【文章內(nèi)容簡介】 類型。一種是基于數(shù)字錄像設(shè)備為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，另外一種是基于嵌入式視頻 web 服務(wù)器的視頻監(jiān)控系統(tǒng)?；跀?shù)字錄像設(shè)備的視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常采用 PC 機作為視頻監(jiān)控的主機，其中集成了錄像機、視頻矩陣、圖像分割器等眾多的功能，這使視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大的簡化，采用數(shù)字多媒體技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控沒有距離上的限制，系統(tǒng)采用光盤存儲器或者大容量磁盤陣列的硬盤， 這樣不僅可以節(jié)省大量的磁盤存儲介質(zhì)，同時還有利于實現(xiàn)系統(tǒng)的多媒體信息查詢。但是隨著基于 PC 機的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，在實際應(yīng)用的過程中，也暴露出了一些系統(tǒng)方面的不足，主要是系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定性等。 基于嵌入式視頻 web 服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)采用嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng) [3]。系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)攝像頭收集到的圖片信息通過圖片信息壓縮，通過內(nèi)部總線送到系統(tǒng)內(nèi)置的 Web 服務(wù)器，用戶可以直接通過網(wǎng)絡(luò)用瀏覽器查看 Web 服務(wù)器上存儲的由攝像頭采集的圖像信息。系統(tǒng)將圖像的采集和 web 服務(wù)功能集成到一個儲存很小的空間內(nèi)，用戶通 過系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能可以直接訪問局域網(wǎng)，因此用戶不需要再安裝任何的硬件設(shè)備，僅僅用瀏覽器即可查看服務(wù)器上的圖片信息。該系統(tǒng)同時還具有以下優(yōu)點： 系統(tǒng)布控的區(qū)域廣闊，基于嵌入式 Web 服務(wù)器的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是通過把 Web 服務(wù)器直接連接網(wǎng)絡(luò)，沒有信號衰減和布線長度的限制，同時因為網(wǎng)絡(luò)是沒有距離限制概念的，因此拋棄了地域不同的概念，擴大了布控的區(qū)域，使系統(tǒng)具備了可以幾乎無縫的無限擴展的能力。因此，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都是以 IP 的地址來進行標識，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的增加意味著 IP 地址的增加。 不需要專人來進行管理，系統(tǒng)性能可靠穩(wěn)定。嵌入式 視頻 web 服務(wù)器是基于嵌入式的微處理器技術(shù)，系統(tǒng)使用嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。對于使用用戶來說，通過網(wǎng)絡(luò)登陸系統(tǒng)，便可以對家中的各種情況進行方便的監(jiān)控。 隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，前端一體化、視頻十字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化已經(jīng)成為公認的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向 [5]。它依托于網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)字化視頻的壓縮、傳輸、存放和播放做為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)，通過實用智能的圖形圖像分析技術(shù)，基于 ARM 遠程家居智能控制系統(tǒng)設(shè)計 2 并且將門禁系統(tǒng)、報警系統(tǒng)整合到一個應(yīng)用平臺上，從而引發(fā)了視頻控制領(lǐng)域的一次技術(shù)變革。 智能家 居控制系統(tǒng)工作原理是通過大量的外部檢測設(shè)備來收集和檢測外部的數(shù)據(jù)，然后通過系統(tǒng)總線將采集的數(shù)據(jù)信息傳送給以 S3C2410 為核心處理器的嵌入式系統(tǒng)，通過處理器進行運算和處理。