无线监控设计方案.doc

无线监控系统Wireless Monitor System队名 ：MonitorPad队员 ：魏丽娟、左鹏超、肖梅、雷云 指导教师：易逵2009年6 月 17日目录第一章设计概述及特色 .第二章市场前景.第三章系统技术指标第四章实现原理.第五章设计方法.5.1 硬件设计5.2 软件设计第六章系统测试方案第七章测试数据第八章结果分析 第九章 实现功能.第一章设计概述及特色在现代管理高度智能化的需求下，监控系统已广泛运用于社会的各个方面，特别是公路交通、大型社区需要用到大量各种各样的监控设备，还有越来越多的家庭用户对监控设备的特殊需求。在如此大的社会需求下，监控系统的发展将会更迅速，对兼容性好、通用性好、处理速度快、传输信号更便捷的监控系统的需求越来越高。我们的系统在这些方面表现的更加出色，本系统可以用于个人家庭、公共场所、办公楼、仓库、特殊环境等需要设置监控的区域，特别是可以使用在有些人员无法安全进入的区域。在WLAN网络技术下，本系统设计的接收端方便小巧，实现了接收终端的可移动性，接收端可以做成手持设备后可以为用户提供随时随地进行时时监控的服务，便携性大大提高。 现在的监控系统在一个监控端只能接一个监控探头，本系统可以在一个监控端连接上千个监控探头，系统使用802.11协议，可以同时接收很多个监控端的信息，扩展性非常强。监控系统使用中的一个重要考虑的因素是布线问题，如果用有线实现连接，布线的成本有时将会很大，还有很多区域是无法布线的，这样给用户的使用带来了很大不便。现在市场上也有使用无线技术的，但同类的很多系统采用的是RFID射频技术。射频技术通常由电子标签(射频标签)和阅读器组成，这种通信在无接触方式下是利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现。这种技术的遗憾之处在于：从技术的角度来说，微波电子标签并不适合作为大量数据的载体，标签的数据存贮容量一般限定在2Kb以内；而且阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的电子标签可被读/写；接收终端常要求固定。传输距离也非常有限。本系统采用的是WLAN网络技术，在WLAN的覆盖范围的之内，进行点对点与点对多点之间的通信。它的传输距离远大于射频技术，而且WLAN有很强的通用性。使用WLAN网络技术还有一个很大的优势就是在WLAN的覆盖范围的之内都可以进行数据传输。 网络远程监控是一种以LAN/WAN为现场总线构成的具有高质量的、动态图像实时监控功能的网络视频监控系统，它是大型的、分散的地理区域监控系统的最佳选择！网络视频监控系统式基于传统模拟监控系统和数字硬盘录像监控系统后最新发展的第三代监控系统，它正以无可比拟的绝代优势取代着前二代监控系统。网络远程监控的功能特点与传统的闭路电视系统相比，网络视频监控系统具有一些独特优势，网络视频监控系统的部署非常方便。一套软件和若干个网络视频编码器和必要的网络设备，就可以实现一个功能强大的、完全满足用户需求的图像监控系统。 随着计算机技术及网络技术的迅猛发展，视频监控系统的发展趋势必然是全面数字化、网络化，即采用嵌入式网络摄像机，利用网络进行传输，利用嵌入式监控设备体积小巧，性能稳定、通讯便利等特点，将使视频监控无处不在。目前我国处于嵌入式技术的网络视频监控系统的萌芽阶段，因此，研究并开发基于嵌入式系统的网络视频监控系统具有很大的工程意义。 第二章市场前景无线监控行业在近几年被评为中国最具投资的行业和全国十大暴利行业之一。在现代管理高度智能化的需求下，监控系统已广泛运用于社会的各个方面，特别是公路交通、大型社区需要用到大量各种各样的监控设备，还有越来越多的家庭用户对监控设备的特殊需求。在如此大的社会需求下，监控系统的发展将会更迅速，对兼容性好、通用性好、处理速度快、传输信号更便捷的监控系统的需求越来越高。我们的系统在这些方面表现的更加出色，本系统可以用于个人家庭、居民小区、公共场所、办公楼、仓库等需要设置监控的区域，特别是可以使用在有些人员无法安全进入的区域，如易燃易爆等危险场所、烈性疾病传染区、生化武器危险区等，以及一些有线网络无法到达的地方，如电力高压线线路、高速公路、公安侦查临时布防、环境监测、部队野战训练、森林防火、路灯、石油开采、石油输油管线、物流、运输船、长途车、火车、车库、防洪抢险等。监控端可以设置很多个，在接收端可以实现同时监控上千个监控点，并且在监控端对不同的设备及设备号编码不同，在接收端可以方便的知道报警点的设备及设备号。系统处理速度快，信号实现无线传输，传输距离远速度快，而且不需要布线，为用户使用带来了很大的便利。用户可以随时方便的增加和减少监控设备的数目和种类，可移动的接收端为用户随时随地的监控提供了可能。