家用无线视频监控系统设计及实现

I毕 业 论 文 设 计 任 务 书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信 1204 学生姓名 陈珊珊 一、毕业论文设计题目 家用无线视频监控系统的设计及实现 二、毕业论文设计工作自_2015 _年_ 12 _月_ 日 起至_ 2016_年 6 月 日止三、毕业论文设计进行地点: 物理与电信工程学院实验室 四、毕业论文设计的内容要求：1、本次毕业设计要求如下： 设计一个家用无线视频监控系统，要求： 用户可通过使用手机客户端软件实时观看远程的监控视频，随时了解监控范围内的情况； 当监控区域有异常情况出现，监控现场应立刻声光报警，同时应在第一时间通过用户手机客户端软件报警，以提醒业主及相关家庭成员，及时采取相应措施，排除危险情况的发生。 用户使用手机客户端软件，可远程方便地对监控场所进行设防和撤防管理。 2、毕业设计成果要求： 程序代码、硬件实物和论文，论文要求计算机打印（A4 纸），论文有不少于 3000词的相关英文中文翻译。 3、毕业设计时间安排： 14 周：查阅相关资料，熟悉题目内容，掌握设计原理，提交开题报告； 510 周：根据设计原理，进行相应软、硬件设计； 1112 周：完善设计功能，整理资料并进行结果测试及分析； 1314周：毕业设计验收； 1516周：撰写、修改、提交毕业论文，毕业答辩。 指 导 教 师 系 (教 研 室 ) 系(教研室) 主任签名 批 准 日 期 接 受 论 文 (设 计 )任 务 开 始 执 行 日 期 学 生 签 名 II家用无线视频监控系统的设计及实现陈珊珊（陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业 1204班，陕西 汉中 723001）指导教师：张文丽摘要家用无线视频监控系统可通过手机 APP 监控室内情况，在发生异常情况时，用户可做出相应的安全措施，以保证监控场所人身和财产的安全。该系统由 703N 型号的摄像头采集数据、图片等信息，通过串口传输给Atmega328p 型号单片机，单片机处理后通过无线路由器传输到手机 APP。当发生异常情况时，系统发出声光报警提示。该系统易于搭建、灵活性高、成本低，具有较高的实用价值。关键词单片机;超声波;视频监视;Atmega328p IIIDesign and Implementation of Wireless Video Monitoring System Chenshanshan(Grade12,Class 4,Major of Communication Engineering，School of Physics and TelecommunicationEngineering of Shaanxi University of Technology, chenshanshan 723001,China)Tutor:zhangwenliabstract Twireless video monitoring system can spy on home which makes the corresponding safety measures under emergency to remind the user by the phone APP just in case. Eespeciall ensure the personal and property safety monitoring places.he system consists of 703 n types of cameras to collect data, pictures and other information, through the serial transmission to Atmega328p type microcontroller, single-chip microcomputer processing through the wireless router transmission to the phone APP. When an exception occurs, the system sends out sound and light alarm prompt. this device has the advantage of small volume,low cost,wide application,which has the strong practical value in application.key words MCU ultrasonic , Atmega328p , video surveillanceIV目录引言 .11.