基于WIFI的无线远程视频监控系统设计
2022-06-09
【摘要】伴随着科学技术的快速发展，大家对于安全的要求也是越来越高，由于视频监控含有实时记录与拍摄的功能，在很多的工程领域具有广泛的应用。本文针对于传统的监控设备具有的问题，特设计出利用无线与互联网络的远程视频监控系统，其具有的特点为灵巧方便、成本低廉、功耗非常的小等优势，具有非常好的应用与市场推广价值。
【关键词】视频监控；应用价值；PC机；嵌入式系统
1.引言
现阶段电子信息技术发展极为迅速，人民的生活水平也在飞速的提高，视频所特有的方便、直观以及其丰富的内容等更是受到更多的人的喜爱，当前严格控制视频的应用也在安防监控、军事、远程视频会议、工业、远程医疗、商业以及金融行业等方面得到广泛应用。在一开始，视频监控所选择的是借助模拟信号传输，之后其便通过以PC卡式数字信号传输为基础的一种嵌入式系统来进行视频监控，以监控系统的第三代嵌入式系统为基础的视频监控是自所有年龄的人来的，其凭借其成本低、灵活性强以及不被限制的传输距离的优势，而受到人们的追捧，以极快的速度占领了市场，采集监控现场图像是其主要的目的，而且其可以对照片进行收集，并进行长时间保存，用来进行之后的查询以及检索环节。
2.系统设计
2.1需求分析
以嵌入式视频监控系统为依据，要求对食品厂生产车间进行安排，我们发现在所有地方的视频进行采集以及传输系统的车间，需要能够随时移动放置的系统，系统在耐久性以及安全性的要求之下，其需要进行标准的封闭盒包装的选择，并将预留摄像头来进行天线接口，在盒子中进行其他电路板以及电源的莫风。以项目的具体需要为依据，来进行以下功能要求的获得：
首先就是视频捕捉功能，第二就是无线数据传输功能，第三就是处理以及恢复图像的功能。
2.2总体方案设计
系统总体设计如图2.1所示：
图2.1系统总体设计框图
在监控场所的视频采集节点安装有一套视频采集与传输的嵌入式监控系统，摄像头受到了上位机的控制，或是自动或是自动对于环境里面的图像进行采集，之后在通过处理器在WiFi的环境下面传输到上位机软件里面对于这些信息进行复原与处理。
3.硬件结构设计
3.1设计方案
本文选用的为基于三星S3C6410核心板作为基础的嵌入式系统开发，在不改变核心板的条件下面对于底板进行整理与设计，添加一些外围的通用接口与两个USB借口。核心板与底板的部分采用的外扩电源电路进行供电，扩展部分利用的为一个以太网的接口，对于网络通信部分进行调节，同时外围还具有一个扩展的SD卡接口电路，对于摄像头拍摄的视频数据进行外部储存，系统硬件部分具体连接如图3.1所示：
图3.1系统硬件组成框图
3.2电源部分设计
系统硬件设计里面最为重要的部分就会电源电路，因为系统具有具有很多的电子元件，这些器件需要的电压也不近完全一样，所以说对于电源电路的设计就显得非常重要。同时在硬件电路的设计里面，由于电源问题引起的故障也是具有很大的比例，本文设计的系统里面，电子元器件需要两种电压模式进行供电，具体分为+5V和+3.3V两个部分。系统里面需要的+5V可以直接的由外部+5V电源来提供，在电路里面只是需要加入一个电容来过滤到外部含有的杂波，其具体的电路连接形式如图3.2所示：
图3.2系统外接+5V供电电路
另一种3.3V的电压在系统里面也是应用较多，其可以通过稳压芯片AMS1086CM-3.3来获得，外部的+5V的直流点经过稳压芯片以后会变成+3.3V电压，会给系统里面不同的电子元件来供电，其含有的基本电路原理图如图3.3所示，电路图中具有的C9、C13和C14都是具有电压滤波的功能。
为了可以准确的了解电源的状态，判断系统是否供电正常，在系统里面添加了一个电源指示灯LED，如果这些系统供电是正常那么这个等就会被点亮，同时为了给用户提供一个比较准确的时间，在电池插座部分安装一个纽扣电池对于实时时钟部分提供电能。
图3.3 +5V电压转+3.3V电压原理图
3.3WiFi部分设计
在1994年的时候因特尔、IBM以及微软移动提出串行USB接口，本次设计的系统含有两个USB主机接口，用来通过与WiFi ZC301摄像头与S3C6410处理器两个部分实现连接。这样的系统对于可以完全的兼容USB2.0协议，为了很好的节省系统的设计部分，内部含有的电压调节电路直接的连接到外部的+5V电源里面，之后在将+5V电压转变为+3.3V的电压，在芯片的外部含有12MHz晶体。
3.4以太网接口与串口电路设计