本系统以其优越的特性和较高的性价比在监控系统市场上肯定会占有一席位置，为广大的用户提供所需要的便利服务。随着社会的发展，人员流动性增大，贫富差距拉大。社会治安状况更趋复杂，因此，作为社会的防范问题就显得尤为重要。国家提倡由人防提升到技防，其功能则必须由电子监控系统来完成。传统的近程与普通的监控器材已经不能胜任更高要求。因此，无线监控系统必将有很大发展。并且也以从北京、上海、广东等发达城市向内地蔓延开来，形成一个全新的朝阳产业！第三章系统技术指标l 电源：618V。l 工作电流：静态监控：=18mA 报警：=10mA。 l 工作温度：040C；湿度：3075%；保存温度：-2060C。l 抗灯光干扰：6500LUXl 探测角度=84，安装高度2m可探测最大距离=7m的近似圆锥的监控平面。l 感应器：高性能双元热释红外传感器。l 温度补偿：CPU智能感知环境温度自动作出温度补偿，保证稳定的探测距离，不随室温变化l 报警触点选择：报警输出可利用插针选择常开(NO)或者常闭(NC)。l 网络标准：IEEE 802.11g、IEEE 802.11b l 数据传输率：54Mbps l 有效工作距离：室内最远100米、外最远300米(环境而异) l 频率范围：2.4-2.4835GHz l 支持网络协议： CSMA/CA with ACK l 传输方式：直接序列扩频 (DSSS) l 灵敏度：54M:-68dBm10%PER、11M:-85dBm8% PER、6M:-88dBm10%PER、1M:-90dBm8% PER(典型值) l 天线： 天线增益:2dBi l 调制方式：OFDM、DBPSK、DQPSK、CCK l 安全性能：支持64/128/256位WEP数据加密、支持WPA/WPA-PSK、WPA2/WPA2-PSK安全机制l 监控点：每个就地终端可监测100多个点 第四章实现原理本系统主要包括了红外探测器、监控端及接收端，红外探测器直接采用成品技术，就地监控终端和手持报警机都由ARM开发板设计实现。系统用ARM9实验箱的空闲GPIO接口连接红外探头, 探头接在不同的IO端口上,在探头监控到有人入侵时将信号通过相应的IO端口传送给ARM9实验箱,板载程序将信号编码打包后通过无线网卡把信号传输出去,接收端通过无线网卡接收到数据包后,分析数据包,在液晶屏上显示报警地点及报警时间,并记录报警信息便于以后查询。系统原理如图1所示。红外探头触点DnD0IO接口监控端接收端编码无线网卡无线网卡无线传输解码报警信息Vcc红外探测器图1无线监控系统框架原理图可扩展性原理：C类地址可添加254个，系统有117个GPIO接口，除去系统使用的接口，还剩下几十个GPIO接口，如果用矩阵的方式进行连接，理论上可扩展上千个监控点。 第五章. 设计方法 5.1 硬件设计ARM9实验箱监控端与红外探测器的硬件连接过程是这样实现的：红外探头的常开/常闭开关一端与ARM9实验箱的EXPORT3的GND相连（接地），一端和EXPORT3的VDD33相连后再与EXPORT3的任意一个EGPIO端口相连。在探头没有报警时开关处于常闭状态，EGPIO端口与GND相连（接地），EGPIO端口上无电压；当探头报警时开关处于常开状态，EGPIO端口与VDD33相连，EGPIO端口上加上3.3V的电压,ARM9实验箱上的监控程序就会监控到加有电压的EGPIO端口信息，这样就实现了对监控设备的监控和信号区分。如图23.3V处理器IO图2. 红外探测器的硬件连接图系统使用的高性能双元热释电红外探测器，对人体的红外辐射敏感并且抗干扰（如小动物），它的CPU智能分析技术和自动温度补偿，使得红外探测器的灵敏度四季不变，并且良好的抗干扰性减少了环境干扰的副作用。5.2 软件设计 本系统所设计的监控终端和接收端两大模块的软件流程图如图3所示。软件环境：Red Hat Linux 内核2.4.18 ，图形界面开发环境是QT4 4.3.3。监听端软件流程图 开始 初始化 启动界面 监听指定端口 采集数据 数据分析和处理 显示并记录数据 否 停止？ 是 结束 监控端软件流程图开始初始化加载驱动初始化IO端口读取IO端口数据数据处理向指定地址发送Tcp/Ip数据包停止？结束否是应用程序启动调用驱动图3无线监控报警系统软件流程图 监控端的软件设计过程中，我们采用的是驱动程序配合应用程序读取和处理数据的。驱动程序设计的具体方法为： 在LINUX下编写驱动程序，首先要了解是什么类型的设备,LINUX下的设备分为三类，分别为：字符设备，块设备和网络设备。字符设备类型是根据是否以字符流为数据的交换方式， 我们使用的就是字符设备。驱动程序作为应用程序与硬件之间的一个中间软件层，为应用程序提供所需要的硬件功能，LINUX操作系统将硬件设备当作文件来处理，为设备驱动程序提供的接口是结构file_operations，所有外设的操作就封装在这个结构体里面，我们使用的是其中的open,ioctl,release这几个接口函数。