周 騎，諸 強

（北京交通大學 計算機與信息技術學院，北京 100044）

據資料顯示，我國是世界上人口最多的國家，同時嬰幼兒總數也位居前列[1]。由于生活節(jié)奏的加快，工作環(huán)境的巨大壓力，時時在家看守孩子給父母的正常工作和休息都帶了極大的不便[2]。為此，本文以改造路由器為核心，結合目前流行的Android智能手機及廣泛應用的WiFi網絡，設計了一款供父母隨時隨地觀察嬰幼兒活動的視頻監(jiān)護系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的功能及設計

本系統(tǒng)主要包括兩大部分：視頻監(jiān)控端和客戶終端。視頻監(jiān)控端主要由中星微的ZC301攝像頭和TP-LINK的迷你3G路由器（帶usb接口）組成。其中，需要對迷你3G路由器進行固件升級、相關軟件的安裝以及相關網絡環(huán)境的配置，最終完成OpenWrt系統(tǒng)路由器的改造?？蛻艚K端僅有Android智能手機接收并顯示圖像，圖像顯示采用Android組件WebView加載HTML+JavaScript來實現。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的原理框圖

2 系統(tǒng)功能單元設計

2.1 TP-LINK加載系統(tǒng)

OpenWrt是嵌入式設備上運行的Linux系統(tǒng)。其文件系統(tǒng)是可寫的，開發(fā)者無須每一次修改后重新編譯，令其更像一個小型的Linux計算機系統(tǒng)，并且附帶軟件包，用戶可以方便地自定義功能來制作固件，也可以方便地移植各種功能到OpenWrt下，通過它可以很方便地使用WiFi網絡。

1）從 OpenWrt的官方站點 https：//openwrt.org/downloads下找到路由器的型號下載固件，固件可以分為squashfs和jiffs兩種文件系統(tǒng)。本系統(tǒng)選擇squashfs文件系統(tǒng)。squashfs將固件單獨掛在/rom分區(qū)，系統(tǒng)出現問題時，可以非常便利地恢復[3]。

2）打開原有路由器的管理界面，對系統(tǒng)進行固件升級。

3）重啟路由器，將升級的路由器接上網線與PC機連接。由于OpenWrt系統(tǒng)是無管理界面的，所以為了管理方便，可以在Windows上安裝putty軟件并配置自帶的telnet。修改路由器網段設置為192.168.2.1，與PC機IP地址不沖突。telnet192.168.2.1，打開OpenWrt命令界面。命令界面如圖2所示。

圖2 OpenWrt命令界面（截圖）

4）網絡環(huán)境的配置

通過vim/etc/config/wireless命令，修改無線網絡設置。將服務集標識ssid改為本文需要連接的無線網絡，設定加密方式為psk2，且另起一行設置登錄無線網絡的密碼；接下來設置IP地址的分配方式，使用vim/etc/config/network命令，添加一個wan口，將其IP協(xié)議改為動態(tài)分配IP地址協(xié)議（DHCP），并把lan口本身的IP地址改為之前設置的路由器IP地址。

5）檢查網絡功能、WiFi功能、并且查看接口設置，通過ping google來完成測試。

2.2 OpenW rt掛載攝像頭

OpenWrt系統(tǒng)安裝軟件的方法有兩種：一種是通過opkg install/update來聯(lián)網下載安裝；另一種則直接將下載好的軟件傳到路由器tmp目錄安裝opkg install XXX.IPk[4]。

1）USB轉串口驅動

由于路由器與攝像頭是通過USB接口連接的，在路由器中安裝處理視頻的相關軟件需要將USB接口轉換為串口。本系統(tǒng)選擇kmod-usb-serial-ftdi驅動，在線安裝。如果需要查看驅動是否安裝好，可以通過下載minicom串口工具，進入到其界面，在設置列表中查看是否有類似ttyATH0的文件，若有則表明安裝成功。成功界面如圖3所示。

圖3 串口安裝成功界面（截圖）

2）安裝視頻處理軟件

（1）kmod-viedo-uvc協(xié)議：UVC是為usb視頻捕獲設備定義的協(xié)議標準。

（2）mjpg-streamer視頻處理軟件：mjpg-streame在很少的CPU和內存資源條件下就可以工作，可以通過文件或者HTTP方式訪問Linux UVC兼容攝像頭。

（3）安裝攝像頭驅動軟件kmod-video-gscpa-core和kmod-video-gscpa-zc3xx，成功安裝驅動后在設備列表中可以找到video0文件。

（4）通過cat命令查看視頻配置文件，修改其圖像大小、幀數、分辨率等參數，本系統(tǒng)參數設計如圖4所示。

圖4 視頻參數設置界面（截圖）

（5）初始化m jpg-streamer軟件，讓其隨路由器開啟時就工作。

3 客戶端軟件的設計

客戶端主要是由Android智能手機組成。Android平臺的最大優(yōu)勢就是開放性，顯著的開放性可以使其擁有更多的開發(fā)者[5]。Android系統(tǒng)的底層是建立在Linux系統(tǒng)上的，其體系結構包括應用程序層、應用程序框架、函數庫、Android運行時、Linux內核5個部分，5個部分獨立完成各自的任務，上層任務的完成會利用到下層服務的支持[6-7]。

