隨著通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和電子技術(shù)的發(fā)展，智能手機逐步進入智能家居、工業(yè)控制等領(lǐng)域。智能手機通過3G網(wǎng)絡(luò)進行可視化監(jiān)控，也稱為3G視頻監(jiān)控，是目前研究熱點，主要應(yīng)用在安防、智能交通等方面，為用戶提供警報、智能識別等監(jiān)控功能。大多數(shù)3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)在對現(xiàn)場設(shè)備的智能控制方面不夠完善，不能按照用戶需求控制特定的設(shè)備。目前人們開發(fā)的基于嵌入式的遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)，是采用PC通過連接Internet訪問嵌入式系統(tǒng)，獲取設(shè)備狀態(tài)信息和控制設(shè)備，而較少系統(tǒng)提供對現(xiàn)場直觀的可視化監(jiān)視。PC體積較大，不如手機攜帶方便，監(jiān)控的地點受到限制。用智能手機作為監(jiān)控終端，能使用戶可以在有移動通信網(wǎng)絡(luò)的地方進行監(jiān)控。
為此，本文研制了一種結(jié)合3G視頻監(jiān)控技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的移動可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)完善了3G視頻監(jiān)控的控制部分和嵌入式遠程控制系統(tǒng)的可視化監(jiān)視部分，用戶使用智能手機能在任何時間、不同地點進行可視化遠程智能監(jiān)控。
1、移動可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)分析與設(shè)計
智能控制系統(tǒng)，一般分為前端、數(shù)據(jù)處理服務(wù)終端、客戶監(jiān)控端3個部分，如圖1所示。
圖1 智能控制系統(tǒng)
前端是測控設(shè)備的集合，一般是智能傳感器、設(shè)備控制器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等。數(shù)據(jù)處理服務(wù)終端，是處理前端和客戶監(jiān)控端數(shù)據(jù)交互的中介，一般是單片機系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和PC等�？蛻舯O(jiān)控端是通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和控制前端，通常是PC、智能手機等。在不同的系統(tǒng)中，主要有以下差異：
1)前端采集數(shù)據(jù)和控制設(shè)備不同；
2)數(shù)據(jù)處理服務(wù)端處理芯片和軟件設(shè)計不同；
3)客戶監(jiān)控端硬件和智能識別算法不同。
移動可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)當前主要應(yīng)用于智能家居、智能安防等方面。典型系統(tǒng)有如下兩類：
1)基于ARMLinux的嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理端，通過RS232/485總線與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連，采用Web服務(wù)器和視頻服務(wù)器向PC監(jiān)控端發(fā)送視頻數(shù)據(jù)和傳感器采集數(shù)據(jù)。監(jiān)控端通過瀏覽器訪問Web服務(wù)器，獲取需要觀察的現(xiàn)場視頻圖像和設(shè)備信息，并實現(xiàn)可視化的遠程控制。PC作為監(jiān)控終端，體積大，不方便攜帶，用戶不能隨時隨地進行監(jiān)控。
2)智能手機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理終端選擇PC，客戶監(jiān)控端(智能手機)通過GPRS連接Internet訪問數(shù)據(jù)處理端PC。PC對前端視頻圖像用MJPEG算法進行數(shù)據(jù)壓縮，當客戶端接入PC時，接收來自PC的壓縮數(shù)據(jù)包，解碼并顯示視頻圖像。系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程可視化監(jiān)控。但是基于GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，限制了圖像的質(zhì)量，現(xiàn)場圖像和監(jiān)控圖像間延遲較高，而且服務(wù)端使用PC，成本較高，資源得不到充分利用。
通過上述系統(tǒng)各方面的分析與實際需求，研制了一種移動可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)框硬件圖如圖2所示。其數(shù)據(jù)處理終端使用嵌入式系統(tǒng)，充分利用其接口資源，有較高性價比。前端數(shù)據(jù)采集使用模擬攝像機和傳感器。客戶監(jiān)控終端選擇搭載Android 4.3操作系統(tǒng)的智能手機，方便用戶攜帶和監(jiān)控。
圖2 移動可視化監(jiān)控系統(tǒng)
2、系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計
2.1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計口
系統(tǒng)的硬件核心是數(shù)據(jù)處理服務(wù)端，采用嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)核心處理器是達芬奇的DM6446雙核處理器，擁有1 GB32位的DDR內(nèi)存、LAN接口、SD卡插口、IO通用接口和視頻、音頻輸入輸出接口等。嵌入式系統(tǒng)是整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的核心，視頻數(shù)據(jù)輸入接口，用于采集前端模擬攝像機的視頻數(shù)據(jù)。IO通用接口則提供可以通過軟件編程的方式實現(xiàn)遠程控制和采集傳感器數(shù)據(jù)。LAN網(wǎng)絡(luò)接口連接Internet，與客戶端進行數(shù)據(jù)交互。嵌入式模塊搭載Linux操作系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)端軟件的設(shè)計平臺。嵌入式系統(tǒng)電路框圖如圖3所示。
圖3 嵌入式系統(tǒng)電路
2.2設(shè)備控制模塊設(shè)計
