基于嵌入式Linux的智能家居视频监控系统设计

基于嵌入式Linux的智能家居视频监控系统设计
本文针对传统家居监控系统布线复杂的问题，提出了一种嵌入式智能家居无线监控系统。

该系统以S3C2440为硬件平台，以Linux操作系统为软件平台，系统内移植Web服务器，并采用了GPRS无线网络通信传输技术，用户可通过测览器查询家居信息。

实现了对家居的远程监控、状态查询等功能，可满足人们对家居高品质生活的追求。

标签：嵌入式Linux；智能家居；视频监控；设计
随着嵌入式技术、网络技术的迅速发展以及人民生活水平的提高，人们开始更加注重家居环境的安全，伴随人们需求的提高，基于嵌入式的实时监控系统应运面生。

目前，视频监控系统经历了模拟监控、数字监控和网络监控三个阶段。

用户可以通过浏览器进行访问，以查看Web服务器上的监控图片，并做出相应处理。

一、总体设计
本系统由室内监控终端和远程监控中心两部分组成。

监控终端采用嵌入式系统，分为硬件平台和软件平台两部分，其中硬件平台由处理器和外围设备组成，而软件平台由嵌入式操作系统和应用软件组成。

当检测模块检测到异常时，摄像头采集监控画面，并进行压缩编码处理，GPRS通过拨号的方式连入互联网，将压缩的码流经过互联网传输到监控中心，整个系统是基于B/S架构设计的，用户不需要安装任何专用的软件就可以查看室内监控系统的画面。

二、系统硬件设计
（一）主控模块
采用S3C2440处理器芯片作为智能家居控制系统的控制核心，CPU工作频率最高可达533MHz，拥有可进行乘累加单元（MAC）、指令和数据存储器管理单元（MMU）、16kB的指令和数据缓存、16字深的写缓冲，为程序的高速运行提供了有力保证。

S3C2440提供了外设有存储控制器、NANDFlash控制器、摄像头接口、USB控制器等。

（二）GPRS无线传输模块
GPBS无线移动通信网络覆盖面广、网络能力强、系统性能稳定、价格低廉、易于安装使用。

它基于IP的网络，传输速率理论上可达171.2kb/s，且传输延时小。

本文采用GF-5000 WGPRS模块，它是一个单面高集成度精巧结构设计，拥有GPRSClass10多时隙功能，支持GSM900/DCS1800双频，支持电路交换语音和短消息业务，拥有GSM07.07和增强型AT命令集。

（三）图片采集模块
图像采集的设备有很多种，OV9650传感器具有130万像素，分辨率可达1280×1024，具有标准的SSCB接口和10bit数据接口。

由于S3C2440片内有摄像头接口外设，所以将OV9650摄像头芯片直接与处理器摄像头接口引脚相连，图像并行传输，图像数据速度明显提高。

（四）传感器模块
本文选用MC-112催化式传感器，来检测可燃气体浓度。

具有半导体技术、高灵敏度、稳定可靠等特点。

选用红外热释电传感器LHi778作为人体检测模块。

采用红外热释电传感器专用信号处理芯片BISS0001来完成信号的处理放大。

三、系统软件设计
（一）嵌入式开发平台
Linux具有开放源代码、资源丰富、内核可裁剪等优点，因此我们采用Linux 作为操作系统。

构建嵌入式操作系统平台主要包括构建交叉编译环境、BootLoader移植、内核的裁剪与编译、根文件系统的制作等。

其中内核的裁剪的主要操作有：（1）编辑Makefile文件。

将CROSS_COMPILE=opt-host-armv41-bin-armv41-un-know-linux改为CROSS_COMPILE=arm-linux。

（2）编译内核makemenuconfig配置Linux内核。

（3）执行命令makedep创建内核的依赖关系。

（4）创建内核镜像makezImage。

（5）Linux内核压缩映像zImage建立根文件系统。

（二）图像采集
在Linux下的视频采集是通过Video4Linux实现的，它是连接视频设备的内核程序，提供了一系列的接口函数API，专门服务于视频设备的应用程序编程。

在编译内核时要将Video4Linux项选中，对应的设备文件目录是/dev/video。

设备驱动提供了open、read、write、close等函数调用，采用内存映射mmap方式把设备内存映射到应用程序的内存空间中，用户空间和内核空间不需要交换数据，
（三）嵌入式Web服务器
Boa是一种高性能单任务的HTTP服务器，能够支持实现动态Web技术的CGI（公用网关接口）技术，源代码开放，而且能够非常方便地在操作系统上进行移植。

当有连接请求时，Boa不为每个连接单独创建进程，而是通过建立HTTP 请求列表来处理多路连接请求。

Linux下实现Boa，需要对Boa做一些配置和修改。

主要通过对boa.conf和mime.type文件进行修改，需要将cgi文件扩展名和applICation/x-httpd-cgi类型关联；配置CGI脚本存放路径，在boa.conf中用ScriptAlias来指明，然后创建
HTML文档目录、CGI脚本目录，最后将boa.conf放到/etc/boa目录下。

Web服务器接收到请求，将浏览器发过来的参数传递给CGI程序，CGI程序完成处理，生成HTML页面代码写到重定向的标准输出。

四、结语
系统采用开源的Linux系统，降低了開发成本，可以任意裁剪和制定内核，方便移植。

与传统PC机的监控系统相比，本系统具有体积小、成本低、可靠性强等优势。

本系统还具有一定的扩展性，可以增加适当的功能扩展来满足用户更高的要求，如在图像采集端加入设置入侵检测或者报警等控制功能。

参考文献
[1]余志纲.基于嵌入式Linux视频监控系统的关键技术研究[D].湘潭：湖南科技大学，2014.
[2]任奇.基于嵌入式Linux平台的无线视频监控系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2014.。