設(shè)備進行管理，體現(xiàn)其管理功能；具有自動轉(zhuǎn)換的功能，在該系統(tǒng)設(shè)計過程中，對于不同通信協(xié)議進行專門的管理，同時提供統(tǒng)一的服務(wù)，最終實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換。比如，網(wǎng)絡(luò)中常見的TCP/IP協(xié)議，其在連接過程中與設(shè)備控制協(xié)議之間可以自行轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)自行轉(zhuǎn)發(fā)等，進而提升了功能價值；具有Internet準入功能，通過準入允許，將其自動連接，進而為用戶提供一系列的Web服務(wù)。

1.2監(jiān)控系統(tǒng)中的硬件設(shè)計

為了有效滿足系統(tǒng)功能所提出的要求，硬件設(shè)計極為關(guān)鍵，系統(tǒng)設(shè)計中處理器的選擇至關(guān)重要，其可以作為整個系統(tǒng)的核心部分存在。通過監(jiān)控將采集到圖像通過顯示器顯現(xiàn)出來。而對于與Internet以及無線局域網(wǎng)設(shè)備的連接，要采取DM9000外擴以太網(wǎng)接口形式，進而形成有效的連接，實現(xiàn)室內(nèi)監(jiān)控。為了能夠構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)，采取了一定的設(shè)計方案，在系統(tǒng)中采用了無線收發(fā)模塊，即RF401，其在工作的過程中處于433MHz頻段，為了確保在工作時頻率的穩(wěn)定性以及可靠性，采取SPI接口的方式。通過該方式的應(yīng)用，還能使外圍的元件減少，有利于設(shè)計生產(chǎn)，同時其功耗較低，適合便捷式以及手持式監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計。

2嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

2.1嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的主要思路

在現(xiàn)階段嵌入式技術(shù)發(fā)展過程中，應(yīng)用其中的操作系統(tǒng)較多，比如，Linux、Windows等，這些操作系統(tǒng)以各自的優(yōu)勢存在，并為用戶提供了相應(yīng)的服務(wù)。不同的操作系統(tǒng)體現(xiàn)的功能不同，應(yīng)用程度不同，其中，Linux系統(tǒng)以最佳優(yōu)勢被廣泛使用，其具備源碼公開、使用免費等特點。在用戶使用過程中，提供了諸多的便捷性，本系統(tǒng)不具備實時性能的要求，無法為用戶提供滿意服務(wù)。所以，監(jiān)控系統(tǒng)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)。在采用Linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)以下具體模塊：嵌入Web服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)對遠程用戶提供訪問接口的功能，進而為用戶提供優(yōu)質(zhì)的瀏覽服務(wù)；嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計。這一設(shè)計形式所包含的內(nèi)容較為廣泛，比如，用戶通信管理、設(shè)備的有效管理等等，該設(shè)計具有一定的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)與設(shè)備交互，進而形成一定的交互接口，通過設(shè)計與實現(xiàn)完成對設(shè)備的有效控制，提高管理水平；視頻服務(wù)器。通過安裝該服務(wù)器，可以有效地將室內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)測，通過顯示器將監(jiān)視的圖像傳輸出來，令用戶能夠更好的掌握室內(nèi)環(huán)境信息；嵌入式數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫的主要職責(zé)是信息的管理，比如，管理設(shè)備信息、用戶信息等等，進而呈現(xiàn)出系統(tǒng)的整體性能。

2.2嵌入式Web服務(wù)器和用戶接口之間的設(shè)計

受嵌入式環(huán)境影響，服務(wù)器內(nèi)存相對較少，進而造成可用資源相對缺乏的現(xiàn)象，一些通用的Web服務(wù)器無法直接用于嵌入式系統(tǒng)中，只能在經(jīng)過剪裁、改造以后應(yīng)用，比如，Apache。在本系統(tǒng)中，應(yīng)用了GoAhead WebServer，該形式是基于先進的模塊式架構(gòu)設(shè)計而成的，在具體應(yīng)用過程中，支持多種主機平臺以及處理器，對于內(nèi)存的要求相對較小，最小為60KB，并且支持許多主流的圖形化顯示界面，能夠令用戶采取簡單的操作。不僅如此，嵌入式Web服務(wù)器還提供網(wǎng)頁服務(wù)，需要與用戶進行動態(tài)數(shù)據(jù)交互過程，而這些交互過程是在網(wǎng)頁中實施的，從某種意義上來說，網(wǎng)頁是動態(tài)的。對于動態(tài)網(wǎng)絡(luò)而言，若要實現(xiàn)主要采用公共網(wǎng)關(guān)接口的方式以及APS等等，值得一提的是，這些開發(fā)工具存在一些缺點，主要的缺點在于運行處于服務(wù)器端。所以，對服務(wù)器的要求比較高，進而增加了服務(wù)器的負擔(dān)。但是，對于內(nèi)存以及存儲空間相對較小的嵌入式環(huán)境來說，由于其具有一定的空間限制性，具體實現(xiàn)起來較為困難，因此，必須增加系統(tǒng)負擔(dān)。

