基于嵌入式遠程無線網絡系統設計

袁適成++曹玉東

摘 要：以隨著計算機、通訊和嵌入式的發展，各個部分之間的不斷融合，基于嵌入式技術與通信方面越來越被人們所重視。其中視頻監控一直是人們關注的重點，而嵌入式與視頻監控的融合，也是現在發展的特點之一。這種系統功能專一，使用方便，安裝操作簡單，可以在千里之外對目標進行觀察和監控。

基于嵌入式的視頻監控系統，采用ARM作為數據的傳輸媒介，實現了數據到ARM到局域網的傳輸。通過無線網卡傳輸數據到手機APP，完成無線監控的功能。利用PC機與搭建的Web服務器，實現網絡的實時監控，數據儲存的功能。具有多端監控，方便安全，可靠性高，數據儲存等優點，在網絡監控有創新性和使用推廣價值。

關鍵詞：嵌入式 監控 ARM 局域網

近幾年來，人們的物質生活在不斷變好的同時，住宅的安全防范和財產的監控也成為了大家所不能避免的問題，除了一般的保護外，監控也成了人們關注的重點。視頻監控能實現實時監控的功能，并且可以把監控畫面儲存下來作為證據，在此基礎上，高級的監控系統可以通過網絡進行遠處的監控，監控畫面可以準確再現還原。通過網絡也可以實現多點監控，無線監控等監控方式。一般的監控，存在著無法長距離傳輸和只能采集不能處理等一系列的問題。除了內在因數，一些監控設備在安裝時繁瑣，不方便；對于監控者而言，也需要有一定的基礎才能掌握操作監控系統。

一、系統設計

本系統研究基于JZ2440開發板的嵌入式無線遠程網絡監控的設計與實現，利用嵌入式設備的小巧方便，低耗能的特點，來搭建一個信號采集加工和傳輸的平臺，傳輸給電腦和無線網卡。設計中采用JZ2440開發板，ARM920T內核硬件設備和Linux操作系統，CUP為三星的S3C2440A。整個系統分為開發板和PC機，開發板上的攝像頭采集信號，把信號傳輸到開發板，進行JPEG壓縮編碼，然后把數據傳到開發板上的無線網卡，通過手機APP接收解壓，能在線的觀看監控環境，同時數據通過以太網傳到PC機上。PC機上操作系統為Windows7，通過以太網，在谷歌或火狐等支持Java的瀏覽器上都可以在線遠程監控，同時PC機通過軟件可以保存監控內容。系統采用嵌入式與監控的相互結合，發揮嵌入式設備體積小，內耗低，功能專一的特點，也實現了監控需要的安全性和隱蔽性，同時加入了儲存的功能，讓整個系統能輕易的滿足監控的相關需求。

（1）嵌入式硬件平臺

根據系統的需要，嵌入式硬件平臺的搭建需要電源模塊，CPU芯片，儲存模塊，以太網接口模塊，USB接口模塊，USB攝像頭，USB無線網卡等幾個部分。

①電源模塊

系統使用1.5V和2.5V兩種直流電源。電源模塊使用AP1509芯片，AP1509是一款高效降壓DC-DC轉換器，輸入電壓為4.5V-22V，輸出電壓為1.23V-18V，反饋電壓為1.23V，輸出電流可達3A。

②CPU芯片

JZ2440開發板使用S3C2440A芯片，S3C2440A以 ARM920T為核心，采用0.13um CMOS標準單元和存儲器編譯器開發。它的低功耗，簡單，優雅和全靜態設計特別適合于成本和功耗敏感的應用。它采用了被稱為高級微控制器總線架構（AMBA）的新的總線架構。

S3C2440A提供了出色的功能，其CPU內核，一個32位ARM920T RISC處理器設計的高級RISC機， ARM920T實現了內存管理單元MMU，AMBA總線，和哈佛緩存架構與獨立的16KB指令和16KB數據高速緩存，每一個字線的長度為8。

③儲存模塊

系統采用從NOR Flash中啟動加載程序。NOR Flash 的特點是芯片內執行，可以直接在Flash閃存內運行，不用把代碼送到RAM中讀取。NOR Flash的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響到它的性能。NOR器件時是以64～128KB的塊進行的，執行一個寫入或擦除操作的時間為5s。系統采取內存芯片型號為MX29LV160DBTI，其供電電壓為3.3V。

④以太網接口模塊

系統采用以太網芯片DM9000。M9000是高速以太網控制芯片，有一個一般處理接口，一個10/100M自適應的PHY和4K DWORD值的SRAM。它的目的是在低功耗和高性能進程的3.3V與5V的支持寬容。它內置該DM9000支持8位，16位和32位接口訪問內部存儲器，以支持不同的處理器。