設(shè)備控制模塊采用STC51單片機為核心的無線紅外收發(fā)模塊，通過監(jiān)聽標準10口輸入數(shù)據(jù)，驅(qū)動無線紅外線收發(fā)模塊，讀取存儲的紅外編碼數(shù)據(jù)，發(fā)送編碼信號控制設(shè)備(電視、空調(diào)等)。設(shè)備控制模塊軟件可以在Windows平臺進行開發(fā)。設(shè)備控制模塊電路框圖如圖4所示。
圖4 設(shè)備控制模塊
3、系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括嵌入式系統(tǒng)軟件和客戶終端軟件2大部分。嵌入式系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、連接Internet與客戶端數(shù)據(jù)交互、控制設(shè)備等功能。客戶終端軟件利用3G網(wǎng)絡(luò)連接Internet實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)、顯示可視化圖像、發(fā)送控制信令等功能。
3.1嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計
根據(jù)嵌入式系統(tǒng)和客戶終端通過Internet實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的功能，嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計以服務(wù)器的形式讓客戶終端訪問嵌入式系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。在嵌入式服務(wù)器中，流媒體服務(wù)器能讓客戶終端接收經(jīng)過編碼壓縮的視頻數(shù)據(jù)。Web服務(wù)器則能接收用戶發(fā)送數(shù)據(jù)、反饋設(shè)備控制信息和調(diào)用嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序。因此，編寫嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序，結(jié)合流媒體服務(wù)器和Web服務(wù)器，可以實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)所設(shè)計的功能。
綜上所述，嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計是在嵌入式系統(tǒng)中搭建Linux操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)上搭建流媒體服務(wù)器和Web服務(wù)器，前者將嵌入式應(yīng)用程序采集編碼壓縮的數(shù)據(jù)提供給客戶終端訪問接收，后者則接收客戶終端發(fā)送的控制命令，調(diào)用CGI程序，分析控制命令并控制設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理終端的功能。嵌入式系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。
3.2客戶監(jiān)控終端軟件設(shè)計
客戶監(jiān)控終端是搭載開源Android系統(tǒng)的智能手機。設(shè)計客戶終端連接嵌入式系統(tǒng)服務(wù)器，獲取視頻編碼數(shù)據(jù)并解碼進行可視化監(jiān)視，模擬瀏覽器提交表單控制命令數(shù)據(jù)到嵌入式系統(tǒng)web服務(wù)器，實現(xiàn)可視化遠程控制。因此，客戶終端軟件設(shè)計即是開發(fā)APK(Android應(yīng)用程序)。
APK開發(fā)需要搭建開發(fā)環(huán)境，開發(fā)環(huán)境搭建主要步驟如下：
1)安裝JDK；
2)安裝Eclipse；
3)在Eclipse安裝ADT(Android開發(fā)插件)；
4)下載安裝Android SDK、NDK。
在Android開發(fā)環(huán)境中編譯VLC—Android開源項目，獲得適用于Android系統(tǒng)的VLC解碼庫。APK啟動3G網(wǎng)絡(luò)連接Internet，初始化VLC解碼庫，解碼數(shù)據(jù)顯示監(jiān)控視頻圖像，調(diào)用Apache HTTP網(wǎng)絡(luò)函數(shù)庫發(fā)送POST請求提交表單數(shù)據(jù)，完成監(jiān)控�？蛻舳塑浖O(shè)計流程圖如圖6所示。
Android APK是采用JAVA編程語言開發(fā)的，客戶端發(fā)送P0sT請求部分軟件代碼如下：
httpRequest=new HttpPost(URL)；
httpRequest.setEntity(new UrlEncodedFormEntity(params,HTTP.UTF_8))；
代碼中URL是指Web服務(wù)器中接收POST請求的CGI程序地址，params是POST請求的數(shù)據(jù)名和值的封裝數(shù)據(jù)，通過HTTP.UTF_8編碼請求數(shù)據(jù)并發(fā)送到目標URL。實現(xiàn)遠程監(jiān)控的控制部分功能。
4、系統(tǒng)測試
完成上述所有工作后，整合系統(tǒng)各部分并進行測試，測試結(jié)果如圖7所示。
圖7 系統(tǒng)測試結(jié)果
在無線局域網(wǎng)條件下，現(xiàn)場圖像到客戶終端的顯示圖像之間有2s，上下浮動0.5s的延遲，客戶終端接收服務(wù)器響應(yīng)信息延遲約為1s。根據(jù)測試結(jié)果，表明系統(tǒng)符合課題的設(shè)計需求，可以在有可視化智能監(jiān)控需求的情況下應(yīng)用。
5、結(jié)論
通過分析研究目前智能監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，研制了一種結(jié)合嵌入式技術(shù)和Android應(yīng)用開發(fā)技術(shù)的移動可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)完善了3G視頻監(jiān)控的控制部分和嵌入式遠程控制系統(tǒng)的可視化監(jiān)視部分，實現(xiàn)了使用智能手機通過網(wǎng)絡(luò)進行視頻監(jiān)視和設(shè)備控制。該系統(tǒng)可以應(yīng)用到普通家庭、工廠、水壩等多種不同的場合，用戶不受時間、空間限制即可監(jiān)控現(xiàn)場。但是由于不同的場合控制設(shè)備不盡相同，所以未來系統(tǒng)的研究方向在于以最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，前端可控接151的2次開發(fā)，使系統(tǒng)適用于更多的場合。
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