基于ARM 的嵌入式煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2014-08-20 08:22:36劉風(fēng)華楊麗君
現(xiàn)代電子技術(shù) 2014年16期
劉風(fēng)華+楊麗君
摘 要： 為滿足中小型煤礦企業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)的要求，開發(fā)了適合井下安裝使用的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以Linux和ARM11作為嵌入式系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)平臺(tái)系統(tǒng)，完成了嵌入式Web服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)大數(shù)據(jù)流的有效處理，有效降低了視頻監(jiān)控成本，提高了監(jiān)控運(yùn)行效率。該系統(tǒng)是Web技術(shù)、通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)的結(jié)合，具有部署方便、穩(wěn)定性高、抗干擾強(qiáng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，能較好地滿足現(xiàn)代中小型煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的要求。
關(guān)鍵詞： 視頻監(jiān)控； 嵌入式系統(tǒng)； ARM； Linux
中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）16?0008?03
Design of ARM?based embedded video monitoring system in coal mine
LIU Feng?hua， YANG Li?jun
（Xinjiang Institute of Engineering， Urumuqi 830091， China）
Abstract： In order to satisfy the requirements of safety production in coal mines， a real?time video monitoring system suitable for underground was developed. Linux and ARM11 are adopted in the system as the software and hardware development platforms of the embedded system. The design of the embedded Web server and network monitoring platform system were completed. The effective treatment of large data stream was realized in the monitoring system. Therefore， the video monitoring cost was reduced and the monitoring operating efficiency was improved. Web technology， communication technology and embedded technology are combined in the system. The system has the characteristics of convenient deployment， high stability， strong anti?interference， low cost and so on， and can meet the requirements of modern small?and medium?sized coal mine enterprises.
Keywords： video monitoring； embedded system； ARM； Linux
0 引 言
我國(guó)的煤炭資源非常豐富，但開采的條件相當(dāng)復(fù)雜，煤礦井下作業(yè)因?yàn)檫h(yuǎn)離地面，地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣，所以容易發(fā)生事故[1?2]。利用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，地面監(jiān)控人員可以直接對(duì)井下情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能直觀地監(jiān)視和記錄井下工作現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)情況，而且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故前兆，防患于未然，也能為事后分析事故提供有關(guān)的第一手資料，因此煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分[3]。
1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題
20世紀(jì)60年代中期法國(guó)研制出了CCT63/40煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它可測(cè)量瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度等參數(shù)，最多可測(cè)40個(gè)點(diǎn)。20世紀(jì)70—80年代，先進(jìn)的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)相繼誕生，到20世紀(jì)80—90年代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)促進(jìn)了礦井綜合自動(dòng)化的發(fā)展，波蘭、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和美國(guó)開發(fā)出了DAN6400，TF200，MINOS和Senturion?200系統(tǒng)[4]。
在我國(guó)，自1990年起，先后自主研制出KJ2，KJ4，KJ8，KJ10，KJ13，KJ19，KJ38，KJ66，KJ75，KJ80，KJ92等監(jiān)控系統(tǒng)[5]，并普遍推廣用于我國(guó)煤礦中。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和企業(yè)自身發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)各主要科研單位和生產(chǎn)廠家又相繼推出了KJ90，KJ95，KJ101，KJF2000，KJ4/KJ2000和KJG2000等監(jiān)控系統(tǒng)，以及MSNM，WebGIS等煤礦安全綜合化和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)由早期的地面單微機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控已發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控以及不同監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)。實(shí)踐表明，安全監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用。目前我國(guó)礦安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀如下：
（1） 數(shù)據(jù)監(jiān)控
根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)的要求，中小型煤礦企業(yè)都已安裝了安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要完成的是數(shù)據(jù)監(jiān)控，主要用來監(jiān)測(cè)甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣濃度、硫化氫濃度、礦塵濃度、風(fēng)速、風(fēng)壓、濕度、溫度、饋電狀態(tài)、風(fēng)門狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)等，數(shù)據(jù)信息通過各種傳感器獲取，用戶看到的是生硬的數(shù)據(jù)，無法實(shí)時(shí)看到現(xiàn)場(chǎng)的具體情況。
（2） 視頻監(jiān)控
目前有部分大中型煤礦企業(yè)安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)價(jià)格昂貴，由于井下圖像采集器之間采用通信電纜連接，使得布線和設(shè)備成本巨大，中小企業(yè)難以承受。另外，礦井中設(shè)備較多，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝帶來了不便。
綜上所述，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)目前主要存在的問題有以下三點(diǎn)：
（1） 監(jiān)控系統(tǒng)多采用有線監(jiān)控，煤礦礦井位置大多較分散、偏僻，井下工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，空間狹小，有線視頻監(jiān)控布線復(fù)雜，覆蓋面有限，可移動(dòng)性差，成本較高，無法較好地滿足中小煤礦企業(yè)的需求。
（2） 安全監(jiān)控系統(tǒng)主要是數(shù)據(jù)監(jiān)控?zé)o法全面反映井下的具體情況。
（3） 視頻監(jiān)控價(jià)格昂貴，目前使用的企業(yè)較少。
