溫挺華，林 琴，王 強，徐曉輝 ，周 萌

（河北工業(yè)大學 信息工程學院,天津 300401）

隨著技術的發(fā)展，無線監(jiān)控方面的產品不斷更新換代。目前市面上的監(jiān)控產品雖然解決了繁瑣的布線，但是仍然拘泥于特定的位置和安裝環(huán)境，不能做到移動監(jiān)控，也不能做到監(jiān)控現場環(huán)境數據的同時對現場進行視頻監(jiān)控，而僅僅只是專注于一個方面。

隨著監(jiān)控技術的發(fā)展，移動監(jiān)控將成為監(jiān)控方向的重點，具有重要的作用。多通道視頻監(jiān)控可以在一個監(jiān)控界面上，同時觀察多個區(qū)域的情況。這樣減少了對人員數量的需求，減少了開支，增大了監(jiān)控力度。PC客戶端還可以對移動平臺的移動方向和移動幅度進行控制，很好地解決了對移動平臺的控制問題。

1 系統(tǒng)設計概述

該無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為3部分：移動平臺，視頻接收數據轉發(fā)AP（路由器）以及PC客戶端。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，移動平臺采用雙CPU結構，實現平臺移動、信息采集和數據傳輸。

路由器當做數據轉發(fā)AP來實現移動平臺與PC客戶端的連接。PC客戶端進行圖像、環(huán)境信息的顯示并對移動平臺進行控制。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖Fig.1 system overall block diagram

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 移動平臺組成

移動平臺采用雙CPU結構，如圖2所示，CPU1為STC89C52芯片，CPU2采用三星公司的S3C6410芯片。使用USB攝像頭、溫度、超聲波等多種傳感器對圖像數據和環(huán)境信息進行采集。Wi-Fi模塊進行圖像數據和環(huán)境信息的傳輸。

圖2 移動平臺Fig.2 Mobile platform

2.1.1 雙CPU系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用MCS－51內核的STC89C52和ARMv6架構處理器S3C6410作為控制芯片和視頻采集傳輸芯片，實現對移動平臺的控制以及高效視頻傳輸。STC89C52芯片控制平臺的移動，以及傳感器對周圍環(huán)境數據的采集。S3C6410芯片進行圖像采集、處理和Wi－Fi傳輸[1]。兩個CPU通過串口進行數據的交換，STC89C52將采集到的環(huán)境信息傳送給S3C6410，S3C6410將 PC客戶端送達的控制指令傳送給STC89C52。雙CPU系統(tǒng)結構方便移動平臺的更換，使得系統(tǒng)具有很強的移植性。

2.1.2 數據采集

數據采集模塊包括攝像頭模塊、超聲波模塊和溫度模塊。

攝像頭采用的型號為ZC301，該攝像頭配有圖像傳感器，數字信號處理芯片，模數轉換器和視頻壓縮等模塊。數模轉換模塊將大容量的模擬信號轉換為小容量的數字信號，通過DSP模塊壓縮成JPEG格式。核心板可直接將JPED格式的圖片信息上傳到上位機，從而完成視頻信息的傳輸[2]。

HC－SR04超聲波測距模塊可提供2～400 cm的非接觸式距離感測功能，可以測得障礙物的距離。

溫度模塊選用DS18B20，它的測量溫度從－55～125℃，該模塊對周圍環(huán)境溫度進行采集。

2.1.3 數據傳輸

數據傳輸模塊選用Wi－Fi模塊。該模塊采用雷凌公司的RT3070芯片，使用USB接口與核心板進行連接。該模塊兼容IEEE 802.11b/g/n三種標準協(xié)議，傳輸速率達到150 Mbps，完全滿足視頻傳輸的需要。

2.2 數據轉發(fā)AP

數據轉發(fā)AP選用無線路由器。移動平臺的Wi－Fi模塊將圖像和環(huán)境信息數據以socket的方式發(fā)送到數據轉發(fā)AP,然后數據轉發(fā)AP將這些socket傳送給PC客戶端?？蛻舳藢⒖刂浦噶畲虬詓ocket的方式發(fā)送給數據轉發(fā)AP，數據轉發(fā)AP再通過Wi－Fi將socket發(fā)送給移動平臺[3]。

2.3 PC客戶端

客戶端采用C#語言編寫[4]。系統(tǒng)登錄主要用于對進入視頻監(jiān)控系統(tǒng)的用戶進行安全性檢查，防止非法用戶進入該系統(tǒng)。用戶可通過手動輸入，來對所使用的端口進行登錄。當計算機通過路由器接收到連接指令后，將監(jiān)控平臺登錄序號，用戶名等注冊信息顯示在主界面。登錄界面如圖3所示。

圖3 客戶端登錄界面Fig.3 The client login screen

該客戶端可以實現多通道監(jiān)測 。檢測TCP端口，根據協(xié)議判別是哪個客戶端發(fā)送過來的，然后分別進行處理，從而顯示出多個窗口。監(jiān)控界面如圖4所示。

圖4 監(jiān)控界面Fig.4 Monitoring interface

用戶可通過監(jiān)控界面來給移動平臺發(fā)送動作指令，“up”、“down”、“l(fā)eft”、“right”、“stop” 分別表示前進、 后退、左轉、右轉、停止?！癓evel”選項表示動作指令的動作幅度，目前分為4個等級，4級為幅度最大。“raise”表示抬起攝像頭，“reduce”表示降低攝像頭角度。同時界面上可以顯示出實時監(jiān)測到的環(huán)境信息。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 移動平臺的實現

CPU1用于采集環(huán)境信息和控制平臺的移動，通過串口同CPU2進行數據交換。流程為平臺啟動后進行初始化，隨后以80 ms為周期循環(huán)檢測環(huán)境變量，在運動過程中，若超聲波返回的數據低于設定的下限，移動平臺前方有障礙物，則啟動LED和蜂鳴器進行報警并且停止前進。平臺通過串口接收指令，并對指令進行判斷，根據指令的不同做出相應的反應[6]。該分程序流程圖如圖5所示。

圖5 環(huán)境信息采集及移動平臺的控制Fig.5 Environmental information collection and control of the mobile platform

3.2 視頻采集的實現

視頻采集與傳輸部分以S3C6410作為核心，采用Linux系統(tǒng)作為程序的運行環(huán)境。視頻采集與傳輸平臺程序采用多線程的設計方法，使得程序可以同時進行串口、Wi-Fi的數據收發(fā)和攝像頭圖像信息的讀取。

平臺通電后，Linux系統(tǒng)先對設備和采集的圖像格式等屬性進行初始化[7]，然后建立套接字等待客戶端的連接請求。CPU2驅動攝像頭進行圖像采集。如果Wi-Fi模塊配置正確并且成功連接路由器，則向客戶端發(fā)送一幀圖像數據。在未接到停止指令之前一直處于采集，傳輸和顯示的循環(huán)狀態(tài)。視頻圖像采集與傳輸系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。

圖6 視頻采集及數據傳輸Fig.6 Video acquisition and data transmission

4 結束語

采用雙CPU系統(tǒng)做了一套嵌入式產品，很好地解決了現有視頻監(jiān)控產品中攝像頭一直處于靜止狀態(tài)且采集信息較少等問題，并且嵌入式產品擁有體積小、運算速度快等特點。PC客戶端采用多通道的設計方案，可以同時監(jiān)控多個地點。

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