基于ARM-linux的智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

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。本文提出了運動物體檢測的設(shè)計方案。當(dāng)有外來入侵者時，系統(tǒng)會追蹤運動目標(biāo)并將其鎖定，拍攝記錄下其圖片，并會發(fā)出報警信號，警告入侵者離開。同時系統(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)計了智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用背景差法實現(xiàn)對視頻序列中運動目標(biāo)的檢測，根據(jù)檢測結(jié)果實現(xiàn)報警功能，同時利用GPRS移動通信覆蓋區(qū)域廣闊的特點，以短信和彩信的形式將信息發(fā)送到用戶手機(jī)，從而實現(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)實現(xiàn)圖像采集、運動目標(biāo)檢測、現(xiàn)場警報并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)短信和彩信的發(fā)送。

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

系統(tǒng)工作流程為：首先，運行運動目標(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)行運動目標(biāo)檢測算法計算工作。當(dāng)系統(tǒng)檢測到有運動目標(biāo)入侵時，系統(tǒng)會拍攝下運動目標(biāo)入侵者的圖像并保存在文件夾中。此時，系統(tǒng)將開啟現(xiàn)場報警程序模塊，通過聲卡UDA1341驅(qū)動音箱播放報警音樂，來警告非法入侵者離開。同時，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。

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)動音箱報警，用M20實現(xiàn)彩信圖片發(fā)送。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

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)計基于背景差法的運動圖像檢測算法的軟件實現(xiàn)[4]。報警模塊需要移植MP3播放器madplay，設(shè)計報警控制程序及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。

3.1 運動圖像檢測

視頻序列檢測為智能視頻監(jiān)控提供了便利。本系統(tǒng)通過運動檢測實現(xiàn)自動報警和圖片拍攝，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警電路的方式實現(xiàn)報警功能。通過視頻序列檢測運動目標(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，系統(tǒng)就會自動報警并拍攝下運動目標(biāo)的照片。

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

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，把運動區(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，即可開始驗證運動圖像檢測。

報警模塊是根據(jù)motion檢測的結(jié)果(圖像變化超過閾值90)作出報警反應(yīng)。報警模塊移植了MP3播放器madplay及報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，則開始播放MP3報警音樂。

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

運動目標(biāo)檢測部分在檢測到運動目標(biāo)入侵時會拍攝下運動目標(biāo)的圖像，將其存儲在/root/motion文件夾下。發(fā)送彩信時則將讀取相關(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;

(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;