2.3網(wǎng)關(guān)設(shè)計

雙向通信形式是網(wǎng)關(guān)設(shè)計的關(guān)鍵，受Internet與嵌入式設(shè)備中的兩種協(xié)議差異的影響，連接不具有直接性，應(yīng)在兩種不同的協(xié)議間架構(gòu)一座“橋梁”，即建立網(wǎng)關(guān)服務(wù)，通過該方式的詮釋進而提供協(xié)議的有效轉(zhuǎn)換，有效的轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)設(shè)備信息對遠程用戶透明的功能。本文基于嵌入式Web技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)備網(wǎng)關(guān)軟件主要組成部分為：通信模塊、設(shè)備管理模塊以及人機接口模塊。首先，通信模塊。該模塊具有兩項功能，一是可以實現(xiàn)與用戶的有效連接，通過連接能夠保障用戶的使用功能，同時負責(zé)命令與數(shù)據(jù)的接收，將接收的數(shù)據(jù)第一時間反饋給用戶，二是能夠有效完成用戶協(xié)議，實現(xiàn)對設(shè)備的有效控制；其次，設(shè)備管理模塊。其最大的功能在于設(shè)備統(tǒng)一管理；最后，人機接口模塊。該模塊用于本地管理員的管理工作，管理員可以直接對設(shè)備進行操作，同時能夠?qū)⑾到y(tǒng)信息予以提示。為提供良好的支持效果，本系統(tǒng)采用了miniGUI，其具有占用資源小，界面簡潔的優(yōu)勢。

2.4嵌入式視頻服務(wù)設(shè)計

為了實現(xiàn)對室內(nèi)設(shè)備的全方位監(jiān)控，應(yīng)對室內(nèi)環(huán)境信息予以有效獲取。本系統(tǒng)主要是通過外接USB攝像頭對室內(nèi)圖像進行采集，進而實現(xiàn)視頻服務(wù)器的具體功能，通過功能實現(xiàn)，完后對環(huán)境的有效監(jiān)測。本文中基于嵌入式Web技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)采用的是星微USB攝像頭，通過該攝像頭獲取高效的圖像質(zhì)量，而Linux內(nèi)核本身對這種攝像頭不予提供任何的驅(qū)動程序。所以，系統(tǒng)實現(xiàn)中主要依據(jù)的是針對嵌入式平臺的驅(qū)動程序，與此同時，將使用的內(nèi)核版本予以修改升級，為用戶使用提供方便，當(dāng)其成功以后方可移植到系統(tǒng)中。視頻圖像的采集工作需要進行以下幾個操作：將視頻設(shè)備打開，比如，DV設(shè)備、Video設(shè)備等等；將設(shè)備信息與圖像信息予以有效的讀取，完成讀取工作以后方可進行下一步的操作；將設(shè)備當(dāng)前的參數(shù)予以設(shè)置；對圖像予以采集，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)；將采集的視頻圖像數(shù)據(jù)予以處理；將視頻設(shè)備予以關(guān)閉。依據(jù)上述操作步驟對圖像數(shù)據(jù)進行采集，從而解決其在傳輸過程中出現(xiàn)的圖像受損的現(xiàn)象。

3應(yīng)用實例分析

本文中基于嵌入式Web技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)成功地運用到室內(nèi)移動機器人的控制方面，并將監(jiān)控成像通過顯示器顯現(xiàn)出來，顯示為Web界面。通過對Web界面的觀察可以得出，界面中將采集的圖像與機器人自帶攝像頭的圖像顯示出來，并進行了有效的區(qū)分，左上角為室內(nèi)固定的USB攝像頭采集到的圖像內(nèi)容，而左下角則為機器人自帶攝像頭采集的圖像。通過兩個不同攝像頭對圖像的采集，能夠有效得出室內(nèi)的具體畫面，進而通過一個嵌入式Web服務(wù)器將采集的圖像予以壓縮，將壓縮完成后的圖像進行傳輸，傳輸給遠程用戶端。不僅如此，還可以在Java Applet控制界面對機器人的位置信息進行獲取，從而為有效控制提供幫助，此時的交互按鈕的操作具有一定的控制作用，能夠顯現(xiàn)出其具體優(yōu)勢，可以實現(xiàn)對機器人本身以及機器人身上的裝置的遠程控制，完善監(jiān)控活動，展現(xiàn)優(yōu)異的應(yīng)用效果。

4結(jié)束語

通過本文的研究可知，文中將嵌入式技術(shù)形式與Web技術(shù)進行了有機的結(jié)合，從而設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于嵌入式Web技術(shù)的室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，通過該技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效解決網(wǎng)絡(luò)接入問題，在資源條件有限的情況下，使問題解決力度最大化。而運用這種技術(shù)形式不僅可以解決網(wǎng)絡(luò)連接等技術(shù)性問題，還可以令管理者不受任何時空限制，實施遠程監(jiān)控。與此同時，該技術(shù)屬于無線方式監(jiān)控，降低了系統(tǒng)的維護成本，提高了運行的效率，具有一定的應(yīng)用價值。