基于嵌入式Linux的智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

薛偉超

【摘要】本文針對傳統(tǒng)家居監(jiān)控系統(tǒng)布線復(fù)雜的問題，提出了一種嵌入式智能家居無線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以S3C2440為硬件平臺，以Linux操作系統(tǒng)為軟件平臺，系統(tǒng)內(nèi)移植Web服務(wù)器，并采用了GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信傳輸技術(shù)，用戶可通過測覽器查詢家居信息。實現(xiàn)了對家居的遠(yuǎn)程監(jiān)控、狀態(tài)查詢等功能，可滿足人們對家居高品質(zhì)生活的追求。

【關(guān)鍵詞】嵌入式Linux；智能家居；視頻監(jiān)控；設(shè)計

隨著嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們開始更加注重家居環(huán)境的安全，伴隨人們需求的提高，基于嵌入式的實時監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運面生。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控三個階段。用戶可以通過瀏覽器進(jìn)行訪問，以查看Web服務(wù)器上的監(jiān)控圖片，并做出相應(yīng)處理。

一、總體設(shè)計

本系統(tǒng)由室內(nèi)監(jiān)控終端和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心兩部分組成。監(jiān)控終端采用嵌入式系統(tǒng)，分為硬件平臺和軟件平臺兩部分，其中硬件平臺由處理器和外圍設(shè)備組成，而軟件平臺由嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成。當(dāng)檢測模塊檢測到異常時，攝像頭采集監(jiān)控畫面，并進(jìn)行壓縮編碼處理，GPRS通過撥號的方式連入互聯(lián)網(wǎng)，將壓縮的碼流經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，整個系統(tǒng)是基于B/S架構(gòu)設(shè)計的，用戶不需要安裝任何專用的軟件就可以查看室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的畫面。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

（一）主控模塊

采用S3C2440處理器芯片作為智能家居控制系統(tǒng)的控制核心，CPU工作頻率最高可達(dá)533MHz，擁有可進(jìn)行乘累加單元（MAC）、指令和數(shù)據(jù)存儲器管理單元（MMU）、16kB的指令和數(shù)據(jù)緩存、16字深的寫緩沖，為程序的高速運行提供了有力保證。S3C2440提供了外設(shè)有存儲控制器、NANDFlash控制器、攝像頭接口、USB控制器等。

（二）GPRS無線傳輸模塊

GPBS無線移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、網(wǎng)絡(luò)能力強、系統(tǒng)性能穩(wěn)定、價格低廉、易于安裝使用。它基于IP的網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率理論上可達(dá)171.2kb/s，且傳輸延時小。本文采用GF-5000 WGPRS模塊，它是一個單面高集成度精巧結(jié)構(gòu)設(shè)計，擁有GPRSClass10多時隙功能，支持GSM900/DCS1800雙頻，支持電路交換語音和短消息業(yè)務(wù)，擁有GSM07.07和增強型AT命令集。

（三）圖片采集模塊

圖像采集的設(shè)備有很多種，OV9650傳感器具有130萬像素，分辨率可達(dá)1280×1024，具有標(biāo)準(zhǔn)的SSCB接口和10bit數(shù)據(jù)接口。由于S3C2440片內(nèi)有攝像頭接口外設(shè)，所以將OV9650攝像頭芯片直接與處理器攝像頭接口引腳相連，圖像并行傳輸，圖像數(shù)據(jù)速度明顯提高。

（四）傳感器模塊

本文選用MC-112催化式傳感器，來檢測可燃?xì)怏w濃度。具有半導(dǎo)體技術(shù)、高靈敏度、穩(wěn)定可靠等特點。選用紅外熱釋電傳感器LHi778作為人體檢測模塊。采用紅外熱釋電傳感器專用信號處理芯片BISS0001來完成信號的處理放大。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

（一）嵌入式開發(fā)平臺

Linux具有開放源代碼、資源豐富、內(nèi)核可裁剪等優(yōu)點，因此我們采用Linux作為操作系統(tǒng)。構(gòu)建嵌入式操作系統(tǒng)平臺主要包括構(gòu)建交叉編譯環(huán)境、BootLoader移植、內(nèi)核的裁剪與編譯、根文件系統(tǒng)的制作等。其中內(nèi)核的裁剪的主要操作有：（1）編輯Makefile文件。將CROSS_COMPILE=opt-host-armv41-bin-armv41-un-know-linux改為CROSS_COMPILE=arm-linux。（2）編譯內(nèi)核makemenuconfig配置Linux內(nèi)核。（3）執(zhí)行命令makedep創(chuàng)建內(nèi)核的依賴關(guān)系。（4）創(chuàng)建內(nèi)核鏡像makezImage。（5）Linux內(nèi)核壓縮映像zImage建立根文件系統(tǒng)。

（二）圖像采集

在Linux下的視頻采集是通過Video4Linux實現(xiàn)的，它是連接視頻設(shè)備的內(nèi)核程序，提供了一系列的接口函數(shù)API，專門服務(wù)于視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程。在編譯內(nèi)核時要將Video4Linux項選中，對應(yīng)的設(shè)備文件目錄是/dev/video。設(shè)備驅(qū)動提供了open、read、write、close等函數(shù)調(diào)用，采用內(nèi)存映射mmap方式把設(shè)備內(nèi)存映射到應(yīng)用程序的內(nèi)存空間中，用戶空間和內(nèi)核空間不需要交換數(shù)據(jù)，

（三）嵌入式Web服務(wù)器

Boa是一種高性能單任務(wù)的HTTP服務(wù)器，能夠支持實現(xiàn)動態(tài)Web技術(shù)的CGI（公用網(wǎng)關(guān)接口）技術(shù)，源代碼開放，而且能夠非常方便地在操作系統(tǒng)上進(jìn)行移植。當(dāng)有連接請求時，Boa不為每個連接單獨創(chuàng)建進(jìn)程，而是通過建立HTTP請求列表來處理多路連接請求。

Linux下實現(xiàn)Boa，需要對Boa做一些配置和修改。主要通過對boa.conf和mime.type文件進(jìn)行修改，需要將cgi文件擴(kuò)展名和applICation/x-httpd-cgi類型關(guān)聯(lián)；配置CGI腳本存放路徑，在boa.conf中用ScriptAlias來指明，然后創(chuàng)建HTML文檔目錄、CGI腳本目錄，最后將boa.conf放到/etc/boa目錄下。Web服務(wù)器接收到請求，將瀏覽器發(fā)過來的參數(shù)傳遞給CGI程序，CGI程序完成處理，生成HTML頁面代碼寫到重定向的標(biāo)準(zhǔn)輸出。

四、結(jié)語

系統(tǒng)采用開源的Linux系統(tǒng)，降低了開發(fā)成本，可以任意裁剪和制定內(nèi)核，方便移植。與傳統(tǒng)PC機的監(jiān)控系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有體積小、成本低、可靠性強等優(yōu)勢。本系統(tǒng)還具有一定的擴(kuò)展性，可以增加適當(dāng)?shù)墓δ軘U(kuò)展來滿足用戶更高的要求，如在圖像采集端加入設(shè)置入侵檢測或者報警等控制功能。

參考文獻(xiàn)

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