隨著通信技術網絡和電子技術的發(fā)展，智能手機逐步進入智能家居、工業(yè)控制等領域。智能手機通過3G網絡進行可視化監(jiān)控，也稱為3G視頻監(jiān)控，是目前研究熱點，主要應用在安防、智能交通等方面，為用戶提供警報、智能識別等監(jiān)控功能。大多數3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)在對現場設備的智能控制方面不夠完善，不能按照用戶需求控制特定的設備。目前人們開發(fā)的基于嵌入式的遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)，是采用PC通過連接Internet訪問嵌入式系統(tǒng)，獲取設備狀態(tài)信息和控制設備，而較少系統(tǒng)提供對現場直觀的可視化監(jiān)視。PC體積較大，不如手機攜帶方便，監(jiān)控的地點受到限制。用智能手機作為監(jiān)控終端，能使用戶可以在有移動通信網絡的地方進行監(jiān)控。
為此，本文研制了一種結合3G視頻監(jiān)控技術和嵌入式系統(tǒng)技術的移動可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)完善了3G視頻監(jiān)控的控制部分和嵌入式遠程控制系統(tǒng)的可視化監(jiān)視部分，用戶使用智能手機能在任何時間、不同地點進行可視化遠程智能監(jiān)控。
1、移動可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)分析與設計
智能控制系統(tǒng)，一般分為前端、數據處理服務終端、客戶監(jiān)控端3個部分，如圖1所示。
圖1 智能控制系統(tǒng)
前端是測控設備的集合，一般是智能傳感器、設備控制器、數據采集設備等。數據處理服務終端，是處理前端和客戶監(jiān)控端數據交互的中介，一般是單片機系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和PC等。客戶監(jiān)控端是通過網絡監(jiān)視和控制前端，通常是PC、智能手機等。在不同的系統(tǒng)中，主要有以下差異：
1)前端采集數據和控制設備不同；
2)數據處理服務端處理芯片和軟件設計不同；
3)客戶監(jiān)控端硬件和智能識別算法不同。
移動可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)當前主要應用于智能家居、智能安防等方面。典型系統(tǒng)有如下兩類：
1)基于ARMLinux的嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)作為數據處理端，通過RS232/485總線與現場數據采集設備相連，采用Web服務器和視頻服務器向PC監(jiān)控端發(fā)送視頻數據和傳感器采集數據。監(jiān)控端通過瀏覽器訪問Web服務器，獲取需要觀察的現場視頻圖像和設備信息，并實現可視化的遠程控制。PC作為監(jiān)控終端，體積大，不方便攜帶，用戶不能隨時隨地進行監(jiān)控。
2)智能手機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)數據處理終端選擇PC，客戶監(jiān)控端(智能手機)通過GPRS連接Internet訪問數據處理端PC。PC對前端視頻圖像用MJPEG算法進行數據壓縮，當客戶端接入PC時，接收來自PC的壓縮數據包，解碼并顯示視頻圖像。系統(tǒng)實現了遠程可視化監(jiān)控。但是基于GPRS網絡傳輸數據，限制了圖像的質量，現場圖像和監(jiān)控圖像間延遲較高，而且服務端使用PC，成本較高，資源得不到充分利用。
通過上述系統(tǒng)各方面的分析與實際需求，研制了一種移動可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)框硬件圖如圖2所示。其數據處理終端使用嵌入式系統(tǒng)，充分利用其接口資源，有較高性價比。前端數據采集使用模擬攝像機和傳感器。客戶監(jiān)控終端選擇搭載Android 4.3操作系統(tǒng)的智能手機，方便用戶攜帶和監(jiān)控。
圖2 移動可視化監(jiān)控系統(tǒng)
2、系統(tǒng)主要硬件電路設計
2.1嵌入式系統(tǒng)設計口
系統(tǒng)的硬件核心是數據處理服務端，采用嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)核心處理器是達芬奇的DM6446雙核處理器，擁有1 GB32位的DDR內存、LAN接口、SD卡插口、IO通用接口和視頻、音頻輸入輸出接口等。嵌入式系統(tǒng)是整個系統(tǒng)中數據處理的核心，視頻數據輸入接口，用于采集前端模擬攝像機的視頻數據。IO通用接口則提供可以通過軟件編程的方式實現遠程控制和采集傳感器數據。LAN網絡接口連接Internet，與客戶端進行數據交互。嵌入式模塊搭載Linux操作系統(tǒng)，提供數據處理服務端軟件的設計平臺。嵌入式系統(tǒng)電路框圖如圖3所示。
