基于WIFI的無線遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

申文珂

【摘要】伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，大家對(duì)于安全的要求也是越來越高，由于視頻監(jiān)控含有實(shí)時(shí)記錄與拍攝的功能，在很多的工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)于傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備具有的問題，特設(shè)計(jì)出利用無線與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其具有的特點(diǎn)為靈巧方便、成本低廉、功耗非常的小等優(yōu)勢(shì)，具有非常好的應(yīng)用與市場(chǎng)推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】視頻監(jiān)控；應(yīng)用價(jià)值；PC機(jī)；嵌入式系統(tǒng)

1.引言

現(xiàn)階段電子信息技術(shù)發(fā)展極為迅速，人民的生活水平也在飛速的提高，視頻所特有的方便、直觀以及其豐富的內(nèi)容等更是受到更多的人的喜愛，當(dāng)前嚴(yán)格控制視頻的應(yīng)用也在安防監(jiān)控、軍事、遠(yuǎn)程視頻會(huì)議、工業(yè)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、商業(yè)以及金融行業(yè)等方面得到廣泛應(yīng)用。在一開始，視頻監(jiān)控所選擇的是借助模擬信號(hào)傳輸，之后其便通過以PC卡式數(shù)字信號(hào)傳輸為基礎(chǔ)的一種嵌入式系統(tǒng)來進(jìn)行視頻監(jiān)控，以監(jiān)控系統(tǒng)的第三代嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)的視頻監(jiān)控是自所有年齡的人來的，其憑借其成本低、靈活性強(qiáng)以及不被限制的傳輸距離的優(yōu)勢(shì)，而受到人們的追捧，以極快的速度占領(lǐng)了市場(chǎng)，采集監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)圖像是其主要的目的，而且其可以對(duì)照片進(jìn)行收集，并進(jìn)行長時(shí)間保存，用來進(jìn)行之后的查詢以及檢索環(huán)節(jié)。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1需求分析

以嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)為依據(jù)，要求對(duì)食品廠生產(chǎn)車間進(jìn)行安排，我們發(fā)現(xiàn)在所有地方的視頻進(jìn)行采集以及傳輸系統(tǒng)的車間，需要能夠隨時(shí)移動(dòng)放置的系統(tǒng)，系統(tǒng)在耐久性以及安全性的要求之下，其需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的封閉盒包裝的選擇，并將預(yù)留攝像頭來進(jìn)行天線接口，在盒子中進(jìn)行其他電路板以及電源的莫風(fēng)。以項(xiàng)目的具體需要為依據(jù)，來進(jìn)行以下功能要求的獲得：

首先就是視頻捕捉功能，第二就是無線數(shù)據(jù)傳輸功能，第三就是處理以及恢復(fù)圖像的功能。

2.2總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2.1所示：

圖2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

在監(jiān)控場(chǎng)所的視頻采集節(jié)點(diǎn)安裝有一套視頻采集與傳輸?shù)那度胧奖O(jiān)控系統(tǒng)，攝像頭受到了上位機(jī)的控制，或是自動(dòng)或是自動(dòng)對(duì)于環(huán)境里面的圖像進(jìn)行采集，之后在通過處理器在WiFi的環(huán)境下面?zhèn)鬏數(shù)缴衔粰C(jī)軟件里面對(duì)于這些信息進(jìn)行復(fù)原與處理。

3.硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)方案

本文選用的為基于三星S3C6410核心板作為基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，在不改變核心板的條件下面對(duì)于底板進(jìn)行整理與設(shè)計(jì)，添加一些外圍的通用接口與兩個(gè)USB借口。核心板與底板的部分采用的外擴(kuò)電源電路進(jìn)行供電，擴(kuò)展部分利用的為一個(gè)以太網(wǎng)的接口，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信部分進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)外圍還具有一個(gè)擴(kuò)展的SD卡接口電路，對(duì)于攝像頭拍攝的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行外部儲(chǔ)存，系統(tǒng)硬件部分具體連接如圖3.1所示：