因为三星S3C6410处理器自身不具有一个网络接口，但是系统需要利用网络的预调试网络的通信系统，所以在系统里面的数据传输是基于WiFi的无线传输，这样软件与硬件的抗干扰USB网卡驱动的问题就被避免了，有线网络的部分也是实现了即插即用。
4.软件部分设计
嵌入式的系统是一套非常复杂的软件系统，其主要含有Boot loader程序、文件系统以及应用程序等软件系统组成。本次设计的嵌入式系统都是需要用到这些软件，结合本次项目设计的实际内容，本节内容组要介绍的为软件开发环境的建立，引导程序Boot Loader的制作以及Linux内核程序的裁剪。通过分析我们可以看出基于Linux操作系统的嵌入式系统软件组要含有三层结构，那就是驱动层、操作系统层以及应用层，这个里面系统的引导程序是系统被加电以后需呀执行的第一段程序，其组要执行的过程可以分为两个部分：那就是过程部分利用汇编语言填写，代码量非常的小，在上电以后ROM里面运行，含有的配置为与系统的处理器有关的寄存器，对于系统的时钟、总线时钟以及开门狗等部分进行设计，在外部链接SDRAM和flash Rom存储设备进行配置等相关操作。第二个部分使用的为C语言进行编写，通常在RAM里面运行，主要使用的为执行系统的映像文件从ROM到RAM的转移，挂接系统中断等，之后再进入系统的根本任务里面。 （1）建立开发环境
Linux操作系统死一个在计算机运行的软件系统，不过嵌入式Linu操作系统对其进行改造，可以再嵌入式的CPU上面实现，例如ARM处理器等。对于嵌入式系统的开发需要建立一个立体交叉的编译环境，第一步为在PC上面安装Linux操作系统，完成安装以后连接到装载的交叉编译软件里面，本次设计的系统使用的就是ARM-Linux-GCC交叉编译环境，含有的交叉编译过程具体如图4.1所示：
图4.1交叉编译过程示意图
（2）Boot Loader移植
本次设计的系统含有的硬件资源如下：ARM处理器、ARM11芯片，同时本文基于ARM1176JZF-S核进行设计，运行的频率为533MHz，运行的最高频率可以达到667MHz。储存器的大小为128M，可以扩展到256M，在S3C6410处理器里面含有的移植过程具体如下所示：
将在网上下载好的源代码解压以后，tar xvfj u-boot-1. 1. 6. tar. bz2 -C，经过解压以后变成u-boot-1. 1.6文件夹。其含有的目录结构如下所示：
|--board-->与硬件平台有关，存放电路板有关的资源目录，例如含有d ave以及smdk2410等；
|-- CPU -->有关的硬件平台，存放与具体的CPU有关文件的目录，例如含有：arm720t、arm920t、i386等；
|-- lib_microblaze -->主要放置的为与ARM系统里面经常使用的文件，其具有的函数主要应用在ARM平台上面；
|-lib_generic ->所指的为通用的函数库，也就是系统里面所需要使用的函数都是需要放在这里面，含有拷贝函数memcopy，打印函数Sprintf等；
（4）Linux文件系统
在Linux里面并没有像Windows C、D、E那样的分盘概念，而是将所有的文件储存到一个分区下面，这样与Windows C盘非常类似，其将操作系统启动时需要的程序文件都存放到这个分区目录下面。这样做的目的为在正常的启动操作系统以后，其可以运行在一个比较稳定的条件下面，针对于初始化程序与应用程序的文件，这些文件合起来被叫做根文件系统。
对于分区上面放置的文件需要依据规定的格式放置，其被叫做文件系统的类型，例如fat32、yaffs等都被叫做文件的类型。
Linux操作系统对于目录文件的管理方式采用树状的结构，其他部分的分区文件都是需要挂接到根文件目录下面，通过含有的分区挂接就可以直接的访问这一部分的分区，比如说根文件系统被挂接到了根目录“/”下面，根目录就可以访问其含有的全部文件，例如其含有的/etc、/inckide等；同时在/mnt目录下挂接其他分区，这个目录就可以访问在本目录下面的所有文件。
结论
本课题的主要来源就是监测食品厂生产车间，作为视频传输点以及采集点的嵌入式系统，也就是客户机，其借助于嵌入式系统中所运行的陈旭来对远端控制客户端进行直线。在本文中使用的是Hny6410开发板中的核心板来当做硬件，来对自己设计的底层板模式进行设计，这就使得系统的开发速度得到加快，并使得成本大一大幅度减少，测试数据显示，设计对于预期的需求进行了满足，使得食品厂生产车间中所要求的卫生环境监控得以满足。
参考文献