课题研究背景 .21.1研究现状 .21.2发展前景 .21.3应用领域 .21.4本文研究的内容 .32. 方案论证 .42.1设计要求 .42.2方案设计 .42.3方案选择 .53. 硬件设计 .63.1系统组成 .63.2 单元电路设计 .63.2.1单片机控制电路 .63.3.2 斩波降压电路 .73.2.3 超声波检测电路 .83.2.4 晶振电路与复位电路 .93.2.5 报警电路 .103.2.6 模块数字量接口 .113.2.7 路由器与舵机摄像头 .114. 软件设计 .134.1程序设计思想 .134.2 部分程序设计模块 .134.2.1 主控程序模块 .134.2.2 超声波报警子程序 .134.2.3 视频监控子程序 .145. 系统的调试及分析 .155.1 软件程序调试 .155.1.1 软件介绍 .155.1.2 程序调试 .155.2 硬件调试 .155.3功能测试 .16结束语 .18致谢 .19参考文献 .20附录 A：外文文献原文 .21附录 B：外文献翻译 .29附录 C：部分程序 .38附录 D：元器件清单 .42附录 E：实物图与原理图 .43陕西理工学院毕业设计第 0 页 共 48 页引言现在，随着网络、计算机以及图像处理 1、传输技术的迅速发展，视频监控制技术也有非常长远的发展，无线视频监控系统 【2】 是安全防范系统的重要组成部分，它是防范能力较强的一种综合系统。无线视频监控可以以其方便、直观信息丰富而内容广泛应用于许多场合。在这科技越来越发达的社会上出现了很多不安全事件，尤为突出的是盗窃事件，而且还是通过各种高科技手段。所以现在社会对于防盗事件也是严肃的态度，高度重视以防止出现更大的损失就是通过视频监控最为常见。同样的在现代社会中，视频监控系统是农业生产、交通运输、环保监测、公共安全、现代国防等领域的关键技术设备之一。无线视频监控是视频监控系统的重要组成部分，由于其具有灵活性好、移动性强、布点灵活、工程量小与工程周期短等优点，已逐渐成为视频监控领域的研究热点。本章介绍无线视频监控系统的背景、发展现状、研究意义以及本课题研究内容。此课题是根据视频监视系统的小型模块以及超声波报警系统的组合来完成家用无线视频监视系统，这种小型的系统可以应用于其他领域里。我是通过手机里的 APP来监控室内的画面，若是有异常的情况出现，手机端也会有相应的提示，用户则会被通知有异常的情况。室内则是由超声波测距来检测是否有异常的情况，若是有异物被超声波检测到，则会有蜂鸣器报警装置发生声光报警。实现实时传输是借助无线路由器进行实时串口通信传输，路由器就是作为一种媒介分别与单片和摄像头机连接，无线路由器为整个系统提供网络环境，为用户进行画面的采集与传输，使系统能够实现实时监控，其串口通信是通过 USB接口与其他的设备相连接。监控画面的手机APP是利用 WIFI智能小车的软件，其是一款 Android客户端软件，来进行实时画面的抓拍。通过这样的小型系统可以为人们提示有异常情况出现，人们就可以有所警觉做到保护好自己的个人以及家里的经济财产以防有损失。本设计作为本科毕业生来说，其内容还是较为复杂，但是作为研究的方向来说还是相对简单的。论文中详细介绍了设计方面的所有要点，并且附带了电路原理图和所有的相关程序。可以对无线控制方面的得到了解，同时，对这款单片机的实际应用能够更好的掌握。参考硬件电路及源程序进行调试，对系统的设计方法有一个明确的概括。将毕业设计实物更好的运用于实际中，与生活紧密的联系起来。毕业设计无线视频监控系统是大学生运用自己所学的专业和理论知识联系实际的一个很好的课题。陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 48 页1.课题研究背景在 21世纪，社会上安全防盗产业的主要方向是安全监控类型的产品，但是安全监控类的产品在专业领域中又分为防盗设备，门禁，对讲和视频监控等应用，在这些应用中，视频监控系统是最重要组成部分。在这科技越来越发达的社会上出现了很多不安全事件，尤为突出的是盗窃事件，而且还是通过各种高科技手段。所以防盗安全还是显得尤为重要的。这次毕业设计就是针对这个方向的进行简单的设计与实现，在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类电子产品。第一种是发展技术已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中被得到广的泛应用，尤为是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；第二种是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统基本解决了模拟系统部分弊端而迅速发展，但仍需进一步完善和发展。