隨著通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和電子技術(shù)的發(fā)展，智能手機(jī)逐步進(jìn)入智能家居、工業(yè)控制等領(lǐng)域。智能手機(jī)通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可視化監(jiān)控，也稱(chēng)為3G視頻監(jiān)控，是目前研究熱點(diǎn)，主要應(yīng)用在安防、智能交通等方面，為用戶(hù)提供警報(bào)、智能識(shí)別等監(jiān)控功能。大多數(shù)3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能控制方面不夠完善，不能按照用戶(hù)需求控制特定的設(shè)備。目前人們開(kāi)發(fā)的基于嵌入式的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，是采用PC通過(guò)連接Internet訪問(wèn)嵌入式系統(tǒng)，獲取設(shè)備狀態(tài)信息和控制設(shè)備，而較少系統(tǒng)提供對(duì)現(xiàn)場(chǎng)直觀的可視化監(jiān)視。PC體積較大，不如手機(jī)攜帶方便，監(jiān)控的地點(diǎn)受到限制。用智能手機(jī)作為監(jiān)控終端，能使用戶(hù)可以在有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的地方進(jìn)行監(jiān)控。

　　為此，本文研制了一種結(jié)合3G視頻監(jiān)控技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的移動(dòng)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)的可視化監(jiān)視部分，用戶(hù)使用智能手機(jī)能在任何時(shí)間、不同地點(diǎn)進(jìn)行可視化遠(yuǎn)程智能監(jiān)控。

　　1、移動(dòng)可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

　　智能控制系統(tǒng)，一般分為前端、數(shù)據(jù)處理服務(wù)終端、客戶(hù)監(jiān)控端3個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 智能控制系統(tǒng)

　　前端是測(cè)控設(shè)備的集合，一般是智能傳感器、設(shè)備控制器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等。數(shù)據(jù)處理服務(wù)終端，是處理前端和客戶(hù)監(jiān)控端數(shù)據(jù)交互的中介，一般是單片機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和PC等�？蛻�(hù)監(jiān)控端是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和控制前端，通常是PC、智能手機(jī)等。在不同的系統(tǒng)中，主要有以下差異：

　　1)前端采集數(shù)據(jù)和控制設(shè)備不同；

　　2)數(shù)據(jù)處理服務(wù)端處理芯片和軟件設(shè)計(jì)不同；

　　3)客戶(hù)監(jiān)控端硬件和智能識(shí)別算法不同。

　　移動(dòng)可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)前主要應(yīng)用于智能家居、智能安防等方面。典型系統(tǒng)有如下兩類(lèi)：

　　1)基于ARMLinux的嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理端，通過(guò)RS232/485總線與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連，采用Web服務(wù)器和視頻服務(wù)器向PC監(jiān)控端發(fā)送視頻數(shù)據(jù)和傳感器采集數(shù)據(jù)。監(jiān)控端通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)Web服務(wù)器，獲取需要觀察的現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像和設(shè)備信息，并實(shí)現(xiàn)可視化的遠(yuǎn)程控制。PC作為監(jiān)控終端，體積大，不方便攜帶，用戶(hù)不能隨時(shí)隨地進(jìn)行監(jiān)控。

　　2)智能手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理終端選擇PC，客戶(hù)監(jiān)控端(智能手機(jī))通過(guò)GPRS連接Internet訪問(wèn)數(shù)據(jù)處理端PC。PC對(duì)前端視頻圖像用MJPEG算法進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，當(dāng)客戶(hù)端接入PC時(shí)，接收來(lái)自PC的壓縮數(shù)據(jù)包，解碼并顯示視頻圖像。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控。但是基于GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，限制了圖像的質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)圖像和監(jiān)控圖像間延遲較高，而且服務(wù)端使用PC，成本較高，資源得不到充分利用。

　　通過(guò)上述系統(tǒng)各方面的分析與實(shí)際需求，研制了一種移動(dòng)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(shù)據(jù)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?xún)r(jià)比。前端數(shù)據(jù)采集使用模擬攝像機(jī)和傳感器�？蛻�(hù)監(jiān)控終端選擇搭載Android 4.3操作系統(tǒng)的智能手機(jī)，方便用戶(hù)攜帶和監(jiān)控。

圖2 移動(dòng)可視化監(jiān)控系統(tǒng)

　　2、系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)

　　2.1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)口

　　系統(tǒng)的硬件核心是數(shù)據(jù)處理服務(wù)端，采用嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)核心處理器是達(dá)芬奇的DM6446雙核處理器，擁有1 GB32位的DDR內(nèi)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(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的核心，視頻數(shù)據(jù)輸入接口，用于采集前端模擬攝像機(jī)的視頻數(shù)據(jù)。IO通用接口則提供可以通過(guò)軟件編程的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和采集傳感器數(shù)據(jù)。LAN網(wǎng)絡(luò)接口連接Internet，與客戶(hù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。嵌入式模塊搭載Linux操作系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)端軟件的設(shè)計(jì)平臺(tái)。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(shè)備控制模塊設(shè)計(jì)

