摘 要：論文介紹了采用S3C2440處理器和Linux操作系統(tǒng)設計的一套基于Web服務器的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中加入了溫濕度采集模塊、有害氣體采集模塊、燈光控制模塊，方便人們對室內環(huán)境的實時監(jiān)控，用戶通過一臺上網設備，就可以輕松的實現(xiàn)遠程控制與監(jiān)控。該系統(tǒng)具有功耗低、成本低、控制簡便、智能化等特點。

關鍵詞：家居監(jiān)控；Linux操作系統(tǒng)；智能化

中圖分類號：TP273.5；TP368.1 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2018）01-0027-03

Design and Implementation of Embedded Linux Home Monitoring System

ZHOU Yong，WU Yan

（School of Electrical and Information Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China）

Abstract：The design of a web server-based remote video monitoring system that employed S3C2440 processor and Linux real-time operating system is introduced in this paper. The temperature，humidity，harmful gas acquiring modules and lighting control module are included in this system to make the real-time monitoring of the indoor environment convenient to people，so the remote monitoring and controlling of the home environment can be come true by one internet terminal equipment easily. Experiments show that the system has the characteristics of low power consumption，easy control and intelligence.

Keywords：home video surveillance；Linux real-time operating system；intelligent

0 引 言

隨著經濟的發(fā)展、以及網絡技術的快速發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)越來越廣泛的應用于各行業(yè)，早期的監(jiān)控系統(tǒng)主要用于通信行業(yè)，交通運輸行業(yè)和安全行業(yè)等[1]。近年來它正逐漸向其他公眾行業(yè)方向發(fā)展。

由于治安狀況日益復雜，公共安全問題不斷突出，城市犯罪日益增長，犯罪手段不斷更新升級[2]。這些使得開發(fā)人員越來越注重積極主動預防式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究。自從美國“9·11事件”和倫敦地鐵爆炸事件以來，城市的應急響應已成為新的安全建設熱點[3]。對此本文采用ARM9處理器、Linux實時操作系統(tǒng)設計了一套智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)具有多任務處理、實時性強、功耗低、系統(tǒng)可移植和可擴展性強等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)總體框圖見圖1所示，主要由8個部分組成，一個基于S3C2440的ARM主控平臺，主控平臺主要進行視頻數(shù)據(jù)流的處理，對傳感器采集的室內環(huán)境信息進行處理，發(fā)出控制命令，實現(xiàn)室內視頻監(jiān)控等操作。

對于主控制器與網絡終端的網絡通信，是基于主控平臺的DM900網卡實現(xiàn)的，它通過TCP協(xié)議與遠端PC機服務器建立通信連接[3]。攝像頭模塊主要對室內監(jiān)控區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集，該模塊采用低功耗的CMOS型OV9650攝像頭[4]，溫濕度檢測模塊對室內溫濕度進行采集，所采集數(shù)據(jù)通過以太網傳輸?shù)絇C機上（PC機可以通過Web網頁對室內進行監(jiān)控）或手持終端，實現(xiàn)室內監(jiān)控和室外遠程監(jiān)控。燈光控制模塊用于在晚上或光線較暗時，打開室內點燈方便監(jiān)控；報警模塊在有非法入侵和室內有害氣體濃度超標時觸發(fā)報警信號。

2 硬件設計

系統(tǒng)采用S3C2440作為主控制器，外圍電路有燈光控制電路、溫濕度采集電路、氣體濃度采集電路、USB攝像頭電路和報警電路等。

主控制器是基于ARM920T內核的16/32位RISC微處理器[5]，具有低成本、低功耗、高性能等特點，采用了0.18um CMOS工藝技術，它集成的常見系統(tǒng)外設和接口如表1：

硬件的主板配置圖如圖2。它包含電源電路（5V供電）、復位電路、標準JTAG調試口、以及核心的CPU和存儲單元等。NORFALSH用來燒寫B(tài)ootLoader，NAND FALSH用來存儲完整的系統(tǒng)程序（BootLoader、文件系統(tǒng)、內核等）。串口用來下載程序和連接調試終端軟件，方便用戶調試程序，以太網接口用于PC和主控平臺的連接，實現(xiàn)Web網頁的遠程控制。GPIO拓展接口用于監(jiān)控系統(tǒng)外圍電路的擴展。

3 軟件設計

對于系統(tǒng)軟件平臺的搭建，首先在S3C2440主平臺上移植了啟動文件U-boot、Linux內核、Yaffs根文件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)執(zhí)行過程為：當系統(tǒng)上電時，系統(tǒng)將加載引導程序U-boot（BootLoader），進而初始化硬件設備[6]；在系統(tǒng)初始化完成后，系統(tǒng)創(chuàng)建一個內存空間映射，將引導系統(tǒng)的硬件環(huán)境和軟件環(huán)境進入一個就緒狀態(tài)，從而保證后續(xù)調用操作系統(tǒng)不會出錯。