用static struct file_operations gpio_ctl_fops = ioctl: gpio_ctl_ioctl,open: gpio_open, release: gpio_release,; 完成将驱动函数gpio_ctl_ioctl,gpio_open,gpio_release映射为标准接口。然后用register_chrdev(IOPORT_MAJOR, gpio_test, &gpio_ctl_fops)函数完成将驱动向内核注册。其中IOPORT_MAJOR是主设备号，我们定义为220；gpio_test为设备名，对应的应用程序中用open(“/dev/gpio_test”,xx)调用驱动。接口函数open用来初始化设备，从而为以后设备操作做准备，我们在open中对EGPIO端口进行初始化设置，具体为： 在gpio_open函数中用set_gpio_ctrl(GPIO_MODE_IN | EGPIO1)设置端口，其中GPIO_MODE_IN设置GPIO端口为输出，EGPIO1为端口号初始化端口后，在接口函数ioctl中设置供用户应用程序使用的控制，我们在ioctl中设置用户读取EGPIO端口数据的控制，具体为：根据操作命令参数调用read_gpio_bit()函数读取对应EGPIO端口中的数据。应用程序中调用驱动程序的具体方法为： 通过fd=open(/dev/gpio_test,O_RDWR)打开设备后，得到文件描述符fd，用ioctl(fd,cmd,0)操作读取EGPIO端口中的数据。然后就可以对得到的数据进行处理了。应用程序在数据处理及传输上的具体方法为： 将获得的EGPIO端口数据编码成数据包，发送的数据包的格式为：portn(y)ip数据包中第五位n代表一个监控端连接的红外探头编号，第六位y/n代表监控端是否有报警，从第七位起代表监控端的ip信息，如：192.168.1.120。传输使用的是UDP网络协议。 接收端程序设计采用了QT4的界面开发 界面初始化时初始化QUdpSocket类绑定端口后开始对端口进行监听，通过connect(udpSocket,SIGNAL(readyRead(),this,SLOT(processPendingDatagrams();SIGNAL(readyRead()将readyRead()信号和处理函数processPendingDatagrams()绑定起来，如果端口有数据传来，readyRead()信号响应调用processPendingDatagrams()处理函数，在processPendingDatagrams()中通过UDP协议接受数据包，然后对数据包分析处理根据数据包中的IP地址及报警时间显示在相应列表中，在处理监控端发来的数据包时可以根据相应编号探头的连续两次状态判断探头是否报警，并根据数据包中的探头号信息显示出探头状态，并记录下来。 第六章. 系统测试方案一系统运行环境软件环境操作系统：Red Hat Linux 内核2.4.18图形用户界面：QT4 4.3.3硬件环境支持平台：ARM9二. 系统配置要求系统硬件配置（1）基于ARM 920T内核的SAMSUNG S3C2410处理器（2） 64MB SDRAM、2MB Nor Flash（3） UP-2410主板,电路板 系统软件配置（1）linux 2.4.18（2）所有设备的驱动程序（3）QT4（4）系统提供的应用程序三. 系统配置方法及步骤系统分两部分由监控端和接收端组成，因此使用系统时可分监控端配置和接收端配置。（一）配置硬件环境监控端硬件配置 1.电路板的左边是为红外探头供电的电源接口，接红外探头的电源线，接上电池做为电源。右边的接口连接红外探头的常开/常闭开关，如图1所示。 图1电路板2. 把红外探头的红、黑两根电源引线接入电路板靠近电池的一端相邻的两个引脚上，红线接到标有“”的孔，黑线接到标有“”的孔，如图2所示。图2红外探头电源线接口3.探头的常开/常闭引线接法如上图所示，如图3所示。图3常开/常闭引线接口4.红色和黑色线为电源线，旁边的蓝白线和黄白线接常开/常闭开关，红外探头端接好后效果如图4所示。图4红外探头5. 如图5将电路板上的40针引脚用数据线和图6中arm板上的任意一个40针引脚连接起来，接好arm实验箱的电源，监控端硬件环境就配置完成了。图5电路板上的40针插槽图6arm实验箱上的168针插槽接收端硬件配置1. Arm实验箱和显示屏连接好后如图7所示，液晶显示屏的电源线连接到arm实验箱如图8所示。图7接收端图8液晶显示屏的电源线在arm板上的接口2. 接上显示屏的数据线，如图9 上面的为显示屏触摸数据线，下面的为显示数据线。