　　設(shè)備控制模塊采用STC51單片機(jī)為核心的無(wú)線紅外收發(fā)模塊，通過(guò)監(jiān)聽(tīng)標(biāo)準(zhǔn)10口輸入數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)無(wú)線紅外線收發(fā)模塊，讀取存儲(chǔ)的紅外編碼數(shù)據(jù)，發(fā)送編碼信號(hào)控制設(shè)備(電視、空調(diào)等)。設(shè)備控制模塊軟件可以在Windows平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。設(shè)備控制模塊電路框圖如圖4所示。

圖4 設(shè)備控制模塊

　　3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括嵌入式系統(tǒng)軟件和客戶(hù)終端軟件2大部分。嵌入式系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、連接Internet與客戶(hù)端數(shù)據(jù)交互、控制設(shè)備等功能�？蛻�(hù)終端軟件利用3G網(wǎng)絡(luò)連接Internet實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)、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(shè)計(jì)

　　根據(jù)嵌入式系統(tǒng)和客戶(hù)終端通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的功能，嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以服務(wù)器的形式讓客戶(hù)終端訪問(wèn)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。在嵌入式服務(wù)器中，流媒體服務(wù)器能讓客戶(hù)終端接收經(jīng)過(guò)編碼壓縮的視頻數(shù)據(jù)。Web服務(wù)器則能接收用戶(hù)發(fā)送數(shù)據(jù)、反饋設(shè)備控制信息和調(diào)用嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序。因此，編寫(xiě)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序，結(jié)合流媒體服務(wù)器和Web服務(wù)器，可以實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的功能。

　　綜上所述，嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(wù)器和Web服務(wù)器，前者將嵌入式應(yīng)用程序采集編碼壓縮的數(shù)據(jù)提供給客戶(hù)終端訪問(wèn)接收，后者則接收客戶(hù)終端發(fā)送的控制命令，調(diào)用CGI程序，分析控制命令并控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(hù)監(jiān)控終端軟件設(shè)計(jì)

　　客戶(hù)監(jiān)控終端是搭載開(kāi)源Android系統(tǒng)的智能手機(jī)。設(shè)計(jì)客戶(hù)終端連接嵌入式系統(tǒng)服務(wù)器，獲取視頻編碼數(shù)據(jù)并解碼進(jìn)行可視化監(jiān)視，模擬瀏覽器提交表單控制命令數(shù)據(jù)到嵌入式系統(tǒng)web服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程控制。因此，客戶(hù)終端軟件設(shè)計(jì)即是開(kāi)發(fā)APK(Android應(yīng)用程序)。

　　APK開(kāi)發(fā)需要搭建開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)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(kāi)發(fā)插件)；

　　4)下載安裝Android SDK、NDK。

　　在Android開(kāi)發(fā)環(huán)境中編譯VLC—Android開(kāi)源項(xiàng)目，獲得適用于Android系統(tǒng)的VLC解碼庫(kù)。APK啟動(dòng)3G網(wǎng)絡(luò)連接Internet，初始化VLC解碼庫(kù)，解碼數(shù)據(jù)顯示監(jiān)控視頻圖像，調(diào)用Apache HTTP網(wǎng)絡(luò)函數(shù)庫(kù)發(fā)送POST請(qǐng)求提交表單數(shù)據(jù)，完成監(jiān)控�？蛻�(hù)端軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

　　Android APK是采用JAVA編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，客戶(hù)端發(fā)送P0sT請(qǐng)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(wù)器中接收POST請(qǐng)求的CGI程序地址，params是POST請(qǐng)求的數(shù)據(jù)名和值的封裝數(shù)據(jù)，通過(guò)HTTP.UTF_8編碼請(qǐng)求數(shù)據(jù)并發(fā)送到目標(biāo)URL。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制部分功能。

　　4、系統(tǒng)測(cè)試

　　完成上述所有工作后，整合系統(tǒng)各部分并進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

　　在無(wú)線局域網(wǎng)條件下，現(xiàn)場(chǎng)圖像到客戶(hù)終端的顯示圖像之間有2s，上下浮動(dòng)0.5s的延遲，客戶(hù)終端接收服務(wù)器響應(yīng)信息延遲約為1s。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，表明系統(tǒng)符合課題的設(shè)計(jì)需求，可以在有可視化智能監(jiān)控需求的情況下應(yīng)用。

　　5、結(jié)論

　　通過(guò)分析研究目前智能監(jiān)控系統(tǒng)存在的問(wèn)題，研制了一種結(jié)合嵌入式技術(shù)和Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)的移動(dòng)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)的可視化監(jiān)視部分，實(shí)現(xiàn)了使用智能手機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻監(jiān)視和設(shè)備控制。該系統(tǒng)可以應(yīng)用到普通家庭、工廠、水壩等多種不同的場(chǎng)合，用戶(hù)不受時(shí)間、空間限制即可監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)。但是由于不同的場(chǎng)合控制設(shè)備不盡相同，所以未來(lái)系統(tǒng)的研究方向在于以最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，前端可控接151的2次開(kāi)發(fā)，使系統(tǒng)適用于更多的場(chǎng)合。

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