基于OpenWrt的無線監控系統

遼寧科技大學電子與信息工程學院 張 博 曲 強

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基于OpenWrt的無線監控系統

遼寧科技大學電子與信息工程學院 張 博 曲 強

【摘要】設計了一種采用stm32ARM芯片作為控制，帶有OpenWrt系統的無線模塊傳輸模塊傳輸采集到的傳感器數據和視頻圖像，安裝Mjpeg‐stream視頻采集程序對現場畫面進行監控。本設計方案可降低設備成本、減少線路連接，有較高的可升級性和擴展性，具有較高的民用和工業價值。

【關鍵詞】OpenWrt；無線監控；stm32f103

0　引言

“基于OpenWrt的無線監控系統”利用了無線wifi網絡，實現對多個分散地點的遠程全面的綜合監控，如溫度、設備狀況、現場監控視頻的使用情況等。還可以根據需要增加如濕度監測等其他監測。與傳統的監控系統的相比，本系統采用無線傳輸，使現場監控設備不受現場環境位置的限制，大量安裝后可以對不同地點和不同設備的數據進行監控。主控芯片接收到采集到的視頻監控信息、溫度和電壓等數據后，將其壓縮打包，通過無線網絡發送到網絡服務器上，節約了本地儲存資源的成本，還可以方便的了解監測情況。因為其具有對不同設備的適應能力，簡單的安裝工作以及相對低廉的價格，易于進行推廣，有廣闊的市場前景。

1　系統總體設計

系統總體設計如圖1所示，主控芯片采用stm32f103 ARM芯片，外設有對攝像頭的舵機云臺控制，精密電壓采集模塊，OLED顯示模塊，以及其他采集模塊都與ARM主控芯片相連接，將高清攝像頭和ARM芯片數據發送至無線模塊，無線模塊與互聯網和本地計算機相連接，進行遠程監控和操作。

圖1　系統總體設計

圖2　單片機電路圖

2　系統硬件設計

2.1stm32f103最小系統

主體控制采用stm32f103控制芯片，其最小系統版如圖2所示，此芯片采用了具有強大的處理能力和先進架構的Cortex-M3內核，在其中我們設計了晶振電路，片內集成i2c儲存器接口PB6.PB7接口與OLED相連，PB0帶有多路精密AD轉換可以采集需要的數據，多路PWM輸出A2-A5直接與舵機相連，易于與對設備進行控制，還可以將采集到的信號等信息經過編碼處理后通過串口B10.B11上傳至無線傳輸模塊，從而上傳至網絡服務器方便監控理。

2.2基于AR9331的無線模塊

無線視頻監控系統則采用穩定的WiFi傳輸方案，具體設計結構如圖3所示，無線采用高通AR9331芯片，芯片主頻可達400MHz，額定電壓3.3v，使用過程簡單方便，只需一個USB接口就可以為整個模塊提供電源和程序的裝載與升級，該模塊符合國際標準的802.11 b/g/n協議，采用DSSS、OFDM、BPSK、QPSK、CCK和QAM基帶調制技術，能自適應路由器等設備的無線熱點。最大連接速率可達150Mbps。強大的擴展性和豐富的網絡組建，經常被用于大量設備中。同時，它還提供了豐富的已編譯好的軟件，而OpenWrt SDK簡化了開發軟件的工序。在無線監控模塊中安裝了基于Linux的OpenWrt 系統，并在安裝了實時視頻傳輸軟件Mjpeg‐stream，用戶只需要輸入特定的網站地址就可以對實時數據進行監控。

圖3　無線模塊結構圖

圖4　OLED液晶屏電路圖

2.3SG90舵機云臺模塊

為了提高監控的可視角度，本設計采用了安裝有云臺控制的監控攝像頭，采用 SG90微型舵機。使用20ms周期的PWM脈沖波，使其高電平的范圍大約為0.5ms-2.5ms的脈沖控制舵機的角度從0°到180°自由轉動。

2.4SSD1306 OLED液晶屏

顯示模塊使用SSD1306 OLED液晶屏（見圖4），i2c協議的電路結構如圖 4所示，把液晶屏直接與單片機的PB6.PB7引腳相連，就可以達到控制的目的，3.3v電壓供電可以直接與單片機相連減少線路連接，利用外接屏幕可以再現場直觀的獲得采集的數據，方便新用戶操作，進行現場調試和在線修改，對設備進行參數控制，對獲得的數據進行補償等。