接上arm实验箱的电源，接收端件环境就配置好了。图9液晶显示屏数据线的接法(二) 配置软件环境监控端的软件环境1将监控端的arm板和一台电脑（这里叫做主机）硬件连接，在主机上建立超级终端与arm板通信。硬件连接： 连接电源，将5V电源线连到ARM开发板的电源接口;连接串口线，一端连接PC的串口，另一端连接到ARM开发板的UART0；连接网线，将随机附带的交叉网线把ARM开发板的网口和PC机的网口连接好。 1.1 建立超级终端：运行Windows系统下（以WindowsXP为例）开始所有程序附件通讯超级终端（HyperTerminal）。 请注意：在windows xp操作系统下，当初次建立超级终端的时候，会出现如下对话框，请在中打上，如图10所示。图10 超级终端提示对话框1.2 新建一个通信终端。如果要求输入区号、电话号码等信息请随意输入，出现如图11所示对话框时，为所建超级终端取名为arm，可以为其选一个图标。单击“确定”按钮。图11创建超级终端1.3在接下来的对话框中选择ARM开发平台实际连接的PC机串口（如COM1），按确定后出现如图12所示的属性对话框，设置通信的格式和协议。这里波特率为115200，数据位8，无奇偶校验，停止位1，无数据流控制。按确定完成设置。 图12 设置串行口 1.4完成新建超级终端的设置以后，可以选择超级终端文件菜单中的另存为，把设置好的超级终端保存在桌面上，以备后用。用串口线将PC机串口和平台UART0正确连接后，就可以在超级终端上看到程序输出的信息了。2 启动打开电源开关，系统会由VIVI开始引导。正常启动时会显示启动信息到“Press Return to start the LINUX now, any other key for vivi”，不进行任何操作等待30S或按回车则启动进入linux系统，按除回车键外的其它键则进入vivi控制台，如图13。在这里输入“boot”，进入LINUX系统; 图13 vivi控制台输入“boot”后会引导kernel，在kernel启动的最后阶段引导root启动,进入linux系统，如图14所示。图 14 linux系统启动2.1是在应用程序目录下，可以通过“ls”查看，如图15所示。图15 应用程序将arm板的C类IP值设置为1255中的除了121的任何值。设置IP方法如图16:输入“ifconfig eth0 192.168.1.120”。图16设置arm板IP3找到yk.sh脚本文件，按照下图方法输入命令./yk.sh运行它即可。如图17所示。图17 运行可执行程序接收端软件环境本系统提供的硬件中已下载配置好了运行需要的相关软件环境，如果只使用本系统提供的硬件则只需执行一下步骤：1. 将接收端的arm板和主机硬件连接，在主机上建立超级终端与arm板通信，将arm板的IP设置为192.168.1.121。2. 找到可执行文件gui_test_2 ，输入命令：./gui_test_2 -qws运行它即可，如图18所示。图18运行可执行程序如果需要增加接收端数量，可在准备的新接收端的arm板中先按以下步骤下载配置好运行需要的相关软件环境：1.vivi烧写2.内核烧写3.文件系统烧写4.安装qtopia-core-opensource-src-4.3.3安装qtopia-core-opensource-src-4.3.3的详细步骤如下：.解压tar zxvf qtopia-core-opensource-src-4.3.3.tar.gz进入文件夹 cd qtopia-core-opensource-src-4.3.3执行./configure -embedded arm -xplatform qws/linux-arm-g+ -depths 16 -no-qt3support -prefix /mnt/yaffs/Trolltech/QtopiaCore-4.3.3gmake 安装gmake install 把/mnt/nfs/Trolltech/QtopiaCore-4.3.3/lib中除了fonts文件夹的其他文件复制到/mnt/yaffs/lib下。把/mnt/nfs/Trolltech/QtopiaCore-4.3.3/lib下font文件夹内容复制到/mnt/yaffs/Trolltech/QtopiaCore-4.3.3/lib下然后在应用程序文件夹中找到gui_test_2可执行程序，把它下载到板子的mnt/yaffs/目录下，这样接收端需要的软件环境就配置好了。然后按本节开始的步骤执行就行了。根据所需要的位置放置好监控端和接收端。系统就可以开始使用了。（三）界面操作系统在接收部分提供了便于使用的操作界面，操作方法简便。在接收端系统启动后，显示如下初始化操作界面，如图19所示。图19 初始化界面界面的左边列表框用来显示并记录接收端接收到的防区