然后，通過嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)總線管理和控制系統(tǒng)中的各個可控終端設(shè)備 ,并且進行數(shù)據(jù)處理、調(diào)節(jié)和設(shè)備自動控制。智能家居控制系統(tǒng)通過其核心處理器將對數(shù)據(jù)進行運算和處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)通過 RS232 串口及時的傳遞給GPRS 通信模塊。通過 GPRS 模塊發(fā)射和接收無線信號來為外部網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)接口 ,用來連接家庭內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)和外部 Inter 網(wǎng)絡(luò)，通 過 Inter 網(wǎng)絡(luò)或手機等方式用戶可以方便的來訪問家庭的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)用戶對室內(nèi)各種狀況的遠程監(jiān)視和各種家用設(shè)備的遠程控制。此外，該智能家居控制系統(tǒng)帶有鍵盤和 LCD,提供了良好的人機界面，用戶可以方便的實現(xiàn)本地控制，還可以對系統(tǒng)進行各種設(shè)定。該智能家居控制系統(tǒng)保留了豐富的功能擴展接口，通過對這些擴展接口的擴展，將來我們還可以實現(xiàn)安家電控制、安防和智能抄表等的實際應(yīng)用。 遠程智能家居控制系統(tǒng)的具體功能包括： (1)家庭中各種電氣化設(shè)備的數(shù)據(jù)采集：主要包括通過溫度傳感器測量室內(nèi)溫度，熱水器溫度等。系統(tǒng)通 過系統(tǒng)中的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊將采集到的溫度傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過系統(tǒng)總線傳送給系統(tǒng)處理器，經(jīng)處理器處理后根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)值比較來控制各個設(shè)備。將各個燈具，家電等設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)控制器處理后反饋給用戶。 (2)本地控制：用戶可以通過系統(tǒng)中的觸摸屏和鍵盤，來設(shè)定家庭中的各種設(shè)備的參數(shù)，達到對家中各種設(shè)備本地監(jiān)控的目的。 (3)遠程控制：用戶通過發(fā)送手機短信或者通過互聯(lián)網(wǎng)訪問智能家居系統(tǒng)對家中各個設(shè)備進行遠程控制和查詢。 (4)紅外家電控制：通過紅外發(fā)射電路控制電視、空調(diào)等紅外可控的家電設(shè)備，接收用 戶指令。 (5)家用電器等的開關(guān)量的控制：系統(tǒng)接收用戶指令經(jīng)處理器處理后以控制家用電器等開關(guān)量設(shè)備的狀態(tài)。 遠程家居智能控制系統(tǒng)總體框圖如圖 所示。 蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 圖 遠程家居智能控制系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)可行性分析 (1) 工作模式：新的智能家居控制系統(tǒng)采用觸發(fā)式的監(jiān)控模式。這種模式改變了以往不間斷監(jiān)控模式的方法，可以智能感知異常，并且可以記錄現(xiàn)場狀況在異常發(fā)生的時候，并通過下發(fā)短信告知用戶。 (2) 可操作性：采用嵌入式 WEB 瀏覽器作為用戶接 口，系統(tǒng)真正實現(xiàn)隨時隨地監(jiān)控，不限定特定的硬件設(shè)備和軟件環(huán)境。 (3) 便捷的用戶監(jiān)控：用戶可以方便進行遠程監(jiān)控操作無論是在工作還是其他場所，用戶只需要一部手機或者一臺接入網(wǎng)絡(luò)的普通計算機，便可以實現(xiàn)對系統(tǒng)中各個設(shè)備進行遠程監(jiān)控的操作。 (4) 系統(tǒng)的可擴充性：開發(fā)的智能家居控制系統(tǒng)采用分布式動態(tài)管理，可以靈活的通過擴充系統(tǒng)物理資源來擴展用戶的實際需要。 (5) 系統(tǒng)界面簡潔，友好、美觀，直觀易操作、富于人性化。在成本核算方面使得設(shè)備本身以及維護的成本大幅度的降低，在智能家居控制中更加實用，有利于在普通家庭 中廣泛推廣。 主控系統(tǒng) （ S3C2410） GPRS 手機 攝像頭 SD 卡 溫度傳感器 紅外傳感器 INTERNET 個人 PC 基于 ARM 遠程家居智能控制系統(tǒng)設(shè)計 4 此遠程家居智能控制系統(tǒng)中硬件上選用以 S3C2410A 為核心處理器的 TQ2410 開發(fā)板。 TQ2410 開發(fā)板組成如圖 所示： 圖 ： TQ2410 開發(fā)板總體結(jié)構(gòu) S3C2410A 處理器的標準工作頻率為： 203MHz ，最高工作頻率： 266MHz 。