【嵌入式系统监控终端软件设计5300字（论文）】

嵌入式系统监控终端软件设计目录TOC\o"1-3"\h\u1944一、图像监控技术关键技术 无线、远程的图像监控系统是近年来新兴起的一种图像监控系统，利用嵌入式技术、数字化图像采集、图像压缩以及自动化网络传输等技术，将智能图像处理与识别技术用于图像的显示、调整、跟踪，实现根据现场环境智能调节摄像机的位置及清晰度，对简单的物体进行跟踪与识别，大多应用于分布式制造系统中，以较低成本的实现不受地域限制的远程图像监控。随着计算机软、硬件技术日新月异的发展，人类已经进入了一个高速发展的信息化时代。图像处理技术愈来愈成为科学技术领域必不可少的手段；计算机通信技术和网络技术的快速发展，使得应用图像处理技术的远程图像监控系统得到了飞速的发展，在许多的商场、银行和智能楼宇里都安装了图像监控系统，许多工矿企业都希望利用监控系统实现机房、厂房的无人值守以及防火防盗的自动化、现代化、智能化。远程图像监控系统的核心是图像监控系统，图像监控系统包括五大部分，分别为：图像采集模块，包括图像传感器、镜头，用于监控现场图像采集；主控模块，包括Flash芯片和MCU，是整个系统的核心处理单元，网络传输模块，用于接入网络；电源模块，用来提供系统各模块所需的电源；Fireware，运行于MCU的程序，是整个系统的“发号施令者”，图像采集命令的发布、图像的压缩、图像的传输控制、以及系统各功能模块的协调处理，都是由Fireware来控制协调。一、图像监控技术关键技术（一）系统跟踪实现图像跟踪必须完成下列工作，搜索，即在观察的场景图像中，搜索图像目标存在的区域；检测、分割与识别；确定目标点及其行踪，即在图像目标上确定出代表目标位置的点，并确定其位置，随着时间的变化给出图像目标的轨迹。对图像的处理，为了实现对系统的跟踪功能，在监控远端和监控中心均采用多线程编程。一个线程用于图像捕捉和压缩，一个线程用于图像的实时处理。图像处理模块定时对采集的图像进行处理，获得图像的亮度、聚焦信息，如果不满足要求，通过下发控制指令对摄像机的光圈、亮度及焦距进行调节，自动保护采集图像的质量(也可以通过手动对摄像机的光圈、亮度及焦距进行调节)。利用图像的自动调节模块可以同时满足对多个监控点的监控图像的画面要求，避免监控人员的调节和疏漏。当系统处于自动跟踪状态时，可以对运动物体的检测，获得运动物体的边沿和形状特征，以及运动物体的运动状态，通过一定的跟踪算法来调节云台电机实现跟踪。（二）图像压缩视频图像压缩分为无损压缩和有损压缩。无损压缩是指回放压缩文件时，能够准确无误地恢复原始数据。这常用于数据文件的压缩，例如ZIP文件。无损压缩常用的算法是个数计数法，它将一连串的相同颜色定义为颜色与数量2个参数，以此减少相同颜色所占用的空间。由此看出，这种压缩算法压缩黑白图片时非常有用，但是对活动的彩色图像压缩并不实用，它受图像复杂度的影响太大，造成压缩率过低。有损压缩算法靠丢掉大量冗余信息来降低数字图像所占的空间，回放时也不能完整地恢复原始图像，必将有选择地损失一些细节，损失多少信息由需要多高的压缩率决定。对同一种压缩算法来讲，所需压缩率越高，损失的图像信息越多。二、系统总体方案设计远程图像终端监控系统建构设计如图1所示。图1嵌入式远程图像监控终端系统建构设计像银行、超市等场合，需要监控的角度繁多，需要用到的摄像机数目比较大的时候，为了实现统一监控，方便客户使用，我们需要设计一个服务器，控制多项监控终端的系统结构，将每台摄像机捕捉到的画面，可以拼凑成一个完整全面的视图供客户核查，这种嵌入式远程图像监控终端系统具体的优势功能如下文所示：（一）图像采集用于监控的摄像机，可以根据监控中心所发出的指令，进行拍摄角度上的调整，实时采集到有利于作业目标的图像记录。（二）图像压缩嵌入式远程图像监控终端系统可以将摄像头拍摄到的图像，进行格式压缩，被压缩后的JPEG格式在传输回监控中心的过程中更加便捷，所占用的储存空间也会相对减少。（三）网络通信利用GPRS无线网络通信，保障在摄像机回传所采集到的信息同时，也可以接收到监控中心对自身发出的指令。