2.5視頻攝像頭

本設計采用了微軟的HD3000其分辨率可達720P的高清攝像頭，免驅并支持MJPEG，使用方便易于安裝價格適宜。

3　系統軟件設計

3.1主體控制模塊程序設計

在進行數據采集和發送終端的固件程序設計包括以下兩個方面，數據的采集和無線數據的傳送。數據采集部分采用中斷方式采集數據每間隔1s采集數據一次，并將采集好的數據存放在單片機的緩沖區內。經過簡單的數據監測判斷有無數據異常，然后根據設定按規定時間向服務器發送數據。也可以在收到服務器發送的查詢指令后對特定采集數據進行傳送。

圖5　軟件流程圖

3.2基于Mjpeg‐stream視頻傳輸實現

3.2.1安裝監控軟件

在已經裝載好OpenWrt系統的基礎上為了實現無線視頻傳輸，需要在系統中安裝MJPEG STREAM軟件包，用于把圖片格式的文件變成流媒體輸出。將攝像頭與無線模塊相連接，接著遠程登錄到到無線模塊上，執行logread命令，會打印出路由器開機后的終端log。出現”usbcore: registered new interface driver uvcvideo”，以及含有”/dev/video0″，則說明免驅攝像頭掛載成功。

3.2.2配置執行監控軟件

首先要去mjpeg-streamer的sourceforge網站下載它的最新源碼解壓安裝至系統中。將其放到路由器的/web目錄下，將參數寫入命令行。

mjpg_streamer -i "input_uvc.so -d /dev/video0" -o "output_http.so -p 8080 -w /web "

運用上面指令可以使mjpeg-streamer以默認的640×480分辨率、30fps顯示圖像，并且監聽8080端口的http請求。其自帶的一個小型web頁面，頁面所在的地址為/web。對地址進行訪問就可以對采集圖像進行監控。

3.3遠程控制設計

3.3.1基本原理

為了實現遠程數據的傳輸和處理，需要進行端口映射和動態域名的配置，設置家用無線路由器為外網映射模式，這樣無線路由器就相當于一個連接，使無線模塊和外網連接起來。

當無線模塊訪問路由器的特定的端口時，就會被路由器重新連接到一個指定的的ip地址端口，達到遠程連接的目的，將視頻監控接口設置為8080端口，數據傳輸設置為2001端口，將無線模塊的ip地址和mac地址與路由器綁定就可以完成外網映射。

3.3.2無線模塊設置

（1）將無線傳輸模塊從AP模式轉換為Client模式，在BSSID中設置需要連接的ssid名稱

（2）在OpenWrt系統中passphruse選項中填入相應的路由器密碼，使其與帶網絡的路由器相連。將路由器ip地址與無線模塊連接后就可以使整個系統與互聯網相連接，使我們可以再任何地點都可以對設備的狀況和數據進行觀察和記錄。

3.3.3視頻模式測試

在整個系統搭建完成后，我們對無線視頻采集傳輸和遠程視頻檢測進行測試，測試系統的流暢程度和幀數可達15幀，可以流暢的進行觀測。

4　結果與分析

無線視頻監控系統的實物如圖6所示，該系統可以對遠程設備的運行狀況、傳感器采集數據和遠程視頻圖像進行實時采集，也可以對設備進行遠程的控制，基本完成了設計要求。

攝影頭選用的是微軟HD3000，視頻采集圖像清晰，Web控制網頁如圖7所示，用戶可以在網頁的中心看到視頻監控圖像，在網頁的右側還有舵機的控制按鈕，通過滑動按鈕，改變舵機的PWM脈沖輸出，利用其可以改變攝像頭的位置，擁有更大的觀測范圍。

圖6　實物圖

圖7　網頁上位機

5　結論

本文設計了一種有stm32作為主控，安裝openwrt系統的無線模塊共同組成的無線視頻監控，設計出相應的硬件電路和與之對應的web控制端上位機，采集部分加入了溫度采集和電壓采集基本實現了系統功能。本系統可以根據用戶的需要添加任意的采集模塊和設備，在視頻監控方面也可以加入人體特征識別系統，熱成像等技術，便于系統的開發和擴展。

參考文獻

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張博（1995—），遼寧大連人，大學本科，現就讀于遼寧科技大學。

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