基于嵌入式远程无线网络系统设计

袁适成++曹玉东

摘 要：以随着计算机、通讯和嵌入式的发展，各个部分之间的不断融合，基于嵌入式技术与通信方面越来越被人们所重视。其中视频监控一直是人们关注的重点，而嵌入式与视频监控的融合，也是现在发展的特点之一。这种系统功能专一，使用方便，安装操作简单，可以在千里之外对目标进行观察和监控。

基于嵌入式的视频监控系统，采用ARM作为数据的传输媒介，实现了数据到ARM到局域网的传输。通过无线网卡传输数据到手机APP，完成无线监控的功能。利用PC机与搭建的Web服务器，实现网络的实时监控，数据储存的功能。具有多端监控，方便安全，可靠性高，数据储存等优点，在网络监控有创新性和使用推广价值。

关键词：嵌入式 监控 ARM 局域网

近几年来，人们的物质生活在不断变好的同时，住宅的安全防范和财产的监控也成为了大家所不能避免的问题，除了一般的保护外，监控也成了人们关注的重点。视频监控能实现实时监控的功能，并且可以把监控画面储存下来作为证据，在此基础上，高级的监控系统可以通过网络进行远处的监控，监控画面可以准确再现还原。通过网络也可以实现多点监控，无线监控等监控方式。一般的监控，存在着无法长距离传输和只能采集不能处理等一系列的问题。除了内在因数，一些监控设备在安装时繁琐，不方便；对于监控者而言，也需要有一定的基础才能掌握操作监控系统。

一、系统设计

本系统研究基于JZ2440开发板的嵌入式无线远程网络监控的设计与实现，利用嵌入式设备的小巧方便，低耗能的特点，来搭建一个信号采集加工和传输的平台，传输给电脑和无线网卡。设计中采用JZ2440开发板，ARM920T内核硬件设备和Linux操作系统，CUP为三星的S3C2440A。整个系统分为开发板和PC机，开发板上的摄像头采集信号，把信号传输到开发板，进行JPEG压缩编码，然后把数据传到开发板上的无线网卡，通过手机APP接收解压，能在线的观看监控环境，同时数据通过以太网传到PC机上。PC机上操作系统为Windows7，通过以太网，在谷歌或火狐等支持Java的浏览器上都可以在線远程监控，同时PC机通过软件可以保存监控内容。系统采用嵌入式与监控的相互结合，发挥嵌入式设备体积小，内耗低，功能专一的特点，也实现了监控需要的安全性和隐蔽性，同时加入了储存的功能，让整个系统能轻易的满足监控的相关需求。

（1）嵌入式硬件平台

根据系统的需要，嵌入式硬件平台的搭建需要电源模块，CPU芯片，储存模块，以太网接口模块，USB接口模块，USB摄像头，USB无线网卡等几个部分。

①电源模块

系统使用1.5V和2.5V两种直流电源。电源模块使用AP1509芯片，AP1509是一款高效降压DC-DC转换器，输入电压为4.5V-22V，输出电压为1.23V-18V，反馈电压为1.23V，输出电流可达3A。

②CPU芯片

JZ2440开发板使用S3C2440A芯片，S3C2440A以 ARM920T为核心，采用0.13um CMOS标准单元和存储器编译器开发。它的低功耗，简单，优雅和全静态设计特别适合于成本和功耗敏感的应用。它采用了被称为高级微控制器总线架构（AMBA）的新的总线架构。

S3C2440A提供了出色的功能，其CPU内核，一个32位ARM920T RISC处理器设计的高级RISC机， ARM920T实现了内存管理单元MMU，AMBA总线，和哈佛缓存架构与独立的16KB指令和16KB数据高速缓存，每一个字线的长度为8。

③储存模块

系统采用从NOR Flash中启动加载程序。NOR Flash 的特点是芯片内执行，可以直接在Flash闪存内运行，不用把代码送到RAM中读取。NOR Flash的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入或擦除操作的时间为5s。系统采取内存芯片型号为MX29LV160DBTI，其供电电压为3.3V。

④以太网接口模块

系统采用以太网芯片DM9000。M9000是高速以太网控制芯片，有一个一般处理接口，一个10/100M自适应的PHY和4K DWORD值的SRAM。它的目的是在低功耗和高性能进程的3.3V与5V的支持宽容。它内置该DM9000支持8位，16位和32位接口访问内部存储器，以支持不同的处理器。