三、系统软件分析（一）嵌入式交叉编译开发环境分析相对于硬件资源不多、运算速度较慢的嵌入式系统应用程序的开发，远远没有直接利用本地编译那么便捷，比方说，本次设计监控终端系统所使用的ARM平台，在编程软件运行的过程中，平台自带的静态存储器，不满足代码编译软件需要的硬件存储空间，在编译软件运行时，CPU的主频速率也不能支撑其较强的运算速度，代码编译软件至少需要256MB的内存空间，所以在本次研究的基础前提上，需要先制作一个适合交叉编程的编译平台，为开发环境创造良好的先行条件，保障在整体试验过程中不会出现因嵌入式平台而引发的外界干扰。这套编译平台是由编译器软件、连接器硬件和C语言函数库元件库三大部分组合而成的交叉编译工具。C语言函数库可以随时调换，根据客户实用领域的范围去选择即可。利用跨平台编译器实现交叉编译的工作原理，在对源程序代码，编译成特定机器可以识别并执行的文件时，需要通过连接器硬件，利用重定位功能实现客户期值，在跨平台编译器工作的时候，比一般的编译器需要的外部设备更加复杂多样，首先就需要一个针对于跨平台编译器的特定处理价结构，所以在本文的实验中，我们采用的是开放源代码编译器GCC，这是目前编译器市场上最流行的一款开放源码编译器，在嵌入式计算机运算中，搭配的效果最为完美。图2目标系统与宿主机连接图制作交叉编译工具链是一个非常困难的过程，本文研究列举了三种制作方法，仅供大家参考。如果选择自主研发交叉编译工具链，则需要在对相关工具源码包进行合理匹配即可，或者可以直接在相关网站上，找出适合自己研究风格的网址，直接下载交叉编译工具链。在将交叉编译工具链运用到嵌入式软件开发时，需要按照特定的连接图进行拼接，在用户编写好源代码，经过交叉编译器的处理后，再通过RS232串口、特定接口及相关网线的输出，实现目标代码直接转入到机械中央处理器的闪存系统中内，并在最后的运用程序上显示、执行相关指令，为保障调试运用应用程序的过程中更加便捷，需要利用文件共享服务器，将主机与宿主机连接起来。那些特定的串口极为重要，不仅用于观察、监测目标代码在传输过程中的动态，还可借助于串口实现操控编译器的功能。本次研究是基于arm-linux-gcc-4.3.2的编译工具链实现信息交叉，这是传统ARM平台软件程序开发上另行升级的版本，实验中利用交叉编译的开发环境，安装并调试的步骤如下:1.在虚拟机上安装一个发行版本Linux操作系统Fedora操作系统目前已经开发到了第27代，但本次研究设计所需要用到的版本是第九代操作系统，目的是为了保障实验的稳定性及简便性，还可以利于各种不同层次的用户群广泛使用，省去了过多不必要的补丁、限制权限、编译工具链老化等复杂繁琐的步骤。2.配置宿主机操作系统在第九代linux操作系统上加入信息服务块的共享服务，不仅可以连接两个操作系统，甚至可以与全世界的电脑共享特定的主机资源，实现主机、宿主机之间资源共享，同时也有利于文件、图像、数据的无线传输。3.安装交叉编译工具链韩国三星公司研制的S3C2440微机处理器，目前在同类市场中还保持着主导者的地位，所以我们直接基于S3C2440微机处理器，沿用了arm-linux-gcc-4.3.2的交叉编译工具。4.配置网络文件系统NFS服务网络文件系统是利于计算机之间资源共享的一种系统，不仅可以实现透明读写远程电脑上的文件，还可以节省电脑内部的磁盘空间，利用NFS服务系统的特性，将其设为硬盘较大的根文件系统，在科学研究领域上一直用于去启动开发板。（二）图像采集程序模块分析图像采集一共有4个行动步骤，接通电源启动主程序后，先是USB摄像头呈现初始化函数用于记录实时画面，再将所记录的画面转换成图像函数，再通过图像压缩成利于无线传输的格式，传送回监控中心。在任何一个操作系统或操作平台，在使用USB摄像头之前必须先安装特定的摄像头驱动程序，驱动程序不仅是为了使摄像头能够运作，可以将监控中心下发的指令通过V4L模式的接口传送给摄像头，保障应用程序USB摄像头设备实现无误差的操作。本次实验研究所用的的摄像头是ov511芯片的USB摄像头，所以必须在操作系统配置内核时提供相应的驱动硬件，用于保障特定的USB摄像头正常工作，安装流程如下文所示：第一步是打开Linux免费操作系统的内核源码目录，为查出配置菜单需要输入makemenuconfig这条代码。