開發(fā)板的外部存儲器，內(nèi)存為 64M， NOR Flash： 2M， NAND Flash： 128M。 10M 的以太網(wǎng)網(wǎng)口 CS8900，帶有聯(lián)接和傳輸指示燈。兩個 RS232 串口。有兩個 HOST 接口，其中一個 HOST 與 Device 復(fù)用，通過短路塊進行選擇，系統(tǒng)支持 USB 攝像頭。一 50芯 LCD 接口引出了 LCD 控制器和觸摸屏的全部信號。一個 IRDA 紅外線數(shù)據(jù)通訊口，一個 SD 卡接口。時鐘源采用 CPU 內(nèi)部的實時時鐘，帶有后備的鋰電池。一個 20 芯Multi－ ICE 標準 JTAG 調(diào)試接口，支持 ， 等調(diào)試。電源接口，開關(guān)電源直接供電，允許輸入直流電壓范圍是 7～ 20V，推薦使用 12V，帶有電源開關(guān)和指示燈。 一個 50 芯 2 毫米間距雙排標準連接器用作擴展口，引出了地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫、片選、中斷、 IO 口、 ADC、 5V 和 電源、地等用戶擴展時可能用到的信號。 TQ2410蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 開發(fā)板支持 內(nèi)核。通過對智能家居系統(tǒng)功能的分析 TQ2410 開發(fā)板在硬件上完全支持該系統(tǒng)的開發(fā)，因此在硬件上是可行的。 Linux 是一個相似于 Unix 操作系統(tǒng)。它是一個名為 LinusTorvalds 的芬蘭業(yè)余愛好編寫的，當前已經(jīng)成為一款最為流行的基于開源的操做系統(tǒng) [19]。 Linux 從 1991 年問世到現(xiàn)在，己經(jīng)發(fā)展成為一個功能強大、設(shè)幾完善的操作系統(tǒng)， Linux 操作系統(tǒng)已經(jīng)成為Microsoft 公司的 Windows 操作系統(tǒng)的強有力的競爭者。 Linux 操作系統(tǒng)不僅可以在普通計算機上運行，而且還在嵌入式系統(tǒng)方面有著很強的優(yōu)勢。在當前各 種嵌入式操作系統(tǒng)迅速發(fā)展的情況下， Linux 操作系統(tǒng)逐漸形成了可以與 windwosCE 等嵌入式操作系統(tǒng)進行相抗衡競爭的嵌入式操作系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計正在開發(fā)設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)當中，有一半左右的項目選擇 Linux 作為嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，己成為作為嵌入式產(chǎn)品的嵌入式操作系統(tǒng)的最佳理想選擇。 Linux 操做系統(tǒng)的優(yōu)點主要有： (1)免費獲取，源代碼公開 用戶不但可以通過網(wǎng)絡(luò)， Linux 開源網(wǎng)站免費下載 Linux 操作系統(tǒng)源代碼使用，而且都能從許多開源的網(wǎng)站， Linux社區(qū)免費得到基于 Linux操作系的多數(shù)應(yīng)用程序。 Linux開放源代碼的這一重要特點，使 Linux操作系統(tǒng)的源代碼可以在原有的基礎(chǔ)上進行修改，剪裁，設(shè)計出適合用戶使用的操作系統(tǒng)。 (2) 高可靠性和適應(yīng)性的特點 高可靠性和穩(wěn)定性是 Linux操作系統(tǒng)重要的特性，因為 Unix的優(yōu)點被 Linux所繼承，其適應(yīng)性和可靠性程度也更為加強 [6]。 Linux 操作系統(tǒng)可以在多種硬件平臺上運行，因為它是一個可以跨平臺的操作系統(tǒng)，可以再各種平臺上實現(xiàn)，移植起來非常方便。現(xiàn)在有很多家電業(yè)的芯片制造的廠家，都開始做基于 Linux 系統(tǒng)移植的工作，使自己的芯片可以很好支持 Linux 操作系統(tǒng)。嵌 入式 Linux 內(nèi)核再網(wǎng)絡(luò)方面支持也逐漸得到完善，所以基于通信系統(tǒng)的設(shè)備非常適合菜用 Linux操作系統(tǒng)進行開發(fā)。高可靠性事嵌入式 Linux操作系統(tǒng)不同與其它嵌入式操作系統(tǒng)最為重要的特點。雖然在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的時候我們根據(jù)需要對嵌入式 Linux 的內(nèi)核進行了必要的裁減，但是嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)仍然保持了原來 Linux 操作系統(tǒng)高可靠性的特點，因此很少會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰的現(xiàn)象在使用Linux 操作系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品中。 (3) 實時性的要求 在嵌入式系統(tǒng)中重要的特性是要求操作系統(tǒng)要具有實時性。系統(tǒng)中內(nèi)核任務(wù)調(diào)度、內(nèi)核中的 驅(qū)動程序操作決定我們所開發(fā)的系統(tǒng)是否具備實時性的要求，還與系統(tǒng)響應(yīng)延遲時間受中斷程序的優(yōu)先級和其他的進程暫時關(guān)閉中斷響應(yīng)相關(guān)，因此驅(qū)動程序中斷的基于 ARM 遠程家居智能控制系統(tǒng)設(shè)計 6 機制和內(nèi)核的任務(wù)管理要可以有效保證實時性的要求。大多數(shù)的嵌入式操做系統(tǒng)并不是具有嚴格的實時性特性，有些甚至根本沒有實時性，而基與嵌入式 Linux 內(nèi)核操作系統(tǒng)能夠很好地滿足嵌入式系統(tǒng)的實時性要求，此外還提其他任務(wù)間的調(diào)用接口以及實時任務(wù)。 (4) 具備成熟的開發(fā)工具 一套良好的開發(fā)和調(diào)試工具是開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵。 Linux 有著一套免費的完整開發(fā)和調(diào)試工具，通過 GUN 的 C 編譯器來對源程序進行編譯，程序調(diào)試通過使用 GDB調(diào)試器來進行調(diào)試。用戶可以夠方便地開發(fā)出應(yīng)用程序基于嵌入式 Linux 操作系統(tǒng) [22]。在程序開發(fā)時應(yīng)用程序可以在普通計算機上交叉編譯，調(diào)試時可通過串口登陸硬件平臺，同時還可以利用 NFS 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)來調(diào)試所編寫的程序文件。 (5) 靈活地配置內(nèi)核根據(jù)用戶需要 通常來說，嵌入式設(shè)備中給嵌入式操作系統(tǒng)分配的存儲容量都十分有限的，因此嵌入式設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)當盡可能減少體積，所以嵌入式設(shè)備系統(tǒng)通常采用固化軟件的方法，將程序和操作系統(tǒng)嵌入到整個設(shè)備里面 [3]?；谇度胧?Linux 操作系統(tǒng)出了本身體積較小特點以外，同時繼承了 Linux 操作系統(tǒng)一個重要的特性：采用模塊化的內(nèi)核，用戶可以選擇特定的內(nèi)核模塊根據(jù)不同的任務(wù)，用戶可以根據(jù)自己需要裁減內(nèi)核，可以將不需要的部分去掉，減少內(nèi)核體積，從而從根本上解決了體積和功能的矛盾。 根據(jù)系統(tǒng)的需求，以及對嵌入式 linux 操作系統(tǒng)的分析，可以發(fā)現(xiàn)采用基于 為內(nèi)核的嵌入式操作系統(tǒng)完全能過滿足系統(tǒng)的需求。因此，本系統(tǒng)選用 作為智能家居控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。 (1) 遠程智能家居控制系統(tǒng)開 發(fā)平臺的搭建，系統(tǒng)軟硬件平臺的建立。智能家居控制系統(tǒng) BootLoader 的移植，基于嵌入式的 內(nèi)核裁剪、移植。 YAFFS2 文件系統(tǒng)的移植。 (2) 遠程家居智能控制系統(tǒng)中各種設(shè)備驅(qū)動程序的編寫，主要包括： A/D 模塊驅(qū)動程序的設(shè)計，紅外模塊驅(qū)動程序設(shè)計， lcd，鍵盤，攝像頭等模塊驅(qū)動程序的設(shè)計。 (3) GPRS 通信模塊詳細設(shè)計，系統(tǒng)中采用 GPRS 通信模塊，通過串口與 TQ2410 開發(fā)板的串口相連接。其驅(qū)動使用串口的驅(qū)動程序，主要工作就是編寫串口的應(yīng)用程序，來實現(xiàn)短信息的接受和發(fā)送并存儲短信 息等功能。 (4) BOA 嵌入式 WEB 服務(wù)器模塊的設(shè)計，在基于嵌入式 Linux 系統(tǒng)的遠程家居智能控制系統(tǒng)中移植 BOA 服務(wù)器，提供 web 訪問服務(wù)。使用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時、隨地蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 方便的訪問系統(tǒng)，查詢家里各種設(shè)備的各種情況，從而達到對家居中各種設(shè)備的預(yù)警、控制、調(diào)節(jié)，達到家居智能化的目的。 基于 ARM 遠程家居智能控制系統(tǒng)設(shè)計 8 2 智能家居軟件系統(tǒng)定制 在一個基于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程中，系統(tǒng)軟件設(shè)占據(jù)了總工作量的百分之七十以上的工作量，因此熟悉嵌入式軟件開發(fā)的特點對系統(tǒng)開發(fā)非常重要。通常在具有相當豐富的人機接口在通用的計 算機上所運行的一般操作系，因此在上面可以方便的開發(fā)應(yīng)用程序，甚至包括對計算機系統(tǒng)本身與計算機上操作系統(tǒng)的開發(fā)。由