基于校園無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

曾健健，徐靜，陳立，左開(kāi)中

（安徽師范大學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，蕪湖 241002）

基于校園無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

曾健健，徐靜，陳立，左開(kāi)中

（安徽師范大學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，蕪湖 241002）

針對(duì)傳統(tǒng)有線視頻監(jiān)控系統(tǒng)部署不方便、不能隨時(shí)隨地監(jiān)控、不能及時(shí)報(bào)警，只能事后查看監(jiān)控視頻的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一個(gè)基于校園無(wú)線網(wǎng)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)由校園無(wú)線網(wǎng)、多個(gè)智能移動(dòng)終端、多個(gè)視頻監(jiān)控設(shè)備和視頻服務(wù)器組成?；谛@無(wú)線網(wǎng)及控制端軟件,可實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、紅外監(jiān)控實(shí)時(shí)報(bào)警和移動(dòng)智能終端隨時(shí)隨地實(shí)時(shí)查詢等功能。經(jīng)過(guò)比較完備的系統(tǒng)測(cè)試，系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。該系統(tǒng)具有易于部署，實(shí)時(shí)監(jiān)控，節(jié)省存儲(chǔ)空間等優(yōu)點(diǎn)，有很好的實(shí)用價(jià)值。

視頻監(jiān)控；攝像頭；校園無(wú)線網(wǎng)；人體紅外感應(yīng)傳感器

0 引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的控制終端多是PC和電視機(jī)等，且與監(jiān)控設(shè)備是通過(guò)有線方式連接，存在如下不足：一是安裝維護(hù)較繁瑣，存在無(wú)法部署地方，導(dǎo)致監(jiān)控死角，監(jiān)控信息不全面；二是當(dāng)發(fā)生安全事件時(shí)，視頻數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)采集，但無(wú)法實(shí)時(shí)報(bào)警，視頻數(shù)據(jù)量龐大，需要人工事后分析處理，費(fèi)事費(fèi)力。本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種基于校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控終端可“即插即用”，無(wú)需布線，可快速部署于校園內(nèi)大多數(shù)地方，使得監(jiān)控?zé)o死角。同時(shí)，借助于高速校園無(wú)線網(wǎng)，無(wú)需擔(dān)心大流量視頻數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)馁M(fèi)用問(wèn)題。并且集成有人體紅外感應(yīng)報(bào)警功能，解決數(shù)據(jù)龐大、存儲(chǔ)空間浪費(fèi)問(wèn)題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

基于校園無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由視頻監(jiān)控模塊、校園數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，如圖1所示。其中，視頻監(jiān)控模塊主要由微處理器、電源管理模塊、人體紅外感應(yīng)傳感器、Wi-Fi通信模塊、攝像頭模塊、存儲(chǔ)器模塊等組成，如圖2所示。

基于校園無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由校園無(wú)線網(wǎng)、智能移動(dòng)終端、視頻監(jiān)控模塊、校園視頻數(shù)據(jù)服務(wù)器組成。

本系統(tǒng)基于校園無(wú)線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于特定區(qū)域的視頻監(jiān)控，由紅外感應(yīng)傳感器感應(yīng)并啟動(dòng)視頻監(jiān)控模塊，并將視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼后匯總至校園視頻數(shù)據(jù)服務(wù)器。智能移動(dòng)終端在與視頻監(jiān)控模塊、校園視頻數(shù)據(jù)服務(wù)器建立起連接之后能夠獲得監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)，并且能夠控制視頻監(jiān)控模塊的工作。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能的實(shí)時(shí)、分時(shí)、高效的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控,能夠讓用戶隨時(shí)隨地監(jiān)控。

2 視頻監(jiān)控模塊的硬件設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)控模塊的微處理器采用STM32，與普通51單片機(jī)相比具有更加強(qiáng)大的內(nèi)核、更大的地址空間、更大的寄存器容量，且可以驅(qū)動(dòng)攝像頭模塊進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)采集及Wi-Fi通信模塊進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。下面介紹其余各模塊的接口電路。

圖1 基于校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

（1）人體紅外感應(yīng)傳感器模塊的接口電路

為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，人體紅外感應(yīng)傳感器模塊采用的是人體感應(yīng)模塊HC-SR501，其硬件接口電路如圖3所示。

圖2 視頻監(jiān)控模塊

圖3 人體感應(yīng)模塊(HC-SR501)

圖4 攝像頭模塊(OV2640)

主要的接口信號(hào)連接如下：

上圖為人體感應(yīng)模塊(HC-SR501)的硬件接口圖，HC-SR501的輸出接口OUT與STM32的PB0接口相連接。隨著溫度的變化，OUT口輸出的電壓也隨之變化。

（2）攝像頭模塊的接口電路

攝像頭模塊主要由攝像頭ov2640和必要的外部電路組成，其硬件接口電路如上圖4所示。

主要的接口信號(hào)連接如下：

①OV2640的數(shù)據(jù)接口D0…D7與STM32的PC0…PC7相連接，用于傳遞采集到的圖片數(shù)據(jù)信息。

②OV2640的總線接口 SIOC和 SIOD分別與STM32的PB10、PB11相連接，SIOC為SCCB協(xié)議中串行時(shí)鐘線，SIOD為SCCB協(xié)議中的串行數(shù)據(jù)線。通過(guò)對(duì)這些端口的時(shí)序控制實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集和傳輸。