⑤USB接口模塊

USB是一種支持在USB主機和USB設備之間進行串行數據傳輸的通信協議。主機作為總線的主叫方，采用兩種信令模式：全速模式12Mb/s和低速模式1.5Mb/s。S3C2440A處理芯片有兩種USB通信接口：USB Slave和USB Host，USB Slave用于鍵盤和鼠標等USB設備，USB Host用于有讀取能力的設備，如：攝像頭。

⑥USB攝像頭

系統采用銳爾威視USB紅外攝像頭，型號為RER-100W03M。輸出圖像格式為MJPEG，支持UVC協議，不需要外接RAM芯片，支持linux嵌入式系統。自動對焦，紅外夜視，通過一些簡單的命令就能進行數據的采集和傳輸。

⑦USB網卡

符合IEEE 802.11（n/g/b）協議。內置智能天線，提供更好的無線傳輸性能、穩定性和無線覆蓋范圍。總線類型有USB1.1和USB2.0。系統使用的無線網卡是騰達W311M 無線網卡，VID和PID分別是 148f：5370。能穩定的傳輸視頻數據。

二、程序設計流程

①移植攝像頭驅動

打開視頻設備，視頻設備被看做一個文件。使用open函數打開這個設備，打開視頻設備后，可以設置該視頻設備的屬性，例如裁剪、縮放等。檢查當前視頻設備支持的標準，使用VIDIOC_QUERYSTD來檢測，當檢測完視頻設備支持的標準后，還需要設定視頻捕獲格式，為視頻捕獲分配內存，獲取并記錄緩存的物理空間，使用VIDIOC_REQBUFS，獲取req.count的緩存，下一步通過調用VIDIOC_QUERYBUF命令來獲取這些緩存的地址，然后使用mmap函數轉換成應用程序中的絕對地址，最后把這段緩存放入緩存隊列。數據緩存采用FIFO的方式，當應用程序調用緩存數據時，緩存隊列將最先采集到的視頻數據緩存送出，并重新采集一張視頻數據。這個過程需要用到兩個ioctl命令。最后配置攝像v4l2驅動。驅動移植好了，插上攝像頭，執行lsusb就可以看到攝像頭數據。endprint

②移植servfox

先移植spcaview在Linux上編譯spcaview再安裝spcaview軟件，spcaview 工具是用來紀錄數據流，也能用來播放數據，也能作為網絡監視客戶端用。

最后在Linux上運行： ./spcaview –g –s 320x240 –w 210.41.135.100：7070

其中210.41.135.100是服務器的IP地址，這樣我們就可以在PC機上看見USB攝像頭采集進來的數據了。

③Boa服務器的移植

先配置boa.conf文件，然后在開發板的/usr/bin目錄下執行 ./boa。然后移植libjpeg庫。就能在PC機上通過瀏覽器進行監控。

三、控制方法

①攝像頭放在監控地點通過USB線將數據傳輸到開發板，開發板應放在監控人所在處，二者之間通過USB數據線和USB延長線連接，線路安裝簡單，WIFI網卡直接與開發板相連。

USB無線網卡和USB攝像頭連接到開發板，開發板上電，等待系統啟動打開手機WIFI設置，連入本地WIFI，最后打開手機APP等待幾秒APP會自動獲取IP地址。數據會通過APP呈現出來。

②USB攝像頭與開發板相連，開發板和PC機之間用網線直連，就可進行網絡監控與存儲。

當系統連接開發板上電以后，打開PC機本地軟件Video.exe，在其中輸入以開發板IP為基礎的網址：http：//172.16.150. 157：8080/？action=stream，即可進行本地監控。在軟件中可以對視頻信息進行在線觀看和儲存，儲存位置可以自行設置。

③在局域網內的任意一臺PC機，可以用谷歌瀏覽器和火狐瀏覽器登錄開發板IP地址所在的頁面，輸入賬號密碼驗證碼后即可進行遠程視頻監控。如果PC機上裝有“Video.exe”也可進行數據的存儲。

四、結語

基于ARM開發板的網絡監控設備在安全監控中的實時應用，設計了一套無線網絡監控系統。設計中使用了JZ2440開發套件，建立一套能實時監控并能監控數據進行無線傳輸，遠程網絡傳輸和儲存的系統。繼承了S3C2440芯片強大的網絡傳輸特點，能夠以無線的方式，低成本，低功耗的實現信息的在線監控與儲存，同時又使系統不失靈活性和可靠性。

參考文獻

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作者簡介

袁適成，男，攀枝花學院，研究方向：電氣信息工程學院電氣工程及其自動化。

曹玉東，女，高級實驗師，主要從事電類課程的理論及實驗教學工作。endprint