基于物联网的图像监控系统

作者 有鹏 刘勇 杨林莉 谢松岩 韩正一 中国矿业大学徐海学院(江苏 徐州 221008)

*基金项目：江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(编号：201613579001Y)

有鹏(1982-)，男，硕士，实验师，研究方向：物联网、无线传感器网络。

摘要：物联网现在已经与各个行业、各个领域深度融合。物联网中数量庞大的各种分布式终端节点实现了对各种物理环境的感知。本文提出了基于物联网的图像监控系统，给出监控系统的设计方案、系统模型和实现方法。图像采集硬件以MT7620为控制器，通过安卓移动设备接收图像，可以及时、准确、高效地进行图像监控。

引言

　　物联网技术的飞速发展使得生产生活中的各个领域都与之深度融合。从对环境参数的简单感知到大数据融合分析，物联网技术在推进各个行业的改革。农业物联网通过信息感知终端采集农业系统中各类信息，实现农业生产的信息化管理^[1];物联网在智能电网中的应用主要是对电网设备感知，通过网络对数据进行融合分析及应用^[2];面向智能交通的物联网也是通过对人流、车流等交通状态的感知分析，得出优化后的交通指导数据^[3];智能矿山中的煤矿安全生产系统是集合了大数据、云计算、物联网的主动式、多参数融合的监测监控系统^[4-6]。物联网正在深刻影响各行各业，与各行各业的结合也产生了1+1大于2的效果。

　　随着人们对自身安全保护的意识越来越强烈，高危生产现场需要对人员进行定位和紧急救援等^[7]，图像识别监控是最直接有效的方法。图像识别监控与物联网结合，可以提高监控的准确性和及时性。

1 图像监控系统结构

　　图像监控系统主要由图像采集节点获得监测环境图像，图像通过网络发送到移动监测终端。通过图像识别分析可以对人员进行定位、救援，也可以得到环境的运行状态，以判断有无事故。图1为图像监控系统结构图。

1.1 图像采集节点

　　图形采集节点硬件结构核心是中国台湾联发科的MT7620。MT7620是一款高集成度的片上系统。该芯片集成了CPU、基带、射频电路等，只需要加上简单的外围电路就可以实现无线通信。MT7620内部集成了580MHz MIPS® 24KEc™ 的CPU、2T2R 802.11n Wi-Fi 收发器、5 个高速Ethernet PHY、HNAT、存储器加速器、1个USB2.0 控制器、多种输入输出接口(如串口、NAND、eMMC、SD-XC、I2S/PCM、2 UARTs 、PCIe、RGMII以及GPIO)。以MT7620为核心搭建的硬件系统可以通过多种方式接入物联网中。

　　图像采集节点需要用于对多任务、多线程、多硬件进行管理的嵌入式操作系统。OpenWRT是一个高度模块化、高度自动化的Linux系统，支持多种架构的处理器，如ARM、MIPS等，拥有强大的网络组建和扩展性，常常用于工控设备、小型机器人、智能家居等。系统中集成了上百个编译好的软件简化开发的工序。OpenWRT可以描述为一个嵌入式Linux发行版，不是单一的静态系统。OpenWRT的包管理提供一个完全可写的文件系统，可以进行应用程序的选择和配置并具有完全定制能力，以适应开发设备。

　　在MT7620上移植OpenWRT，通过OpenWRT系统中数量多、功能强的各种软件实现对图像采集、网络通信的优化管理。

1.2 移动监控终端

　　图像监控系统的显示控制终端采用具有移动性的手持设备。移动监控终端配置大尺寸的液晶显示器，运行Android操作系统，通过WIFI与图像采集节点建立无线通信。Android系统的架构分为四层，从低层到高层分别是Linux kernel、Library、Application Framework和Application。Linux kernel负责管理系统的进程、内存、内核体系结构、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定。Linux kernel中集成了常用的外设驱动，如蓝牙、WiFi、摄像头、显示等。运行Android系统的移动监控终端可以方便、快捷地与图像采集节点进行无线通信和数据交换。

2 图像监控系统设计

2.1 图像采集与传输

　　图像的采集选用USB接口的免驱摄像头。USB免驱摄像头输出格式一般分为YUV和MJPEG。由于YUV格式图像的数据量比MJPEG格式的要大许多，在传输时占用太多的资源，因此选择MJPEG格式的图像。为了能让图像监控节点支持MJPEG格式的图像数据，需要在OpenWRT系统中加载UVC驱动。进入OpenWRT configuration --->Kernel modules--->video support，选中kmod-video-core和kmod-video-uvc。驱动加载后，OpenWRT就可以与摄像头建立图像数据传输并识别图像格式。

　　图像采集实现后，要把图像数据通过网络发送还需要添加mjpg-streamer软件。Mjpg-streamer将JPEG帧从一个或多个输入插件输出到多个输出插件。Mjpg-streamer用于从网络摄像头获取JPEG流文件，通过基于IP的网络发送到各种类型的显示终端，如Chrome浏览器、Firefox浏览器、Cambozola、VLC、媒体播放器和其它能够接收MJPG流的软件。进入OpenWRT configuration --->Multimedia，选中mjpg-streamer。也可以修改mjpg-streamer.config文件，将默认的option enable “0”改为option enable “1”。

2.2 移动监控终端软件设计

　　为了让运行Android系统的移动监控终端能够接收图像采集节点发送的视频，需要设计软件接收视频数据流并显示出来。表2中为建立网络连接接收数据流并解析为图片所需要的基本JAVA包，并给出了主要应用函数。图2为监控软件设计流程图。

3 图像监控系统测试

　　图像采集节点通电后，通过SSH登录到OpenWRT系统中，将免驱摄像头插入节点USB接口，可以识别摄像头。输入ls /dev/vid*命令，OpenWRT系统给这个摄像头分配的ID为video0。

　　打开移动设备的监控软件，在登录界面输入图像采集节点的IP地址，可以在屏幕上看到摄像头采集到的图像，如图3所示。

4 结论

　　图像监控系统经过设计和测试后可以看到，结果符合预期。但是现在用的方法是实时显示监控图像，功耗会很大。可以在此基础上通过安装OpenWRT中的motion软件，通过采集图像对比发生变化再采集，并且通过电源管理算法可以实现低功耗。

　　参考文献：

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　　[2]刘丙午,周鸿.基于物联网技术的智能电网系统分析[J].中国流通经济,2013,(02):67-73.

　　[3]陈丽,李治军,姜守旭.基于物联网的智能交通系统研究综述[J].智能计算机与应用,2013,(05):43-45+49.

　　[4]马小平,胡延军,缪燕子.物联网、大数据及云计算技术在煤矿安全生产中的应用研究[J].工矿自动化,2014,(04):5-9.

　　[5]张申,赵小虎.论感知矿山物联网与矿山综合自动化[J].煤炭科学技,2012,(01):83-86,91.

　　[6]有鹏,付慧生.基于SIM300的煤矿监测监控系统[J].数字通信,2012,(05):72-75,80.

　　[7]钱建生,马姗姗,孙彦景.基于物联网的煤矿综合自动化系统设计[J]. 煤炭科学技术,2011,(02):73-76.

　　本文来源于《电子产品世界》2017年第8期第40页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。