③OV2640的 3根同步信號(hào)線 VSYNC、PCLK、HREF分別同STM32的PB8、PB15、PB16連接，STM32通過(guò)檢測(cè)這3個(gè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)圖像采集與圖像傳感器的輸出同步。

（3）Wi-Fi通信模塊的接口電路

Wi-Fi通信模塊使用的 Wi-Fi芯片是 Marvell8686，其硬件接口電路如圖5所示。

圖5 Wi-Fi通信模塊

主要的接口信號(hào)連接如下：

Marvell8686的數(shù)據(jù)接口 SD_D0…SD_D3與STM32的PC8…PC11相連接，用于將傳遞采集到的圖片數(shù)據(jù)信息傳入Wi-Fi模塊并等待發(fā)送。

Marvell8686的總線接口SD_CLK和SD_CMD分別與STM32的PC12、PD2相連接，SD_CLK為SDIO協(xié)議中串行時(shí)鐘線，SD_CMD為SDIO協(xié)議中的串行數(shù)據(jù)線。

3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求以及硬件模塊的選擇，基于校園無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)主要分為兩個(gè)部分：視頻監(jiān)控模塊、智能終端的軟件設(shè)計(jì)。

視頻監(jiān)控模塊軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能是：人體信息的采集、視頻信息的采集及傳輸和本地報(bào)警。視頻監(jiān)控模塊工作流程如圖6所示。

智能終端軟件包括智能手機(jī)端和電腦端的App，它們是上位機(jī)軟件，主要讓用戶能夠方便的獲取監(jiān)控地點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)，其手機(jī)端工作流程分別如圖7所示。

4 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

圖6 視頻監(jiān)控模塊工作流程

圖7 智能手機(jī)端軟件工作流程圖

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由視頻監(jiān)控模塊、校園無(wú)線網(wǎng)和智能終端組成，其中視頻監(jiān)控模塊由攝像頭模塊、Wi-Fi模塊、人體紅感應(yīng)模塊、STM32芯片及外圍電路組成，如圖8所示。

圖8 視頻監(jiān)控模塊

實(shí)驗(yàn)主要目的是測(cè)試非法入侵監(jiān)控功能、視頻數(shù)據(jù)采集功能、視頻數(shù)據(jù)傳輸功能、查詢功能。

首先，人體紅外感應(yīng)傳感器模塊處于工作狀態(tài)，攝像頭模塊處于未工作狀態(tài)。當(dāng)人體紅外感應(yīng)傳感器模塊感應(yīng)到人體時(shí)，便會(huì)通知STM32芯片驅(qū)使攝像頭開(kāi)始采集圖片。當(dāng)采集到的圖片數(shù)據(jù)足夠多時(shí)，便壓縮后通過(guò)Marvell8686傳輸?shù)叫@視頻服務(wù)器。智能手機(jī)端和電腦可以在與視頻監(jiān)控模塊或視頻服務(wù)器建立連接后，通過(guò)相應(yīng)的指令獲取視頻數(shù)據(jù)，且可以控制視頻監(jiān)控模塊的工作。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

與視頻監(jiān)控模塊連入相同局域網(wǎng)的設(shè)備通過(guò)裝入的App便可以接收到攝像頭采集的圖片。如圖9、圖10所示。

圖9 筆記本電腦端視頻圖像

圖10 智能手機(jī)端視頻圖像

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

上圖表明，此系統(tǒng)能夠正常工作，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的功能，其中包括：非法入侵的檢測(cè)、視頻數(shù)據(jù)的傳輸、智能終端的視頻顯示等。通過(guò)反復(fù)測(cè)試，此系統(tǒng)的靈敏性較好、系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，充分表現(xiàn)出此系統(tǒng)隨時(shí)隨地監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)。

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Video Surveillance;Camera;Campus Wireless Network;Human Infrared

Intelligent Video Monitoring System Based on Wireless Local Area Networks on Campus

ZENG Jian-jian，XU Jing，CHEN Li，ZUO Kai-zhong
（School of Mathematics&Computer Science,Anhui Normal University,Wuhu 241002）

In the view of the problem that traditional wired monitoring system inconvenient on deployment,lack the function of real-time surveillance and can’t have timely alarm,only afterwards to view surveillance video,designs an intelligent video monitoring system based on the campus wireless network.The system is composed of campus wireless network,a plurality of intelligent mobile terminals,a plurality of video surveillance equipment and video servers.Video surveillance and infrared security real-time alarm and mobile intelligent terminal anytime,anywhere in real-time queries are completed in this system.Demonstrates that the system has achieved goals,and has the advantages of easy deployment,real-time monitoring and save storage space through the relatively complete tests.It has large potential application value.

1007-1423（2016）19-0064-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.19.016

2014年地方高校國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（No.201410370027）、安徽師范大學(xué)2014年本科生優(yōu)秀畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、創(chuàng)作）培育計(jì)劃項(xiàng)目（No.pyjh2014186）

曾健?。?993-），男，安徽望江人，本科生，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)

徐靜（1994-），女，安徽省六安市，本科，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)

陳立（1993-），男，安徽六安人，本科，研究方向?yàn)檐浖こ?/p>

左開(kāi)中（1974-），男，安徽宿州人，教授，研究方向?yàn)樾畔踩c隱私保護(hù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2016-04-25

2016-06-25