[1]梁秀娟，张胜.基于V4L的摄像头实时视频采集实现[J].福建电脑，2011（09）
[2]郝宝芳，袁和刚.Linux环境下基于Socket的网络通信研究[J].电脑知识与技术， 2011（26）
【关键词】视频监控；应用价值；PC机；嵌入式系统
1.引言
现阶段电子信息技术发展极为迅速，人民的生活水平也在飞速的提高，视频所特有的方便、直观以及其丰富的内容等更是受到更多的人的喜爱，当前严格控制视频的应用也在安防监控、军事、远程视频会议、工业、远程医疗、商业以及金融行业等方面得到广泛应用。在一开始，视频监控所选择的是借助模拟信号传输，之后其便通过以PC卡式数字信号传输为基础的一种嵌入式系统来进行视频监控，以监控系统的第三代嵌入式系统为基础的视频监控是自所有年龄的人来的，其凭借其成本低、灵活性强以及不被限制的传输距离的优势，而受到人们的追捧，以极快的速度占领了市场，采集监控现场图像是其主要的目的，而且其可以对照片进行收集，并进行长时间保存，用来进行之后的查询以及检索环节。
2.系统设计
2.1需求分析
以嵌入式视频监控系统为依据，要求对食品厂生产车间进行安排，我们发现在所有地方的视频进行采集以及传输系统的车间，需要能够随时移动放置的系统，系统在耐久性以及安全性的要求之下，其需要进行标准的封闭盒包装的选择，并将预留摄像头来进行天线接口，在盒子中进行其他电路板以及电源的莫风。以项目的具体需要为依据，来进行以下功能要求的获得：
首先就是视频捕捉功能，第二就是无线数据传输功能，第三就是处理以及恢复图像的功能。
2.2总体方案设计
系统总体设计如图2.1所示：
图2.1系统总体设计框图
在监控场所的视频采集节点安装有一套视频采集与传输的嵌入式监控系统，摄像头受到了上位机的控制，或是自动或是自动对于环境里面的图像进行采集，之后在通过处理器在WiFi的环境下面传输到上位机软件里面对于这些信息进行复原与处理。
3.硬件结构设计
3.1设计方案
本文选用的为基于三星S3C6410核心板作为基础的嵌入式系统开发，在不改变核心板的条件下面对于底板进行整理与设计，添加一些外围的通用接口与两个USB借口。核心板与底板的部分采用的外扩电源电路进行供电，扩展部分利用的为一个以太网的接口，对于网络通信部分进行调节，同时外围还具有一个扩展的SD卡接口电路，对于摄像头拍摄的视频数据进行外部储存，系统硬件部分具体连接如图3.1所示：
图3.1系统硬件组成框图
3.2电源部分设计
系统硬件设计里面最为重要的部分就会电源电路，因为系统具有具有很多的电子元件，这些器件需要的电压也不近完全一样，所以说对于电源电路的设计就显得非常重要。同时在硬件电路的设计里面，由于电源问题引起的故障也是具有很大的比例，本文设计的系统里面，电子元器件需要两种电压模式进行供电，具体分为+5V和+3.3V两个部分。系统里面需要的+5V可以直接的由外部+5V电源来提供，在电路里面只是需要加入一个电容来过滤到外部含有的杂波，其具体的电路连接形式如图3.2所示：
图3.2系统外接+5V供电电路
另一种3.3V的电压在系统里面也是应用较多，其可以通过稳压芯片AMS1086CM-3.3来获得，外部的+5V的直流点经过稳压芯片以后会变成+3.3V电压，会给系统里面不同的电子元件来供电，其含有的基本电路原理图如图3.3所示，电路图中具有的C9、C13和C14都是具有电压滤波的功能。
为了可以准确的了解电源的状态，判断系统是否供电正常，在系统里面添加了一个电源指示灯LED，如果这些系统供电是正常那么这个等就会被点亮，同时为了给用户提供一个比较准确的时间，在电池插座部分安装一个纽扣电池对于实时时钟部分提供电能。
图3.3 +5V电压转+3.3V电压原理图
3.3WiFi部分设计
在1994年的时候因特尔、IBM以及微软移动提出串行USB接口，本次设计的系统含有两个USB主机接口，用来通过与WiFi ZC301摄像头与S3C6410处理器两个部分实现连接。这样的系统对于可以完全的兼容USB2.0协议，为了很好的节省系统的设计部分，内部含有的电压调节电路直接的连接到外部的+5V电源里面，之后在将+5V电压转变为+3.3V的电压，在芯片的外部含有12MHz晶体。
3.4以太网接口与串口电路设计
因为三星S3C6410处理器自身不具有一个网络接口，但是系统需要利用网络的预调试网络的通信系统，所以在系统里面的数据传输是基于WiFi的无线传输，这样软件与硬件的抗干扰USB网卡驱动的问题就被避免了，有线网络的部分也是实现了即插即用。
