《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于ARM-linux的智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
來源:中電網(wǎng)
摘要: 隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步,人們的生活步調(diào)加快,如家庭生活和工作等環(huán)境中會經(jīng)常出現(xiàn)無人的情況,此時(shí)安全問題令人擔(dān)憂,研制一個適宜的安全監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。然而,目前大多智能監(jiān)控系統(tǒng)需要借助一些傳感器,如熱紅外、煙霧等
關(guān)鍵詞: ARM-Linux 智能監(jiān)控 檢測
Abstract:
Key words :

 隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步,人們的生活步調(diào)加快,如家庭生活和工作等環(huán)境中會經(jīng)常出現(xiàn)無人的情況,此時(shí)安全問題令人擔(dān)憂,研制一個適宜的安全監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。然而,目前大多智能監(jiān)控系統(tǒng)需要借助一些傳感器,如熱紅外、煙霧等,來實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控,這樣提高了成本,使系統(tǒng)變得復(fù)雜,可靠性降低。因此設(shè)計(jì)一種簡易的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)是必要的。本文提出了運(yùn)動物體檢測的設(shè)計(jì)方案。當(dāng)有外來入侵者時(shí),系統(tǒng)會追蹤運(yùn)動目標(biāo)并將其鎖定,拍攝記錄下其圖片,并會發(fā)出報(bào)警信號,警告入侵者離開。同時(shí)系統(tǒng)將會通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送警告信息和入侵者的圖片,讓用戶可以隨時(shí)了解監(jiān)控區(qū)域的情況。


本文以嵌入式系統(tǒng)ARM+Linux系統(tǒng)為平臺設(shè)計(jì)了智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用背景差法實(shí)現(xiàn)對視頻序列中運(yùn)動目標(biāo)的檢測,根據(jù)檢測結(jié)果實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能,同時(shí)利用GPRS移動通信覆蓋區(qū)域廣闊的特點(diǎn),以短信和彩信的形式將信息發(fā)送到用戶手機(jī),從而實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控[1]。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的功能概述及工作流程

本智能監(jiān)控系統(tǒng)是基于嵌入式ARM-Linux開發(fā)的,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像采集、運(yùn)動目標(biāo)檢測、現(xiàn)場警報(bào)并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)短信和彩信的發(fā)送。

系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能有:(1)采用背景差法實(shí)現(xiàn)對視頻序列中運(yùn)動目標(biāo)檢測;(2)通過GPRS發(fā)送報(bào)警短信和檢測到的運(yùn)動目標(biāo)圖像彩信;(3)通過聲卡在現(xiàn)場播放報(bào)警音樂。

系統(tǒng)工作流程為:首先,運(yùn)行運(yùn)動目標(biāo)入侵檢測模塊,驅(qū)動USB攝像頭進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集,在ARM處理器中進(jìn)行運(yùn)動目標(biāo)檢測算法計(jì)算工作。當(dāng)系統(tǒng)檢測到有運(yùn)動目標(biāo)入侵時(shí),系統(tǒng)會拍攝下運(yùn)動目標(biāo)入侵者的圖像并保存在文件夾中。此時(shí),系統(tǒng)將開啟現(xiàn)場報(bào)警程序模塊,通過聲卡UDA1341驅(qū)動音箱播放報(bào)警音樂,來警告非法入侵者離開。同時(shí),系統(tǒng)通過串口發(fā)送AT指令來啟動GPRS無線模塊M20,GPRS模塊發(fā)送報(bào)警短信和入侵者的圖片到用戶手機(jī)。