圖3.1系統(tǒng)硬件組成框圖

3.2電源部分設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)里面最為重要的部分就會(huì)電源電路，因?yàn)橄到y(tǒng)具有具有很多的電子元件，這些器件需要的電壓也不近完全一樣，所以說對(duì)于電源電路的設(shè)計(jì)就顯得非常重要。同時(shí)在硬件電路的設(shè)計(jì)里面，由于電源問題引起的故障也是具有很大的比例，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)里面，電子元器件需要兩種電壓模式進(jìn)行供電，具體分為+5V和+3.3V兩個(gè)部分。系統(tǒng)里面需要的+5V可以直接的由外部+5V電源來提供，在電路里面只是需要加入一個(gè)電容來過濾到外部含有的雜波，其具體的電路連接形式如圖3.2所示：

圖3.2系統(tǒng)外接+5V供電電路

另一種3.3V的電壓在系統(tǒng)里面也是應(yīng)用較多，其可以通過穩(wěn)壓芯片AMS1086CM-3.3來獲得，外部的+5V的直流點(diǎn)經(jīng)過穩(wěn)壓芯片以后會(huì)變成+3.3V電壓，會(huì)給系統(tǒng)里面不同的電子元件來供電，其含有的基本電路原理圖如圖3.3所示，電路圖中具有的C9、C13和C14都是具有電壓濾波的功能。

為了可以準(zhǔn)確的了解電源的狀態(tài)，判斷系統(tǒng)是否供電正常，在系統(tǒng)里面添加了一個(gè)電源指示燈LED，如果這些系統(tǒng)供電是正常那么這個(gè)等就會(huì)被點(diǎn)亮，同時(shí)為了給用戶提供一個(gè)比較準(zhǔn)確的時(shí)間，在電池插座部分安裝一個(gè)紐扣電池對(duì)于實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分提供電能。

圖3.3 +5V電壓轉(zhuǎn)+3.3V電壓原理圖

3.3WiFi部分設(shè)計(jì)

在1994年的時(shí)候因特爾、IBM以及微軟移動(dòng)提出串行USB接口，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)含有兩個(gè)USB主機(jī)接口，用來通過與WiFi ZC301攝像頭與S3C6410處理器兩個(gè)部分實(shí)現(xiàn)連接。這樣的系統(tǒng)對(duì)于可以完全的兼容USB2.0協(xié)議，為了很好的節(jié)省系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部分，內(nèi)部含有的電壓調(diào)節(jié)電路直接的連接到外部的+5V電源里面，之后在將+5V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?3.3V的電壓，在芯片的外部含有12MHz晶體。

3.4以太網(wǎng)接口與串口電路設(shè)計(jì)

因?yàn)槿荢3C6410處理器自身不具有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，但是系統(tǒng)需要利用網(wǎng)絡(luò)的預(yù)調(diào)試網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)，所以在系統(tǒng)里面的數(shù)據(jù)傳輸是基于WiFi的無線傳輸，這樣軟件與硬件的抗干擾USB網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的問題就被避免了，有線網(wǎng)絡(luò)的部分也是實(shí)現(xiàn)了即插即用。

4.軟件部分設(shè)計(jì)

嵌入式的系統(tǒng)是一套非常復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，其主要含有Boot loader程序、文件系統(tǒng)以及應(yīng)用程序等軟件系統(tǒng)組成。本次設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)都是需要用到這些軟件，結(jié)合本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)際內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容組要介紹的為軟件開發(fā)環(huán)境的建立，引導(dǎo)程序Boot Loader的制作以及Linux內(nèi)核程序的裁剪。通過分析我們可以看出基于Linux操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)軟件組要含有三層結(jié)構(gòu)，那就是驅(qū)動(dòng)層、操作系統(tǒng)層以及應(yīng)用層，這個(gè)里面系統(tǒng)的引導(dǎo)程序是系統(tǒng)被加電以后需呀執(zhí)行的第一段程序，其組要執(zhí)行的過程可以分為兩個(gè)部分：那就是過程部分利用匯編語言填寫，代碼量非常的小，在上電以后ROM里面運(yùn)行，含有的配置為與系統(tǒng)的處理器有關(guān)的寄存器，對(duì)于系統(tǒng)的時(shí)鐘、總線時(shí)鐘以及開門狗等部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，在外部鏈接SDRAM和Flash Rom存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行配置等相關(guān)操作。第二個(gè)部分使用的為C語言進(jìn)行編寫，通常在RAM里面運(yùn)行，主要使用的為執(zhí)行系統(tǒng)的映像文件從ROM到RAM的轉(zhuǎn)移，掛接系統(tǒng)中斷等，之后再進(jìn)入系統(tǒng)的根本任務(wù)里面。

