隨著通信技術網絡和電子技術的發展，智能手機逐步進入智能家居、工業控制等領域。智能手機通過3G網絡進行可視化監控，也稱為3G視頻監控，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、智能識別等監控功能。大多數3G視頻監控系統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。目前人們開發的基于嵌入式的遠程智能監控系統，是采用PC通過連接Internet訪問嵌入式系統，獲取設備狀態信息和控制設備，而較少系統提供對現場直觀的可視化監視。PC體積較大，不如手機攜帶方便，監控的地點受到限制。用智能手機作為監控終端，能使用戶可以在有移動通信網絡的地方進行監控。
為此，本文研制了一種結合3G視頻監控技術和嵌入式系統技術的移動可視化智能監控系統。系統完善了3G視頻監控的控制部分和嵌入式遠程控制系統的可視化監視部分，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控。
1、移動可視化智能監控系統分析與設計
智能控制系統，一般分為前端、數據處理服務終端、客戶監控端3個部分，如圖1所示。
圖1 智能控制系統
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控端數據交互的中介，一般是單片機系統、嵌入式系統和PC等。客戶監控端是通過網絡監視和控制前端，通常是PC、智能手機等。在不同的系統中，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)客戶監控端硬件和智能識別算法不同。
移動可視化智能監控系統當前主要應用于智能家居、智能安防等方面。典型系統有如下兩類：
1)基于ARMLinux的嵌入式遠程監控系統。該系統以嵌入式系統作為數據處理端，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監控端發送視頻數據和傳感器采集數據。監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作為監控終端，體積大，不方便攜帶，用戶不能隨時隨地進行監控。
2)智能手機遠程監控系統。該系統數據處理終端選擇PC，客戶監控端(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。系統實現了遠程可視化監控。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。
通過上述系統各方面的分析與實際需求，研制了一種移動可視化智能監控系統，系統框硬件圖如圖2所示。其數據處理終端使用嵌入式系統，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。客戶監控終端選擇搭載Android 4.3操作系統的智能手機，方便用戶攜帶和監控。
圖2 移動可視化監控系統
2、系統主要硬件電路設計
2.1嵌入式系統設計口
系統的硬件核心是數據處理服務端，采用嵌入式系統。嵌入式系統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。嵌入式系統是整個系統中數據處理的核心，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，提供數據處理服務端軟件的設計平臺。嵌入式系統電路框圖如圖3所示。
圖3 嵌入式系統電路
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模塊，通過監聽標準10口輸入數據，驅動無線紅外線收發模塊，讀取存儲的紅外編碼數據，發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。設備控制模塊電路框圖如圖4所示。
圖4 設備控制模塊
3、系統軟件設計
系統軟件設計主要包括嵌入式系統軟件和客戶終端軟件2大部分。嵌入式系統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、發送控制信令等功能。
3.1嵌入式系統軟件設計
根據嵌入式系統和客戶終端通過Internet實現數據交互的功能，嵌入式系統軟件設計以服務器的形式讓客戶終端訪問嵌入式系統進行數據交互。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送數據、反饋設備控制信息和調用嵌入式系統的應用程序。因此，編寫嵌入式系統應用程序，結合流媒體服務器和Web服務器，可以實現嵌入式系統所設計的功能。
綜上所述，嵌入式系統軟件設計是在嵌入式系統中搭建Linux操作系統，在操作系統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。嵌入式系統軟件流程圖如圖5所示。
3.2客戶監控終端軟件設計
客戶監控終端是搭載開源Android系統的智能手機。設計客戶終端連接嵌入式系統服務器，獲取視頻編碼數據并解碼進行可視化監視，模擬瀏覽器提交表單控制命令數據到嵌入式系統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APK(Android應用程序)。
APK開發需要搭建開發環境，開發環境搭建主要步驟如下：
1)安裝JDK；
2)安裝Eclipse；
3)在Eclipse安裝ADT(Android開發插件)；
4)下載安裝Android SDK、NDK。
在Android開發環境中編譯VLC—Android開源項目，獲得適用于Android系統的VLC解碼庫。APK啟動3G網絡連接Internet，初始化VLC解碼庫，解碼數據顯示監控視頻圖像，調用Apache HTTP網絡函數庫發送POST請求提交表單數據，完成監控。客戶端軟件設計流程圖如圖6所示。
Android APK是采用JAVA編程語言開發的，客戶端發送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編碼請求數據并發送到目標URL。實現遠程監控的控制部分功能。
4、系統測試
完成上述所有工作后，整合系統各部分并進行測試，測試結果如圖7所示。
圖7 系統測試結果
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，表明系統符合課題的設計需求，可以在有可視化智能監控需求的情況下應用。
5、結論
通過分析研究目前智能監控系統存在的問題，研制了一種結合嵌入式技術和Android應用開發技術的移動可視化智能監控系統。系統完善了3G視頻監控的控制部分和嵌入式遠程控制系統的可視化監視部分，實現了使用智能手機通過網絡進行視頻監視和設備控制。該系統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，所以未來系統的研究方向在于以最小系統為基礎，前端可控接151的2次開發，使系統適用于更多的場合。
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