2 系統(tǒng)硬件平臺構(gòu)建

本系統(tǒng)硬件由以下模塊構(gòu)成:中芯微的USB攝像頭zc0301、GPRS彩信模塊M20、聲卡UDA1341、音箱、三星公司的微處理器S3C2440,256 MB NAND Flash以及64 MB SDRAM。S3C2440微處理器內(nèi)部集成了ARM公司ARM920T處理器核的32 bit微控制器,其資源豐富,帶獨(dú)立的16 KB指令Cache和16 KB數(shù)據(jù)Cache,還有NAND閃存控制器及RAM控制器,系統(tǒng)主頻最高可達(dá)203 MHz[2-3]。本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

http://www.21ic.com/d/file/201302/8d99bdc9719cd286b325f54179bb8ef1.jpg

本系統(tǒng)用USB攝像頭zc301進(jìn)行圖像采集,得到JPEG格式圖像,通過聲卡UDA1341驅(qū)動音箱報(bào)警,用M20實(shí)現(xiàn)彩信圖片發(fā)送。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件是基于ARM-Linux平臺開發(fā)的。首先在系統(tǒng)上移植Uboot、Linux-2.6.30內(nèi)核和根文件系統(tǒng)。系統(tǒng)移植zc0301攝像頭驅(qū)動、聲卡UDA1341驅(qū)動和串口驅(qū)動。系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)基于背景差法的運(yùn)動圖像檢測算法的軟件實(shí)現(xiàn)[4]。報(bào)警模塊需要移植MP3播放器madplay,設(shè)計(jì)報(bào)警控制程序及GPRS警告信息發(fā)送程序。系統(tǒng)的應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

http://www.21ic.com/d/file/201302/19d39059903978b012a824beb319c5f5.jpg

3.1 運(yùn)動圖像檢測

視頻序列檢測為智能視頻監(jiān)控提供了便利。本系統(tǒng)通過運(yùn)動檢測實(shí)現(xiàn)自動報(bào)警和圖片拍攝,而在以往的監(jiān)控系統(tǒng)中通常是采用人工干預(yù)的方式或者增加額外報(bào)警電路的方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。通過視頻序列檢測運(yùn)動目標(biāo)則可以提高監(jiān)控系統(tǒng)的自動化程度,節(jié)約人力[1]。運(yùn)動目標(biāo)檢測和跟蹤是視覺領(lǐng)域的重要課題。系統(tǒng)對視頻視野內(nèi)是否有入侵者進(jìn)行檢查,當(dāng)檢測結(jié)果超出認(rèn)定的變化閾值時(shí),系統(tǒng)就會自動報(bào)警并拍攝下運(yùn)動目標(biāo)的照片。

本文采用背景差法進(jìn)行運(yùn)動圖像檢測。背景差法基于圖像序列和參考背景模型相減實(shí)現(xiàn)運(yùn)動物體的檢測,它能較好地檢測出運(yùn)動目標(biāo)有關(guān)的所有像素點(diǎn)[1]。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)位置是固定的,場景不會實(shí)時(shí)變化,因此適合采用背景差法進(jìn)行運(yùn)動目標(biāo)檢測[1]。

http://www.21ic.com/d/file/201302/355d5389614ae31530d1b84eae1fd59e.jpg

修改配置文件motion-dist.conf:設(shè)置圖像大小為320×240,設(shè)置攝像頭采集速度為30幀/s,設(shè)置像素變化檢測認(rèn)定為圖像變化的閾值threshold=90,設(shè)置當(dāng)檢測到有圖像變化時(shí),把運(yùn)動區(qū)域用矩形框起來等配置信息。

移植motion:首先進(jìn)入源碼包交叉編譯#./configure、#make和#make install,這樣就完成了移植工作。之后#./motion-c motion-dist.conf,即可開始驗(yàn)證運(yùn)動圖像檢測。

報(bào)警模塊是根據(jù)motion檢測的結(jié)果(圖像變化超過閾值90)作出報(bào)警反應(yīng)。報(bào)警模塊移植了MP3播放器madplay及報(bào)警音樂播放處理程序。當(dāng)檢測到圖像像素變化達(dá)到閾值時(shí),則開始播放MP3報(bào)警音樂。

3.2 短信發(fā)送

短信的發(fā)送方式有TEXT模式和PDU模式兩種,本文采用TEXT模式向用戶發(fā)送報(bào)警短信。發(fā)送英文短信的主要步驟如下:

(1)打開串口;

(2)初始化串口參數(shù);

 (3)發(fā)送AT+CMGF=1命令,通知手機(jī)模塊采用TEXT模式;

(4)發(fā)送AT指令A(yù)T+CMGS="150968807501",通知手機(jī)模塊用戶的電話號碼;

(5)添加發(fā)送的警告信息內(nèi)容;

(6)發(fā)送結(jié)束,關(guān)閉串口。

3.3 彩信發(fā)送

運(yùn)動目標(biāo)檢測部分在檢測到運(yùn)動目標(biāo)入侵時(shí)會拍攝下運(yùn)動目標(biāo)的圖像,將其存儲在/root/motion文件夾下。發(fā)送彩信時(shí)則將讀取相關(guān)圖片,并采用彩信發(fā)送的指令發(fā)送彩信[5]。發(fā)送彩信的步驟為:

(1)發(fā)送指令A(yù)T+QIFGCNT=1,以配置場景;

(2)發(fā)送AT+QICSGP=1,"CMWAP"設(shè)置接入點(diǎn);

(3)發(fā)送指令A(yù)T+QIREGAPP以設(shè)置用戶名及密碼,通常默認(rèn)為空;

(4)發(fā)送AT+QIACT激活GPRS;

(5)發(fā)送AT+QILOCIP查詢本機(jī)IP是否連上GPRS;

(6)發(fā)送AT+QMMSW=1,1,"150968807501"設(shè)置目標(biāo)手機(jī)號碼;

(7)發(fā)送AT+QFUPL="pic_name.jpg",2 644,即上傳圖片并起名為pic_name.jpg,圖片大小為2 664;

(8)發(fā)送AT+QMMSEND=1,發(fā)送彩信。

應(yīng)用軟件部分代碼如下:

/*pic.txt用于記錄文件pic.txt記錄是否有圖像變化。1:有圖像變化0:沒有圖像變化*/

pic_fd=open("pic.txt",O_RDWR|O_CREAT,0666);

read(pic_fd,pic_buf,1);

if(pic_buf[0]==′1′) /*檢測到有圖像變化*/

start_playMP3(); /*播放MP3報(bào)警音樂函數(shù)*/

send_text(); /*發(fā)送文本短信*/

fd=open(pic_name.jpg,O_RDWR,0777));

len=read(fd,buff);

send_MMS(”150968807501”,len,buff);/*發(fā)送彩信*/

strcpy(uart_buff,AT_QIDEACT);

strcpy(ptr1_code,AT_QMMSEND);

Send_AT_Command(ptr1_code); /*發(fā)送彩信*/

Send_AT_Command(uart_buff); /*斷開連接*/

return 0;

4 系統(tǒng)測試

運(yùn)動目標(biāo)檢測的測試結(jié)果如圖4所示,當(dāng)攝像頭視野內(nèi)出現(xiàn)運(yùn)動物體且像素變化達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí),報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào),同時(shí)拍攝下一組運(yùn)動目標(biāo)的圖像,在照片內(nèi)用方框標(biāo)定運(yùn)動目標(biāo)。用戶手機(jī)接收到報(bào)警短信和彩信,如圖5所示。


http://www.21ic.com/d/file/201302/0cfa608ff55af74341d693cbebdeb8f7.jpg

本文提出了一種基于運(yùn)動檢測的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,該系統(tǒng)最終完成了運(yùn)動目標(biāo)的檢測功能。當(dāng)有物體入侵時(shí),系統(tǒng)可以靈敏地檢測到運(yùn)動目標(biāo),然后拍攝下入侵者的照片,將圖片發(fā)送到用戶的手機(jī),并發(fā)出報(bào)警信號。系統(tǒng)能夠滿足無人值守環(huán)境的應(yīng)用需求[6-8],提高了系統(tǒng)的智能化水平。

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