基于嵌入式Linux的智能家居視頻監控系統設計

薛偉超

【摘要】本文針對傳統家居監控系統布線復雜的問題，提出了一種嵌入式智能家居無線監控系統。該系統以S3C2440為硬件平臺，以Linux操作系統為軟件平臺，系統內移植Web服務器，并采用了GPRS無線網絡通信傳輸技術，用戶可通過測覽器查詢家居信息。實現了對家居的遠程監控、狀態查詢等功能，可滿足人們對家居高品質生活的追求。

【關鍵詞】嵌入式Linux；智能家居；視頻監控；設計

隨著嵌入式技術、網絡技術的迅速發展以及人民生活水平的提高，人們開始更加注重家居環境的安全，伴隨人們需求的提高，基于嵌入式的實時監控系統應運面生。目前，視頻監控系統經歷了模擬監控、數字監控和網絡監控三個階段。用戶可以通過瀏覽器進行訪問，以查看Web服務器上的監控圖片，并做出相應處理。

一、總體設計

本系統由室內監控終端和遠程監控中心兩部分組成。監控終端采用嵌入式系統，分為硬件平臺和軟件平臺兩部分，其中硬件平臺由處理器和外圍設備組成，而軟件平臺由嵌入式操作系統和應用軟件組成。當檢測模塊檢測到異常時，攝像頭采集監控畫面，并進行壓縮編碼處理，GPRS通過撥號的方式連入互聯網，將壓縮的碼流經過互聯網傳輸到監控中心，整個系統是基于B/S架構設計的，用戶不需要安裝任何專用的軟件就可以查看室內監控系統的畫面。

二、系統硬件設計

（一）主控模塊

采用S3C2440處理器芯片作為智能家居控制系統的控制核心，CPU工作頻率最高可達533MHz，擁有可進行乘累加單元（MAC）、指令和數據存儲器管理單元（MMU）、16kB的指令和數據緩存、16字深的寫緩沖，為程序的高速運行提供了有力保證。S3C2440提供了外設有存儲控制器、NANDFlash控制器、攝像頭接口、USB控制器等。

（二）GPRS無線傳輸模塊

GPBS無線移動通信網絡覆蓋面廣、網絡能力強、系統性能穩定、價格低廉、易于安裝使用。它基于IP的網絡，傳輸速率理論上可達171.2kb/s，且傳輸延時小。本文采用GF-5000 WGPRS模塊，它是一個單面高集成度精巧結構設計，擁有GPRSClass10多時隙功能，支持GSM900/DCS1800雙頻，支持電路交換語音和短消息業務，擁有GSM07.07和增強型AT命令集。

（三）圖片采集模塊

圖像采集的設備有很多種，OV9650傳感器具有130萬像素，分辨率可達1280×1024，具有標準的SSCB接口和10bit數據接口。由于S3C2440片內有攝像頭接口外設，所以將OV9650攝像頭芯片直接與處理器攝像頭接口引腳相連，圖像并行傳輸，圖像數據速度明顯提高。

（四）傳感器模塊

本文選用MC-112催化式傳感器，來檢測可燃氣體濃度。具有半導體技術、高靈敏度、穩定可靠等特點。選用紅外熱釋電傳感器LHi778作為人體檢測模塊。采用紅外熱釋電傳感器專用信號處理芯片BISS0001來完成信號的處理放大。

三、系統軟件設計

（一）嵌入式開發平臺

Linux具有開放源代碼、資源豐富、內核可裁剪等優點，因此我們采用Linux作為操作系統。構建嵌入式操作系統平臺主要包括構建交叉編譯環境、BootLoader移植、內核的裁剪與編譯、根文件系統的制作等。其中內核的裁剪的主要操作有：（1）編輯Makefile文件。將CROSS_COMPILE=opt-host-armv41-bin-armv41-un-know-linux改為CROSS_COMPILE=arm-linux。（2）編譯內核makemenuconfig配置Linux內核。（3）執行命令makedep創建內核的依賴關系。（4）創建內核鏡像makezImage。（5）Linux內核壓縮映像zImage建立根文件系統。

（二）圖像采集

在Linux下的視頻采集是通過Video4Linux實現的，它是連接視頻設備的內核程序，提供了一系列的接口函數API，專門服務于視頻設備的應用程序編程。在編譯內核時要將Video4Linux項選中，對應的設備文件目錄是/dev/video。設備驅動提供了open、read、write、close等函數調用，采用內存映射mmap方式把設備內存映射到應用程序的內存空間中，用戶空間和內核空間不需要交換數據，

（三）嵌入式Web服務器

Boa是一種高性能單任務的HTTP服務器，能夠支持實現動態Web技術的CGI（公用網關接口）技術，源代碼開放，而且能夠非常方便地在操作系統上進行移植。當有連接請求時，Boa不為每個連接單獨創建進程，而是通過建立HTTP請求列表來處理多路連接請求。

Linux下實現Boa，需要對Boa做一些配置和修改。主要通過對boa.conf和mime.type文件進行修改，需要將cgi文件擴展名和applICation/x-httpd-cgi類型關聯；配置CGI腳本存放路徑，在boa.conf中用ScriptAlias來指明，然后創建HTML文檔目錄、CGI腳本目錄，最后將boa.conf放到/etc/boa目錄下。Web服務器接收到請求，將瀏覽器發過來的參數傳遞給CGI程序，CGI程序完成處理，生成HTML頁面代碼寫到重定向的標準輸出。

四、結語

系統采用開源的Linux系統，降低了開發成本，可以任意裁剪和制定內核，方便移植。與傳統PC機的監控系統相比，本系統具有體積小、成本低、可靠性強等優勢。本系統還具有一定的擴展性，可以增加適當的功能擴展來滿足用戶更高的要求，如在圖像采集端加入設置入侵檢測或者報警等控制功能。

參考文獻

[1]余志綱.基于嵌入式Linux視頻監控系統的關鍵技術研究[D].湘潭：湖南科技大學，2014.

[2]任奇.基于嵌入式Linux平臺的無線視頻監控系統設計與實現[D].成都：電子科技大學，2014.