⑤USB接口模块

USB是一种支持在USB主机和USB设备之间进行串行数据传输的通信协议。主机作为总线的主叫方，采用两种信令模式：全速模式12Mb/s和低速模式1.5Mb/s。S3C2440A处理芯片有两种USB通信接口：USB Slave和USB Host，USB Slave用于键盘和鼠标等USB设备，USB Host用于有读取能力的设备，如：摄像头。

⑥USB摄像头

系统采用锐尔威视USB红外摄像头，型号为RER-100W03M。输出图像格式为MJPEG，支持UVC协议，不需要外接RAM芯片，支持linux嵌入式系统。自动对焦，红外夜视，通过一些简单的命令就能进行数据的采集和传输。

⑦USB网卡

符合IEEE 802.11（n/g/b）协议。内置智能天线，提供更好的无线传输性能、稳定性和无线覆盖范围。总线类型有USB1.1和USB2.0。系统使用的无线网卡是腾达W311M 无线网卡，VID和PID分别是 148f：5370。能稳定的传输视频数据。

二、程序设计流程

①移植摄像头驱动

打开视频设备，视频设备被看做一个文件。使用open函数打开这个设备，打开视频设备后，可以设置该视频设备的属性，例如裁剪、缩放等。检查当前视频设备支持的标准，使用VIDIOC_QUERYSTD来检测，当检测完视频设备支持的标准后，还需要设定视频捕获格式，为视频捕获分配内存，获取并记录缓存的物理空间，使用VIDIOC_REQBUFS，获取req.count的缓存，下一步通过调用VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址，然后使用mmap函数转换成应用程序中的绝对地址，最后把这段缓存放入缓存队列。数据缓存采用FIFO的方式，当应用程序调用缓存数据时，缓存队列将最先采集到的视频数据缓存送出，并重新采集一张视频数据。这个过程需要用到两个ioctl命令。最后配置摄像v4l2驱动。驱动移植好了，插上摄像头，执行lsusb就可以看到摄像头数据。endprint

②移植servfox

先移植spcaview在Linux上编译spcaview再安装spcaview软件，spcaview 工具是用来纪录数据流，也能用来播放数据，也能作为网络监视客户端用。

最后在Linux上运行： ./spcaview –g –s 320x240 –w 210.41.135.100：7070

其中210.41.135.100是服务器的IP地址，这样我们就可以在PC机上看见USB摄像头采集进来的数据了。

③Boa服务器的移植

先配置boa.conf文件，然后在开发板的/usr/bin目录下执行 ./boa。然后移植libjpeg库。就能在PC机上通过浏览器进行监控。

三、控制方法

①摄像头放在监控地点通过USB线将数据传输到开发板，开发板应放在监控人所在处，二者之间通过USB数据线和USB延长线连接，线路安装简单，WIFI网卡直接与开发板相连。

USB无线网卡和USB摄像头连接到开发板，开发板上电，等待系统启动打开手机WIFI设置，连入本地WIFI，最后打开手机APP等待几秒APP会自动获取IP地址。数据会通过APP呈现出来。

②USB摄像头与开发板相连，开发板和PC机之间用网线直连，就可进行网络监控与存储。

当系统连接开发板上电以后，打开PC机本地软件Video.exe，在其中输入以开发板IP为基础的网址：http：//172.16.150. 157：8080/？action=stream，即可进行本地监控。在软件中可以对视频信息进行在线观看和储存，储存位置可以自行设置。

③在局域网内的任意一台PC机，可以用谷歌浏览器和火狐浏览器登录开发板IP地址所在的页面，输入账号密码验证码后即可进行远程视频监控。如果PC机上装有“Video.exe”也可进行数据的存储。

四、结语

基于ARM开发板的网络监控设备在安全监控中的实时应用，设计了一套无线网络监控系统。设计中使用了JZ2440开发套件，建立一套能实时监控并能监控数据进行无线传输，远程网络传输和储存的系统。继承了S3C2440芯片强大的网络传输特点，能够以无线的方式，低成本，低功耗的實现信息的在线监控与储存，同时又使系统不失灵活性和可靠性。

参考文献

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[4]李进.基于Linux的远程智能监控系统的设计与实现[D].长沙：湖南大学，2011

[5]李晶.嵌入式Linux系统的移植技巧[J].现代电子技术，2008，31（24）：40-43

[6]王学龙著，嵌入式Linux系统设计与应用[Ml.北京：清华大学出版社，2001

作者简介

袁适成，男，攀枝花学院，研究方向：电气信息工程学院电气工程及其自动化。

曹玉东，女，高级实验师，主要从事电类课程的理论及实验教学工作。endprint