為了管理應用軟件，以及實現(xiàn)系統(tǒng)的實時性和多任處理功能，Linux內核中內置了完整的TCP/IP協(xié)議，以及系統(tǒng)需要的各種設備驅動程序。Yaffs根文件系統(tǒng)包含了系統(tǒng)啟動時所需要的目錄和關鍵性文件，它采用了樹形結構形式組織管理Linux的各文件。如果要實現(xiàn)系統(tǒng)的其它各種功能，需要將相應的驅動程序寫入內核中。系統(tǒng)軟件總體流程如圖3所示。

圖3 軟件總體流程圖

系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議技術實現(xiàn)網絡通信，攝像頭前端采集圖像視頻數(shù)據(jù)，經過JEPG壓縮后，采用網絡傳輸?shù)街骺仄脚_服務器，經過主控平臺的處理，用戶就能通過客戶端實現(xiàn)實時監(jiān)控。系統(tǒng)采用了B/S架構[7，8]，只要客戶端安裝了JAVA插件的瀏覽器，就可以實現(xiàn)接收圖片和視頻，達到室內實時監(jiān)控的目的。

以上的視頻監(jiān)控，都是基于Boa服務器的，因此需要在主控板上移植Boa服務器。

將Boa服務器在Linux平臺下配置編譯好后，將其移植到主控板，主要的步驟如下：

（1）編譯Boa程序，在www.boa.org網站下載Boa-0.94.13.tar.gz源碼包，解壓后配置、編譯。

（2）對Boa.conf配置文件進行修改，主要修改其訪問權限，將其中的User Nobody改為User 0；Group Nogroup改為Group 0。在Linux終端下通過命令設置Html文件目錄為DocumentRoot/var/www；首頁目錄為Directorylndex index.html；Cgi腳本目錄為ScriptAlias/cgi bin//usr/lib/cgi-bin。這些目錄可以根據(jù)用戶需求自行修改，但必須要和存放的網頁目錄一致。

4 系統(tǒng)測試及結論

將編寫好的配置文件Config.ini、網頁文件Main.c、以及編譯后的Main.cgi等文件放入Boa.conf目錄下，將主控板的IP和電腦的IP設置為同一網段，通過Ping命令測試主控板和電腦之間是否連通，如果兩者連通，就可以在IE瀏覽器輸入主控板的IP地址，進入遠程監(jiān)控系統(tǒng)的登錄界面，如圖4所示，登錄成功后就可以實現(xiàn)燈光等控制，控制界面如圖5所示。

首先用網線連接實驗板和計算機，確保網絡連接正常以實現(xiàn)后續(xù)功能；也可以將主控板連接在局域網中，然后可以使用LAN中的任何一臺電腦訪問主控板的網頁，從而實現(xiàn)攝像頭的網絡共享。

先在主控板開啟Boa服務器，再打開IE瀏覽器，輸入網址http：//192.168.1.10：8080，就可以訪問指定的網頁控制界面了。如果用戶需要觀看視頻流，則需要使用FireFox瀏覽器。

在普通IE瀏覽器中也可以使用JAVA觀看視頻流，但是需要安裝JRE（JAVA操作環(huán)境）來觀看視頻流。點擊“JAVA視頻”，就可以觀看監(jiān)控的視頻圖像[7]。

5 結 論

系統(tǒng)以S3C2440為主控處理芯片，以Linux為操作系統(tǒng)，配以必要的外圍電路，實現(xiàn)了一個多任務、高性能、低功耗、方便易用的智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)。用戶可以利用電腦等上網終端，進入指定的網頁控制界面，就可實現(xiàn)對家居內部環(huán)境的遠程控制與管理。

如果在系統(tǒng)的基礎之上再進行一些外圍功能擴展，就可以方便的設計出一個低成本的智能家居系統(tǒng)。同時，系統(tǒng)還有很多應用，如將GPRS模塊加入系統(tǒng)中，就可以實現(xiàn)移動對象的監(jiān)控，如貨運車輛管理系統(tǒng)中，將貨運車輛各種數(shù)據(jù)信息，實時的發(fā)送到遠程服務器，即可實現(xiàn)網絡化管理的貨運車輛系統(tǒng)[8]。

參考文獻：

[1] 譚新梅.基于ARM9的嵌入式無線智能安防監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設計 [D].湖南大學，2016.

[2] 王哲梁.基于嵌入式Linux的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng) [D].杭州電子科技大學，2014.

[3] 伍儉.基于ARM的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設計 [D].長沙：中南大學，2010.

[4] 姚志.圖像檢測技術在智能家居中應用的研究 [D].湖南大學，2014.

[5] 白鳳玲，佴仁武.基于FPGA和ZigBee技術的智能家居系統(tǒng) [J].黑龍江科技信息，2016（33）：14.

[6] 季建華.基于物聯(lián)網的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn) [J].計算機應用與軟件，2015，32（11）：143-146+205.

[7] 尤澤池，尤曉萍.基于無線傳感器網絡的路燈監(jiān)控系統(tǒng) [J].自動化與儀器儀表，2014（7）：136-138.

[8] 程凡.基于ARM智能家居遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn) [D].西安：西安電子科技大學，2015.

作者簡介：周勇（1987-），男，漢族，四川廣安人，碩士生。從事電子開發(fā)設計；通訊作者：吳艷，女，漢族，湖北天門人，副教授，博士。研究方向：圖像信號處理與應用電子系統(tǒng)設計。