嵌入式Linux家居監控系統的設計與實現

摘 要：論文介紹了采用S3C2440處理器和Linux操作系統設計的一套基于Web服務器的遠程監控系統，系統中加入了溫濕度采集模塊、有害氣體采集模塊、燈光控制模塊，方便人們對室內環境的實時監控，用戶通過一臺上網設備，就可以輕松的實現遠程控制與監控。該系統具有功耗低、成本低、控制簡便、智能化等特點。

關鍵詞：家居監控；Linux操作系統；智能化

中圖分類號：TP273.5；TP368.1 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2018）01-0027-03

Design and Implementation of Embedded Linux Home Monitoring System

ZHOU Yong，WU Yan

（School of Electrical and Information Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China）

Abstract：The design of a web server-based remote video monitoring system that employed S3C2440 processor and Linux real-time operating system is introduced in this paper. The temperature，humidity，harmful gas acquiring modules and lighting control module are included in this system to make the real-time monitoring of the indoor environment convenient to people，so the remote monitoring and controlling of the home environment can be come true by one internet terminal equipment easily. Experiments show that the system has the characteristics of low power consumption，easy control and intelligence.

Keywords：home video surveillance；Linux real-time operating system；intelligent

0 引 言

隨著經濟的發展、以及網絡技術的快速發展，監控系統越來越廣泛的應用于各行業，早期的監控系統主要用于通信行業，交通運輸行業和安全行業等[1]。近年來它正逐漸向其他公眾行業方向發展。

由于治安狀況日益復雜，公共安全問題不斷突出，城市犯罪日益增長，犯罪手段不斷更新升級[2]。這些使得開發人員越來越注重積極主動預防式的視頻監控系統的研究。自從美國“9·11事件”和倫敦地鐵爆炸事件以來，城市的應急響應已成為新的安全建設熱點[3]。對此本文采用ARM9處理器、Linux實時操作系統設計了一套智能遠程監控系統。系統具有多任務處理、實時性強、功耗低、系統可移植和可擴展性強等優點。

1 系統總體設計

系統總體框圖見圖1所示，主要由8個部分組成，一個基于S3C2440的ARM主控平臺，主控平臺主要進行視頻數據流的處理，對傳感器采集的室內環境信息進行處理，發出控制命令，實現室內視頻監控等操作。

對于主控制器與網絡終端的網絡通信，是基于主控平臺的DM900網卡實現的，它通過TCP協議與遠端PC機服務器建立通信連接[3]。攝像頭模塊主要對室內監控區域進行數據采集，該模塊采用低功耗的CMOS型OV9650攝像頭[4]，溫濕度檢測模塊對室內溫濕度進行采集，所采集數據通過以太網傳輸到PC機上（PC機可以通過Web網頁對室內進行監控）或手持終端，實現室內監控和室外遠程監控。燈光控制模塊用于在晚上或光線較暗時，打開室內點燈方便監控；報警模塊在有非法入侵和室內有害氣體濃度超標時觸發報警信號。

2 硬件設計

系統采用S3C2440作為主控制器，外圍電路有燈光控制電路、溫濕度采集電路、氣體濃度采集電路、USB攝像頭電路和報警電路等。

主控制器是基于ARM920T內核的16/32位RISC微處理器[5]，具有低成本、低功耗、高性能等特點，采用了0.18um CMOS工藝技術，它集成的常見系統外設和接口如表1：

硬件的主板配置圖如圖2。它包含電源電路（5V供電）、復位電路、標準JTAG調試口、以及核心的CPU和存儲單元等。NORFALSH用來燒寫BootLoader，NAND FALSH用來存儲完整的系統程序（BootLoader、文件系統、內核等）。串口用來下載程序和連接調試終端軟件，方便用戶調試程序，以太網接口用于PC和主控平臺的連接，實現Web網頁的遠程控制。GPIO拓展接口用于監控系統外圍電路的擴展。

3 軟件設計

對于系統軟件平臺的搭建，首先在S3C2440主平臺上移植了啟動文件U-boot、Linux內核、Yaffs根文件系統。軟件系統執行過程為：當系統上電時，系統將加載引導程序U-boot（BootLoader），進而初始化硬件設備[6]；在系統初始化完成后，系統創建一個內存空間映射，將引導系統的硬件環境和軟件環境進入一個就緒狀態，從而保證后續調用操作系統不會出錯。

為了管理應用軟件，以及實現系統的實時性和多任處理功能，Linux內核中內置了完整的TCP/IP協議，以及系統需要的各種設備驅動程序。Yaffs根文件系統包含了系統啟動時所需要的目錄和關鍵性文件，它采用了樹形結構形式組織管理Linux的各文件。如果要實現系統的其它各種功能，需要將相應的驅動程序寫入內核中。系統軟件總體流程如圖3所示。