在应用中，视频监控系统是最重要组成部分。随着 Android手机影响全世界以及不断成熟的 WIFI技术 2，基于 Android手机和 WIFI技术开发的娱乐软件也越来越多。为了更人性化的设置，在视频监控系统中由客户端监控管理软件的部分尤为关键。市场上网络摄像机种类也日渐增多，应用也日趋广泛。鉴于Android软件和 WIFI技术是当下的热门话题，我认为对它们的开发和研究对于人们的生活和高新科技的发展都将会有很高的价值和意义。同样的在现代社会中，视频监控系统是农业生产、交通运输、环保监测、公共安全、现代国防等领域的关键技术设备之一。1.1研究现状第三代视频监控系统是以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以网络为依托，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。越来越多贴合行业应用需求的无线监控设备和方案已研制出来，如无线摄像机、无线视频服务器、无线车载硬盘录像机、车在动态取证系统、单兵取证系统系列无线视频监控产品及相关解决方案等。可以说无线视频监视正以快速的步伐走进用户的视野，在还有网络内无线视频监控也具有巨大的市场开发潜力。1.2发展前景无线监视控制系统是信息时代的产物，它以科学计算机和网络技术为核心，并且与现代人们日常需求相结合，希望的曙光即将显现。其发展前景主要有： （1）方便制作：无线视频监视系统是个小型的家用模块，容易制作。（2）成本低：用户不需要专门配置电脑和设备，手机就可以监控画面和接受到异常情况的消息，而且耗电量低，还性能稳定。（3）实时监控：只要监控设备与手机无线网络及观看 APP正常就可以实时监控画面。（4）可拓展性：无线视频监视系统加上有报警装置与其他外设的联动是大势所趋。（5）人性化：可在未来对异常情况识别做出更进一步的研究，以及做到对画面监控有抓拍声音的记录。以便方便人们对视频监视的画面中能刚好的得到有用信息。1.3应用领域无线监视控制系统加上超声波检测报警装置是信息时代的产物，它以科学计算机和网络技术为核心，则其可以应用于多个领域中。（1）是高端行业的视频监控的应用，比如检验疫苗的电子监管视频监控、交通的道路监控等。这些行业大多为大型化的城域性甚至全国性的行业视频监控系统。（2）小型商店、中等规模连锁商业组织、医疗、教育机构银行、ATM 自动取款机、医院图像分析等。如上海杭州已经能够实现全城的无线局域网的覆盖，如小区、高速公路、学校、港口等环境。（3）由于超声检测 3与视频监视系统是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 48 页色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。1.4本文研究的内容无线视频控制系统是一项以家庭安全人性化控制为主要目的，为人们安全生活带来诸多便利的一个系统。在日常生活中，它可以实时监控室内的人数，检测眼下室内是否有异物，能够对室内进行不同场景下的现场监视。本课题的研究范围主要有三大部分，一个是单片机的硬件部分，一个是摄像机单片机 4软件部分，最后一个是摄像机 Andorid客户端监控管理软件部分。其通过手机 APP对家庭的实时监控，是由路由器的串口通信连接摄像头与单片机 5，手机的 APP对 WIFI进行指令的控制，通过串口的连接在传输给路由器，在传输给单片机，单片机在通过相应的运算进行一系列的操作指令，然后在手机 APP就可以监控到室内的画面。若是有异物进入室内，则声光报警模块立即发出报警的动作，可以立即通知手机主人，手机主人就可以立即做出相应的措施，以免有家庭经济损失，而且这种小型的家用无线视频监视成本小易操作，简单搭建非常实用。 鉴于上述研究背景，本系统将利用超声波测距报警，再根据根据手机 APP实时异常提示，实时地对室内灯安全监控，针对本课题，计划采取如图 1.1所示的设计思路。系统方案分析硬件设计硬件搭建软件设计系统调试系统整合元器件的选择图 1.1 系统整体设计思路陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 48 页2.方案论证方案论证是对视频监视系统的构思，分析用何种方法可以实现，该方法有哪些好处以及局限性，并根据功能要求，性价比，实现难易程度等作以比较，选择一个最优的解决方案。2.1设计要求从任务书的要求出发设计一个家用无线视频监控系统，要求如下： 用户可通过使用手机客户端软件实时观看远程的监控视频，随时了解监控范围内的情况。 