圖3 嵌入式系統(tǒng)電路
2.2設備控制模塊設計
設備控制模塊采用STC51單片機為核心的無線紅外收發(fā)模塊，通過監(jiān)聽標準10口輸入數據，驅動無線紅外線收發(fā)模塊，讀取存儲的紅外編碼數據，發(fā)送編碼信號控制設備(電視、空調等)。設備控制模塊軟件可以在Windows平臺進行開發(fā)。設備控制模塊電路框圖如圖4所示。
圖4 設備控制模塊
3、系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件設計主要包括嵌入式系統(tǒng)軟件和客戶終端軟件2大部分。嵌入式系統(tǒng)軟件主要實現采集數據、連接Internet與客戶端數據交互、控制設備等功能。客戶終端軟件利用3G網絡連接Internet實現接收數據、顯示可視化圖像、發(fā)送控制信令等功能。
3.1嵌入式系統(tǒng)軟件設計
根據嵌入式系統(tǒng)和客戶終端通過Internet實現數據交互的功能，嵌入式系統(tǒng)軟件設計以服務器的形式讓客戶終端訪問嵌入式系統(tǒng)進行數據交互。在嵌入式服務器中，流媒體服務器能讓客戶終端接收經過編碼壓縮的視頻數據。Web服務器則能接收用戶發(fā)送數據、反饋設備控制信息和調用嵌入式系統(tǒng)的應用程序。因此，編寫嵌入式系統(tǒng)應用程序，結合流媒體服務器和Web服務器，可以實現嵌入式系統(tǒng)所設計的功能。
綜上所述，嵌入式系統(tǒng)軟件設計是在嵌入式系統(tǒng)中搭建Linux操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)上搭建流媒體服務器和Web服務器，前者將嵌入式應用程序采集編碼壓縮的數據提供給客戶終端訪問接收，后者則接收客戶終端發(fā)送的控制命令，調用CGI程序，分析控制命令并控制設備，實現數據處理終端的功能。嵌入式系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。
3.2客戶監(jiān)控終端軟件設計
客戶監(jiān)控終端是搭載開源Android系統(tǒng)的智能手機。設計客戶終端連接嵌入式系統(tǒng)服務器，獲取視頻編碼數據并解碼進行可視化監(jiān)視，模擬瀏覽器提交表單控制命令數據到嵌入式系統(tǒng)web服務器，實現可視化遠程控制。因此，客戶終端軟件設計即是開發(fā)APK(Android應用程序)。
APK開發(fā)需要搭建開發(fā)環(huán)境，開發(fā)環(huán)境搭建主要步驟如下：
1)安裝JDK；
2)安裝Eclipse；
3)在Eclipse安裝ADT(Android開發(fā)插件)；
4)下載安裝Android SDK、NDK。
在Android開發(fā)環(huán)境中編譯VLC—Android開源項目，獲得適用于Android系統(tǒng)的VLC解碼庫。APK啟動3G網絡連接Internet，初始化VLC解碼庫，解碼數據顯示監(jiān)控視頻圖像，調用Apache HTTP網絡函數庫發(fā)送POST請求提交表單數據，完成監(jiān)控。客戶端軟件設計流程圖如圖6所示。
Android APK是采用JAVA編程語言開發(fā)的，客戶端發(fā)送P0sT請求部分軟件代碼如下：
httpRequest=new HttpPost(URL)；
httpRequest.setEntity(new UrlEncodedFormEntity(params,HTTP.UTF_8))；
代碼中URL是指Web服務器中接收POST請求的CGI程序地址，params是POST請求的數據名和值的封裝數據，通過HTTP.UTF_8編碼請求數據并發(fā)送到目標URL。實現遠程監(jiān)控的控制部分功能。
4、系統(tǒng)測試
完成上述所有工作后，整合系統(tǒng)各部分并進行測試，測試結果如圖7所示。
圖7 系統(tǒng)測試結果
在無線局域網條件下，現場圖像到客戶終端的顯示圖像之間有2s，上下浮動0.5s的延遲，客戶終端接收服務器響應信息延遲約為1s。根據測試結果，表明系統(tǒng)符合課題的設計需求，可以在有可視化智能監(jiān)控需求的情況下應用。
5、結論
通過分析研究目前智能監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，研制了一種結合嵌入式技術和Android應用開發(fā)技術的移動可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)完善了3G視頻監(jiān)控的控制部分和嵌入式遠程控制系統(tǒng)的可視化監(jiān)視部分，實現了使用智能手機通過網絡進行視頻監(jiān)視和設備控制。該系統(tǒng)可以應用到普通家庭、工廠、水壩等多種不同的場合，用戶不受時間、空間限制即可監(jiān)控現場。但是由于不同的場合控制設備不盡相同，所以未來系統(tǒng)的研究方向在于以最小系統(tǒng)為基礎，前端可控接151的2次開發(fā)，使系統(tǒng)適用于更多的場合。
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