4.软件部分设计
嵌入式的系统是一套非常复杂的软件系统，其主要含有Boot loader程序、文件系统以及应用程序等软件系统组成。本次设计的嵌入式系统都是需要用到这些软件，结合本次项目设计的实际内容，本节内容组要介绍的为软件开发环境的建立，引导程序Boot Loader的制作以及Linux内核程序的裁剪。通过分析我们可以看出基于Linux操作系统的嵌入式系统软件组要含有三层结构，那就是驱动层、操作系统层以及应用层，这个里面系统的引导程序是系统被加电以后需呀执行的第一段程序，其组要执行的过程可以分为两个部分：那就是过程部分利用汇编语言填写，代码量非常的小，在上电以后ROM里面运行，含有的配置为与系统的处理器有关的寄存器，对于系统的时钟、总线时钟以及开门狗等部分进行设计，在外部链接SDRAM和flash Rom存储设备进行配置等相关操作。第二个部分使用的为C语言进行编写，通常在RAM里面运行，主要使用的为执行系统的映像文件从ROM到RAM的转移，挂接系统中断等，之后再进入系统的根本任务里面。 （1）建立开发环境
Linux操作系统死一个在计算机运行的软件系统，不过嵌入式Linu操作系统对其进行改造，可以再嵌入式的CPU上面实现，例如ARM处理器等。对于嵌入式系统的开发需要建立一个立体交叉的编译环境，第一步为在PC上面安装Linux操作系统，完成安装以后连接到装载的交叉编译软件里面，本次设计的系统使用的就是ARM-Linux-GCC交叉编译环境，含有的交叉编译过程具体如图4.1所示：
图4.1交叉编译过程示意图
（2）Boot Loader移植
本次设计的系统含有的硬件资源如下：ARM处理器、ARM11芯片，同时本文基于ARM1176JZF-S核进行设计，运行的频率为533MHz，运行的最高频率可以达到667MHz。储存器的大小为128M，可以扩展到256M，在S3C6410处理器里面含有的移植过程具体如下所示：
将在网上下载好的源代码解压以后，tar xvfj u-boot-1. 1. 6. tar. bz2 -C，经过解压以后变成u-boot-1. 1.6文件夹。其含有的目录结构如下所示：
|--board-->与硬件平台有关，存放电路板有关的资源目录，例如含有d ave以及smdk2410等；
|-- CPU -->有关的硬件平台，存放与具体的CPU有关文件的目录，例如含有：arm720t、arm920t、i386等；
|-- lib_microblaze -->主要放置的为与ARM系统里面经常使用的文件，其具有的函数主要应用在ARM平台上面；
|-lib_generic ->所指的为通用的函数库，也就是系统里面所需要使用的函数都是需要放在这里面，含有拷贝函数memcopy，打印函数Sprintf等；
（4）Linux文件系统
在Linux里面并没有像Windows C、D、E那样的分盘概念，而是将所有的文件储存到一个分区下面，这样与Windows C盘非常类似，其将操作系统启动时需要的程序文件都存放到这个分区目录下面。这样做的目的为在正常的启动操作系统以后，其可以运行在一个比较稳定的条件下面，针对于初始化程序与应用程序的文件，这些文件合起来被叫做根文件系统。
对于分区上面放置的文件需要依据规定的格式放置，其被叫做文件系统的类型，例如fat32、yaffs等都被叫做文件的类型。
Linux操作系统对于目录文件的管理方式采用树状的结构，其他部分的分区文件都是需要挂接到根文件目录下面，通过含有的分区挂接就可以直接的访问这一部分的分区，比如说根文件系统被挂接到了根目录“/”下面，根目录就可以访问其含有的全部文件，例如其含有的/etc、/inckide等；同时在/mnt目录下挂接其他分区，这个目录就可以访问在本目录下面的所有文件。
结论
本课题的主要来源就是监测食品厂生产车间，作为视频传输点以及采集点的嵌入式系统，也就是客户机，其借助于嵌入式系统中所运行的陈旭来对远端控制客户端进行直线。在本文中使用的是Hny6410开发板中的核心板来当做硬件，来对自己设计的底层板模式进行设计，这就使得系统的开发速度得到加快，并使得成本大一大幅度减少，测试数据显示，设计对于预期的需求进行了满足，使得食品厂生产车间中所要求的卫生环境监控得以满足。
参考文献
[1]梁秀娟，张胜.基于V4L的摄像头实时视频采集实现[J].福建电脑，2011（09）
[2]郝宝芳，袁和刚.Linux环境下基于Socket的网络通信研究[J].电脑知识与技术， 2011（26）