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    基于ARM9的智能遠程倉庫安防監控視頻系統的設計與實現

      信息來源:   發布時間:2021-12-09  點擊數:

    引言:

    目前, 隨著網絡技術和集成電路技術的高速發展, 嵌入式系統已經成為IT的一個焦點, 嵌入式視頻監控系統大量的應用于自動控制工業生產、軍事技術和家用消費電子等各個領域。

    現今市場上有兩種數字視頻監控系統類型, 一種是以數字錄像設備為核心的視頻監控系統, 另一種是以嵌入式視頻WEB服務器為核心的視頻監控系統。以嵌入式視頻WEB服務器為核心的視頻監控系統, 采用嵌入式實時多任務操作系統。攝像頭采集到的圖片信息經過壓縮, 通過內部總線送到內置的WEB服務器, 網絡上的用戶可以直接用瀏覽器觀看WEB服務器上的由攝像頭采集的圖像。由于把圖片采集和WEB功能集中到一個體積很小的設備內, 可以直接連入局域網, 用戶無需安裝任何硬件設備, 僅用瀏覽器即可觀看。

    本文主要介紹一種基于ARM9處理器的新型智能遠程倉庫安防監控視頻系統。利用GPRS模塊實現呼出預警, 并在Linux系統中搭建WEB服務器以實現遠程監控。

    1. 嵌入式硬件系統設計

    本監控系統平臺采用三星公司ARM9嵌入式處理器, 以USB接口的CMOS攝像頭實現圖像采集, 另以同樣為USB接口的GPRS模塊的呼出預警。

    如圖1所示, 系統以ARM處理器為核心, 通過外部擴展64M存儲器 (Flash/SDRAM) 、CMOS攝像頭, 實現無線監控平臺的視頻采集和數據傳輸功能。

    三星公司的處理器S3C2440內部集成了ARM公司ARM920T處理器核的32位微控制器, 資源豐富, 帶獨立的16KB指令Cache和16KB數據Cache、LCD控制器、RAM控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、并行I/O口、8路10位ADC、Touch Screen 12S接口、2個USB接口控制器、2路SPI, 主頻最高可達533MHz。

    圖1 遠程智能倉庫安防系統構成

    圖1 遠程智能倉庫安防系統構成  下載原圖


    本系統中USB攝像頭使用一種ZC301P芯片的極速攝像頭。該攝像頭采用高品質CMOS感光芯片, 圖像的分辨率最大可達到640x480。引出了一個串行接口和一個HOSTUSB接口。通過在USB接口上外接一個USB口的攝像頭, 將采集到的視頻圖像數據放入輸入緩沖區中, 對采集的圖像數據進行處理, 然后通過網絡接口將圖像發送到Internet上。

    GPRS模塊的選擇要選擇低成本且帶有TCP/IP協議, 本系統選用了性價比比較高的Wavecom的Q2401A模塊。

    2. 嵌入式軟件系統設計

    視頻監控軟件是工作的核心部分。該監控系統的軟件系統包括嵌入式系統引導程序Bootloader, 嵌入式Linux操作系統, USB接口驅動程序, GPRS驅動程序, V4L2攝像頭圖像采集接口, TCP/IP協議和用戶應用程序。系統軟件結構如圖2所示。

    圖2 系統軟件結構圖

    圖2 系統軟件結構圖  下載原圖


    3. 視頻采集軟件的設計

    攝像頭驅動安裝之后, 為了進行視頻采集必須加入Video4Linux模塊, 從而可以通過Video4Linux模塊提供變成接口 (API) 從攝像頭設備中獲取圖像幀。

    Video4Linux (簡稱V4L) 是Linux中關于視頻設備的內核驅動, 它為針對視頻設備的應用程序編程提供一系列接口函數, 這些視頻設備包括現今市場上流行的TV卡、視頻捕捉卡和USB攝像頭等。對于USB口攝像頭, 其驅動程序中需要提供基本的I/O操作接口函數open、read、write、close的實現。

    另外, 對中斷的處理實現, 內存映射功能以及對I/O通道的控制接口函數ioct1的實現等, 把它們定義在struct file_operations中。這樣, 當應用程序對設備文件進行諸如open、close、read、write等系統調用操作時, Linux內核將通過file_operations結構訪問驅動程序提供的函數。例如, 當應用程序對設備文件執行讀操作時, 內核將調用file_operations結構中的read函數。在系統平臺上對USB口數碼攝像頭驅動時, 首先把USB控制器驅動模塊靜態編譯進內核, 使平臺中支持USB接口, 再在需要使用攝像頭采集時, 使用insmod動態加載其驅動模塊, 這樣攝像頭就可正常工作了, 接著進行下一步對視頻流的采集編程。

    4. 網絡視頻數據傳輸程序設計

    遠程視頻服務器的設計包含了視頻設備的初始化, TCP傳輸的初始化及設置, 打開套接口以及視頻數據的傳輸。

    視頻數據發送主要包括:等待客戶端的連接請求, 創建圖像采集線程, 發送采集到的視頻數據。

    5. 嵌入式WEB服務器

    嵌入式WEB服務器Boa和普通WEB服務器一樣, 能夠完成接收客戶端請求、分析請求、響應請求、向客戶端返回請求結果等任務。

    嵌入式WEB服務器Boa根據請求方法的不同, 做出不同的響應。如果請求方法為HEAD, 則直接向瀏覽器返回響應首部;如果請求方法為GET, 則在返回響應首部的同時, 將客戶端請求的URL目標文件從服務器上讀出, 并且發送給客戶端瀏覽器;如果請求方法為POST, 則將客戶發送過來的表單信息傳送給相應的CGI程序, 作為CGI的參數來執行CGI程序, 并將執行結果發送給客戶端瀏覽器。Boa的功能實現也是通過建立連接、綁定端口、進行偵聽、請求處理等來實現的。

    6. 系統集成和測試

    通常的嵌入式系統的軟件開發采用一種交叉編譯調試的方式。交叉編譯調試環境建立在宿主機 (即裝有LINUX的PC機, 本設計使用Cent OS5.6系統) 上;對應的開發板叫做目標板, 它運行交叉編譯后的目標程序;最后還需要一臺PC機 (Windows XP主機) 通過超級終端對目標板進行配置與控制, 并裝有DNW軟件下載系統鏡像。系統開發平臺建立如圖3所示。

    圖3 系統開發平臺建立

    圖3 系統開發平臺建立  下載原圖


    7. 結束語

    本系統采用了基于模塊的設計方法, 各個模塊之間相互獨立, 增強了系統的健壯性和靈活性, 當需要更換其中一個模塊時其他模塊并不需要做很大的改動, 有利于系統的更新換代。系統終端體積較小便于攜帶和安裝, 在實際測試中取得較好效果。由于GPRS通信速度和網絡質量的限制, 系統傳輸的信息量還不是很大。隨著3G、4G網絡的覆蓋和技術推廣, 該系統的架構很容易升級到網絡進行遠程的圖像, 視頻, 語音傳輸。

    標簽: 倉庫 倉庫管理



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