圖3 軟件總體流程圖

系統采用TCP/IP協議技術實現網絡通信，攝像頭前端采集圖像視頻數據，經過JEPG壓縮后，采用網絡傳輸到主控平臺服務器，經過主控平臺的處理，用戶就能通過客戶端實現實時監控。系統采用了B/S架構[7，8]，只要客戶端安裝了JAVA插件的瀏覽器，就可以實現接收圖片和視頻，達到室內實時監控的目的。

以上的視頻監控，都是基于Boa服務器的，因此需要在主控板上移植Boa服務器。

將Boa服務器在Linux平臺下配置編譯好后，將其移植到主控板，主要的步驟如下：

（1）編譯Boa程序，在www.boa.org網站下載Boa-0.94.13.tar.gz源碼包，解壓后配置、編譯。

（2）對Boa.conf配置文件進行修改，主要修改其訪問權限，將其中的User Nobody改為User 0；Group Nogroup改為Group 0。在Linux終端下通過命令設置Html文件目錄為DocumentRoot/var/www；首頁目錄為Directorylndex index.html；Cgi腳本目錄為ScriptAlias/cgi bin//usr/lib/cgi-bin。這些目錄可以根據用戶需求自行修改，但必須要和存放的網頁目錄一致。

4 系統測試及結論

將編寫好的配置文件Config.ini、網頁文件Main.c、以及編譯后的Main.cgi等文件放入Boa.conf目錄下，將主控板的IP和電腦的IP設置為同一網段，通過Ping命令測試主控板和電腦之間是否連通，如果兩者連通，就可以在IE瀏覽器輸入主控板的IP地址，進入遠程監控系統的登錄界面，如圖4所示，登錄成功后就可以實現燈光等控制，控制界面如圖5所示。

首先用網線連接實驗板和計算機，確保網絡連接正常以實現后續功能；也可以將主控板連接在局域網中，然后可以使用LAN中的任何一臺電腦訪問主控板的網頁，從而實現攝像頭的網絡共享。

先在主控板開啟Boa服務器，再打開IE瀏覽器，輸入網址http：//192.168.1.10：8080，就可以訪問指定的網頁控制界面了。如果用戶需要觀看視頻流，則需要使用FireFox瀏覽器。

在普通IE瀏覽器中也可以使用JAVA觀看視頻流，但是需要安裝JRE（JAVA操作環境）來觀看視頻流。點擊“JAVA視頻”，就可以觀看監控的視頻圖像[7]。

5 結 論

系統以S3C2440為主控處理芯片，以Linux為操作系統，配以必要的外圍電路，實現了一個多任務、高性能、低功耗、方便易用的智能遠程監控系統。用戶可以利用電腦等上網終端，進入指定的網頁控制界面，就可實現對家居內部環境的遠程控制與管理。

如果在系統的基礎之上再進行一些外圍功能擴展，就可以方便的設計出一個低成本的智能家居系統。同時，系統還有很多應用，如將GPRS模塊加入系統中，就可以實現移動對象的監控，如貨運車輛管理系統中，將貨運車輛各種數據信息，實時的發送到遠程服務器，即可實現網絡化管理的貨運車輛系統[8]。

參考文獻：

[1] 譚新梅.基于ARM9的嵌入式無線智能安防監控系統的研究與設計 [D].湖南大學，2016.

[2] 王哲梁.基于嵌入式Linux的遠程視頻監控系統 [D].杭州電子科技大學，2014.

[3] 伍儉.基于ARM的網絡視頻監控系統的研究與設計 [D].長沙：中南大學，2010.

[4] 姚志.圖像檢測技術在智能家居中應用的研究 [D].湖南大學，2014.

[5] 白鳳玲，佴仁武.基于FPGA和ZigBee技術的智能家居系統 [J].黑龍江科技信息，2016（33）：14.

[6] 季建華.基于物聯網的智能家居遠程監控系統設計與實現 [J].計算機應用與軟件，2015，32（11）：143-146+205.

[7] 尤澤池，尤曉萍.基于無線傳感器網絡的路燈監控系統 [J].自動化與儀器儀表，2014（7）：136-138.

[8] 程凡.基于ARM智能家居遠程視頻監控系統設計與實現 [D].西安：西安電子科技大學，2015.

作者簡介：周勇（1987-），男，漢族，四川廣安人，碩士生。從事電子開發設計；通訊作者：吳艷，女，漢族，湖北天門人，副教授，博士。研究方向：圖像信號處理與應用電子系統設計。