3.1 整體方案設計

視頻監(jiān)護系統(tǒng)對采集到的視頻圖像信息進行播放時都需要經過3個處理階段。首先，獲取從視頻監(jiān)控端傳輸過來的視頻數據；然后，由于視頻數據是經過壓縮處理后傳輸過來的，所以還必須對視頻數據進行解碼處理；最后，將解碼后得到的視頻信息通過某種播放形式在客戶端顯示[8]。本系統(tǒng)依照這3個處理階段，將整個視頻監(jiān)護系統(tǒng)從整體上進行分層設計，不同之處在于本設計把對音視頻媒體流獲取和解碼的過程放到了升級的路由器中運行，而客戶端只需對傳輸過來的圖像進行相關處理即可，也就是通過編寫JavaScript腳本來進行視頻的獲取。JavaScript是由Netscape公司和Sun公司合作實現而成的一種直譯式腳本語言。它的解釋器JavaS-cript引擎為瀏覽器的一部分，所以廣泛應用于客戶端的腳本編寫，用來給HTML網頁增加動態(tài)功能。而Android提供了WebView組件，其本身就是一個瀏覽器實現，只要對其進行一些美化、包裝，可以輕松地開發(fā)出自己的瀏覽器[9]。整體結構如圖5所示。

圖5 客戶端整體框架圖

3.2 用戶界面設計

視頻監(jiān)護的用戶界面設計主要通過Android的圖形用戶界面編程系統(tǒng)（GUI）實現，Android為界面設計提供了非常豐富的圖形界面組件。對于用戶來說，不管應用實際包含的邏輯多復雜，或者多么優(yōu)秀，如果沒有提供友好的圖形用戶界面，將很難吸引其目光。用戶界面包括用戶名和密碼，只有產品用戶通過申請注冊后才擁有賬號，方可登錄。用戶界面如圖6所示。

3.3 視頻獲取實現

WebView為HTML頁面提供了一個loadData（String data，String mimeType，String encoding）加載方法，該方法可以對HTML標簽進行任何解析，達到頁面顯示的效果。大多數時候，WebView加載的頁面上帶JavaScript腳本的，所以需要讓JavaScript腳本調用Android方法，WebView為這種情況提供了一個WebSetting工具類，可以使用這個工具類來管理Web-View的選項設置。本系統(tǒng)設計需要用到該工具類的主要代碼如下：

圖6 用戶登錄界面（截圖）

myWeb.getSettings（）.setJavaScriptEnabled（true）；//啟用JavaScript的調用功能

myWeb.getSettings（）.setPluginState（PluginState.ON）；

myWeb.getSettings（）.setPluginsEnabled（true）；//可以使用插件

myWeb.getSettings（）.setDefaultTextEncodingName（“UTF-8”）；//設置文本編碼

WebView配置完后，就是將獲取視頻圖像的HTML頁面加載進來。由于人眼不能分辨超過30 f/s（幀/秒）的畫面，利用這一特性，只要采集到的圖像在短時間內能夠刷新很多次，那么用戶看到的圖像就是連續(xù)的視頻。高的幀率可以得到更流暢、逼真的視頻效果。在視頻頁面中嵌入代碼＜div id="webcam"＞＜noscrIPt＞＜img src="/?action=snapshot"/＞＜/div＞，即可將視頻監(jiān)控端采集到的圖像數據顯示到網頁上。

4 客戶端測試及分析

在視頻監(jiān)控端安裝配置好后進行測試。首先，將設計好的客戶端App在Android的開發(fā)環(huán)境Elipse下進行編譯，并在Android模擬機上進行運行、模擬測試。然后，從Elipse的工程目錄中找到/bin文件下.apk安裝文件，安裝到Android智能手機上，打開WiFi連接網絡，輸入登錄用戶名及密碼，測試成功。測試結果驗證了本視頻監(jiān)護系統(tǒng)滿足基本功能要求。效果如圖7所示。

從實驗測試結果可以看出，基本視頻監(jiān)護功能已經滿足，但同時也反饋了此系統(tǒng)的不足之處。由于OpenW rt中處理視頻是使用自帶的視頻編碼解碼包，并且受路由器自身內存大小的限制及網絡環(huán)境和攝像頭分辨率的相關影響，所以導致測試得到的視頻有稍微延時的情況，但是這并不影響日常生活中對嬰幼兒的監(jiān)護工作。

圖6 用MCU智能監(jiān)測CAF

4 結語

本文從CAF的實例表現入手，分析了這種失效的常見現象，總結了其失效的環(huán)境規(guī)律和電路特點，分析了鹽霧在CAF形成中的作用，指出了電子產品預防CAF的簡要措施并給出了預防監(jiān)測電路，對于減少電子產品CAF問題的發(fā)生以及減少其造成的損失具有重要的意義。

［1］胡夢海，陳蓓.印制線路板 CAF失效研究［J］.印制電路信息，2012(4):79-83.

［2］趙娟，劉細旭，劉龍華，等.鹽霧條件下紫銅的腐蝕行為研究［J］.廣東化工，2013，40(1):17-18.

［3］ AUGIS J A，DENURE D G ，LUVALLE M J，et al.A humidity threshold for conductive anodic filaments in epoxy glass printed wiringboard［C］ //Proc.3rd International SAMPE Electronics Conference.［S.l.］:IEEE Press，1989:1023-1030.

［4］陳正清.Anti-CAF印制電路板的加工工藝研究［J］.印制電路信息，2010(3):50-54.