选中设备驱动程序其英文名为DeviceDrivers…>Multimediadevices…>{EnbleVideoForLinuxAPI1(DEPRECATED);Videocaptureadapters…>}选择V4LUSB摄像头的音频标准…><*>USBOV511Camerasupport调试好自主设定的配置后点击保存。根据不同用户所需要的指令重新编译内核。根据上面演示的操作流程组装好内核驱动，将全新编译的内核下载到电脑主机的硬件装置里，截止这一步已经将OV511摄像头的驱动设备组装完成，再将USB摄像头用串口线连接到电源，在计算机内部/dev目录下会有video0设备文件的显示图标，点开即可查看到所拍摄的内容。（三）GPRS数据传输程序分析GPRS数据传输系统是基于无线传输领域上的一种升级版本，可以实现远程操控摄像头监控终端，将摄像头拍摄到的实时画面，利用相应串口连接的链路传送回监控中心，为更加直观的展示传输步骤，已将详细数据列示于下文：1.初始化串口termios结构体一般都是用于嵌入式系统设计当中的下行串口，基于本次实验所需，特采用了八位数据的实验参数，为实现无停止位校验位的工作原则，达到串口可以读写相应数据为止。2.初始化GTM900B模块PC应用设备通过AT指令GTM900B模块从而驱动串口执行初始化的指令。监控设备终端的GTM900B模块里最重要的几条AT指令基础参数如下文所示：AT+CGATT=1AT+CGDCONT=1,“IP”，“CMNET”AT%ETCPIPAT%IPOPEN=“TCP”,“ip_addr”,porter“”AT%IOMODE=1AT+CGATT=1与AT%IPOPEN这两条指令都是是驱动GTM900B模块与GPRS网络进行连接并启动工作。AT+CGDCONT=1,“IP”,“CMNET”这条指令是基于AT+CGATT=1与AT%IPOPEN这两条指令之上，在互联网协议IP的分组数据协议类型的相关内容进行数据分组，促使外部数据网络接入点直接连接中国移动互联网。AT%IOMODE这条指令是基于在交叉编译器处理相关问题的时候，有些源代码是不需要进行交叉编译器特定处理的，为了方便客户在使用的时候可以根据自己的需求随时进行调动，特地用这条指令表示是否需要利用交叉编译器进行编码，完成HEX-ASCII之间的转换。如果客户不需要进行编码，嘛呢这里设置对发送数据进行编码，那么该模块就只会发送可显字符代替相关文本。3.读网络数据当GPRS模块接通电源并与Internet连接无误后，主程序将通过串口连接的数据线对GPRS模块进行驱动，查询检验双方接收、传递信息无误后开始正常工作，保障在机器运作的时候实现无障碍读写、回传命令。4.图像文件发送运用AT%IPSEND="DATA"\r"的模块指令，去驱动IP主程序传输图片数据，AT%IPSEND这条指令是在TCP/IP协议的的工作原理上构建应用层协议从而完成图片、数据在两台电脑上共享。GPRS数据无线传输是将文件格式的大小、文件名、像素清晰度一块打包，转交给TCP中转服务器进行编序号、标注时长、内容特点等，细化并规范每一个文件的格式，再二次封包传回服务器中心，途中若有相关文件遗漏，则有自检元件进行审核，对遗漏的文件发送重传指令。四、结论远程图像监控系统具有成本低、传输距离远、传输速度快、运行成本低等优点，因此具有乐观的市场前景，不仅仅可作为独立的监控系统用于家庭、汽车、保险柜等生活日常应用。远程图像监控系统还能应用于仓库、变电站、电表、水塔、水库、环保监测点、偏远山区的气象站或移动电话基站等场所的监控，甚至可以安装于某些场所，用作自动抄表系统。远程图像监控系统也可以作为图像采集模块可集成于自动售货机用于监测香烟、食品和饮料的运行状态和存货等。本文的设计是在我国现有监控市场的传统水平上，作出优化升级，保障传送的画面更具有实时性与真实性，提高画面的清晰度，为后续人员在监控事故处理上，减少人力物力的投资,本次设计都是基于GPRS无线通信网络进行的数据传送，GPRS这一领域在未来还有无限发展前景，本次论文只是略表拙见。

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