（1）建立開發(fā)環(huán)境

Linux操作系統(tǒng)死一個(gè)在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的軟件系統(tǒng)，不過嵌入式Linu操作系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行改造，可以再嵌入式的CPU上面實(shí)現(xiàn)，例如ARM處理器等。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需要建立一個(gè)立體交叉的編譯環(huán)境，第一步為在PC上面安裝Linux操作系統(tǒng)，完成安裝以后連接到裝載的交叉編譯軟件里面，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使用的就是ARM-Linux-GCC交叉編譯環(huán)境，含有的交叉編譯過程具體如圖4.1所示：

圖4.1交叉編譯過程示意圖

（2）Boot Loader移植

本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)含有的硬件資源如下：ARM處理器、ARM11芯片，同時(shí)本文基于ARM1176JZF-S核進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)行的頻率為533MHz，運(yùn)行的最高頻率可以達(dá)到667MHz。儲(chǔ)存器的大小為128M，可以擴(kuò)展到256M，在S3C6410處理器里面含有的移植過程具體如下所示：

將在網(wǎng)上下載好的源代碼解壓以后，tar xvfj u-boot-1. 1. 6. tar. bz2 -C，經(jīng)過解壓以后變成u-boot-1. 1.6文件夾。其含有的目錄結(jié)構(gòu)如下所示：

|--board-->與硬件平臺(tái)有關(guān)，存放電路板有關(guān)的資源目錄，例如含有d ave以及smdk2410等；

|-- CPU -->有關(guān)的硬件平臺(tái)，存放與具體的CPU有關(guān)文件的目錄，例如含有：arm720t、arm920t、i386等；

|-- lib_microblaze -->主要放置的為與ARM系統(tǒng)里面經(jīng)常使用的文件，其具有的函數(shù)主要應(yīng)用在ARM平臺(tái)上面；

|-lib_generic ->所指的為通用的函數(shù)庫，也就是系統(tǒng)里面所需要使用的函數(shù)都是需要放在這里面，含有拷貝函數(shù)memcopy，打印函數(shù)Sprintf等；

（4）Linux文件系統(tǒng)

在Linux里面并沒有像Windows C、D、E那樣的分盤概念，而是將所有的文件儲(chǔ)存到一個(gè)分區(qū)下面，這樣與Windows C盤非常類似，其將操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)需要的程序文件都存放到這個(gè)分區(qū)目錄下面。這樣做的目的為在正常的啟動(dòng)操作系統(tǒng)以后，其可以運(yùn)行在一個(gè)比較穩(wěn)定的條件下面，針對(duì)于初始化程序與應(yīng)用程序的文件，這些文件合起來被叫做根文件系統(tǒng)。

對(duì)于分區(qū)上面放置的文件需要依據(jù)規(guī)定的格式放置，其被叫做文件系統(tǒng)的類型，例如fat32、yaffs等都被叫做文件的類型。

Linux操作系統(tǒng)對(duì)于目錄文件的管理方式采用樹狀的結(jié)構(gòu)，其他部分的分區(qū)文件都是需要掛接到根文件目錄下面，通過含有的分區(qū)掛接就可以直接的訪問這一部分的分區(qū)，比如說根文件系統(tǒng)被掛接到了根目錄“/”下面，根目錄就可以訪問其含有的全部文件，例如其含有的/etc、/inckide等；同時(shí)在/mnt目錄下掛接其他分區(qū)，這個(gè)目錄就可以訪問在本目錄下面的所有文件。

結(jié)論

本課題的主要來源就是監(jiān)測(cè)食品廠生產(chǎn)車間，作為視頻傳輸點(diǎn)以及采集點(diǎn)的嵌入式系統(tǒng)，也就是客戶機(jī)，其借助于嵌入式系統(tǒng)中所運(yùn)行的陳旭來對(duì)遠(yuǎn)端控制客戶端進(jìn)行直線。在本文中使用的是Hny6410開發(fā)板中的核心板來當(dāng)做硬件，來對(duì)自己設(shè)計(jì)的底層板模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就使得系統(tǒng)的開發(fā)速度得到加快，并使得成本大一大幅度減少，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，設(shè)計(jì)對(duì)于預(yù)期的需求進(jìn)行了滿足，使得食品廠生產(chǎn)車間中所要求的衛(wèi)生環(huán)境監(jiān)控得以滿足。

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