当监控区域有异常情况出现，监控现场应立刻声光报警，同时应在第一时间通过用户手机客户端软件报警，以提醒业主及相关家庭成员，及时采取相应措施，排除危险情况的发生。 用户使用手机客户端软件，可远程方便地对监控场所进行设防和撤防管理。 本课题需要解决的问题就是围绕要求解决实现中遇到得各种问题。 2.2方案设计 方案一：采用 WIFI模块的无线视频监控系统，基于 WiFi模块的无线视频监控系统框图如图 2.1所示。U S B 摄像头A t m e g a 3 2 8 p 单片机W I F I 模块 X 轴舵机超声波检测发送摄像头左右摇摆手机 A P P数据图片回传 图 2.1 WiFi模块的无线视频监控系统框图本方案应用的是单片机最下系统电路、无线视频画面的采集还有控制转发，还有声光报警指令以及舵机的转动指令。此设计时基于单片机 Atmega328p的控制，实现家用无线视频监控系统。本系统是由无线路由器提供网络环境，单片机与摄像头均是和路由器进行串口通信，用 USB接口相连接。用户可以使用安卓手机连上该网络摄像机的 WiFi网络后打开该 Android客户端软件能实时进行远程视频监控，并且可以通过界面的按钮移动摄像头左右上下四个方向的摆动和抓拍图片保存在手机里，也可以在 Android客户端软件中查看，并对之前抓拍的图片进行管理。网络视频采集及控制指令转发电路由一个无线路由器和一个 USB摄像头组成。其中无线路由器上带有 USB接口，USB 摄像头直接接入该无线路由器中，然后从无线路由器中引出其调试串口的 TXD接口接到单片机最小系统的 RXD引脚，这样便能将无线路由器接收到的控制指令传送到单片机中，单片机处理完成后做出相应的操作。由单片机控制的软件语言是 C语言，安卓用户是的手机 APP是采用 java程序两大部分组成，所进行一系列的指令传达。以及本模块加入了超声波检测报警，有异常的情况就会出现报警的声音，还有手机 APP的消息提示，从而达到了监控的功能。方案二：采用 A/D和 D/A转化的数字无线视频监控系统， A/D转换无线发射与 D/A转换无线接收框图如图 2.2所示。陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 48 页摄像头 高速 A / D无线发射C 8 0 5 1 F 3 1 0 单片机 键盘显示高速 D / A无线接收图 2.2 A/D转换无线发射与 D/A转换无线接收框图所有图像是摄像头所采集到的图像信号经过 C8051F310单片机内部的转换电路转换成视频信 6号传给高速 A/D，其把摄像头的模拟电压信号转换成对应的 8位数据量，整个系统的中心环节就是单片机，单片机就将从 A/D取得的数据信号经过处理后送给无线发射模块进行调制发送。把无线接收模块接收的信号进行解调，再用 C8051F310单片机接收解调后的 8位数据量。高速无线接收模块的开始与结束是由单片机通过指令控制，运算处理所得到的数据量然后再传送给高速 D/A，其将数据量转换成对应的模拟量，然后送给显示设备。从而达到了监控的功能。2.3方案选择本章介绍了两个方案，两种方案各有优缺点都可以实现无线视频监控功能，但是本次毕业设计选择的是方案一。方案一电路简单，容易实现，使用范围广，可扩展用于银行、煤矿等安全地带可以很方便控制摄像头的电机进行检测。功耗低、软件编程较简单，WiFi 模块的体积小、整个系统成本低。用单片机来实现无线视频监控系统，充分利用了单片机的资源。同时使用 Atmega328p单片机和 WiFi模块一起控制,系统也加入了声光报警模块 7，各部分的硬件都是可以移动，搭建硬件非常的简单，非常的灵活而且体积也小，最方便的是利用手机APP软件进行监控，非常的人性化符合现在的人生活习惯手机不离手，可以做到实时监控，非常符合我们的设计思路，所以本设计采用方案一。其中方案二处理速度快，功能和可靠性强，视频中分辨率高，可以控制距离远，达到很好的效果，使用范围广。但是，电路通过信息采集、数据处理、传输、系统控制等部分组成，硬件电路结构复杂，需要使用高速的单片机和高速 A/D与 D/A转换芯片，电路实现和调试都相当困难。各芯片成本高，适用于专业场合，不便于本次毕业设计。其还需要电脑配备，进行专门的人看守画面，就会花费许多的人力资源和物力资源。无线视频监控系统，是一款简单易用的小型远程数字监控系统，与网络摄像机配套使用，可采用有线或无线方式连接网络，易于安装部署，不需要用户额外配置专用电脑和采集录像等设备。用户可采用手机监控终端设备，可随时随地接收报警信息和查看监控视频。本系统具有稳定可靠、经济实用等特点，可用于防火防盗、安全护卫、人员监护、远程管理等，特别适合个人、