2 基于ARM的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為了更加適應(yīng)中小型煤礦企業(yè)的需求而設(shè)計(jì)的基于ARM的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是以Linux操作系統(tǒng)和ARM11作為嵌入式系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)平臺(tái)，根據(jù)ARM硬件配置及遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求對(duì)內(nèi)核進(jìn)行裁減配置及優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)出的抗干擾、穩(wěn)定性高、價(jià)格低廉、方便部署的井下實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)[6]。
整個(gè)系統(tǒng)由井上監(jiān)控中心和井下監(jiān)控系統(tǒng)組成。井下監(jiān)控系統(tǒng)由嵌入式監(jiān)控設(shè)備和煤礦攝像儀組成，煤礦攝像儀負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，由嵌入式監(jiān)控設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)傳輸、云臺(tái)控制等。該系統(tǒng)將嵌入式技術(shù)與流媒體技術(shù)有效結(jié)合，將前端對(duì)視頻數(shù)據(jù)的處理都集中在 ARM 開發(fā)板上，此設(shè)計(jì)避免了建立大型服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，方便遠(yuǎn)程客戶調(diào)取視頻信息。同時(shí)，利用Web技術(shù)，用戶可以通過瀏覽器遠(yuǎn)程操作和查看監(jiān)控視頻。基于ARM的視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。
3 ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)
礦井視頻監(jiān)控系統(tǒng)由嵌入式主板、操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件構(gòu)成。硬件方面主要開發(fā)集中在ARM主板上，該主板具有功耗低，發(fā)熱小，開機(jī)快，成本低，功能強(qiáng)，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的特點(diǎn)。由于井下工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，一般的主板很難在井下長(zhǎng)時(shí)間工作，而ARM主板不受時(shí)間限制，可以一直開機(jī)工作，無需人員去維護(hù)。軟件方面的Linux操作系統(tǒng)也是具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性，而且該操作系統(tǒng)采用的是核心程序的嵌入式系統(tǒng)，只要幾百KB不到的程序碼就可以完整地驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件，并成為一個(gè)完整的作業(yè)系統(tǒng)，因此相當(dāng)適合于開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)。
圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖
整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)在基于ARM處理器的硬件構(gòu)架上，通過移植Linux系統(tǒng)建立嵌入式開發(fā)平臺(tái)，針對(duì)Linux內(nèi)核模塊進(jìn)行功能擴(kuò)展設(shè)計(jì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大、處理能力強(qiáng)、價(jià)格低廉的監(jiān)控系統(tǒng)。基于ARM的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。
圖2 ARM嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成框圖
加載嵌入式系統(tǒng)相關(guān)硬件的主要代碼為：
static struct platform_device *smdk6410_devices[]__initdata = {
&s3c_device_usb，
&s3c_device_lcd，
&s3c_device_wdt，
&s3c_device_i2c，
&s3c_device_iis，
&s3c_device_rtc，
&s3c_device_nand /*add here*/
&s3c_device_ts， /*add here*/
&s3c_device_sdi， //add here
}
運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)的主要代碼為：
/> iptables –t nat –L
Chain PREROUTING（policy ACCEPT） destination
target prot opt source
Chain POSTROUTING（policy ACCEPT）
target prot opt source destination
Chain OUTPUT （policy ACCEPT）
target prot opt source destination
/>
嵌入式系統(tǒng)控制井下攝像機(jī)將圖像實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程用戶可以在終端上看到井下各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的畫面，如圖3所示。
圖3 監(jiān)控畫面
4 結(jié) 語
基于ARM的嵌入式煤礦監(jiān)控系統(tǒng)是Web技術(shù)、通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)的結(jié)合，具有部署方便、穩(wěn)定性高、抗干擾強(qiáng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。該系統(tǒng)投入使用后，有效降低了監(jiān)控運(yùn)行維護(hù)成本，提高了監(jiān)控運(yùn)行維護(hù)效率，對(duì)煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、節(jié)省能源、安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知[EB/OL].[2010?07?09].http：//www.wwwauto.com.cn/HYfgzc/AQSC/2010/GF?2010?23.htm.
[2] 國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展安全發(fā)展促進(jìn)安全生產(chǎn)形勢(shì)持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)的意見[EB/OL].[2011?12?02].國(guó)務(wù)院.http：//news.xinhuanet.com/politics/2011?12/02/c_111212735.htm.
[3] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.安全生產(chǎn)事故隱患排查治理體系建設(shè)實(shí)施指南[M].北京：國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2012.
[4] 魏丹，龍熙華，宇亞衛(wèi).國(guó)外煤礦安全生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)的啟示[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，17（23）：213?214.
[5] 何剛，張國(guó)樞.國(guó)外煤礦安全生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)的啟示[J].中國(guó)煤炭，2006，32（7）：67?69.
[6] 陸慶峰，毛羽.嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011（8）：228?232.
[7] 文堯，王彤，周天然，等.嵌入式PowerPC硬核環(huán)境下的操作系統(tǒng)移植[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010（8）：139?141.
[8] 賈超廣，肖海霞，蔣理興，等.基于ARM與Linux的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2007（2）：32?34.
[9] 孫書鷹，陳志佳，寇超.新一代嵌入式微處理器STM32F103開發(fā)與應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010（12）：54?63.
（1） 監(jiān)控系統(tǒng)多采用有線監(jiān)控，煤礦礦井位置大多較分散、偏僻，井下工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，空間狹小，有線視頻監(jiān)控布線復(fù)雜，覆蓋面有限，可移動(dòng)性差，成本較高，無法較好地滿足中小煤礦企業(yè)的需求。
（2） 安全監(jiān)控系統(tǒng)主要是數(shù)據(jù)監(jiān)控?zé)o法全面反映井下的具體情況。
（3） 視頻監(jiān)控價(jià)格昂貴，目前使用的企業(yè)較少。
2 基于ARM的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為了更加適應(yīng)中小型煤礦企業(yè)的需求而設(shè)計(jì)的基于ARM的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是以Linux操作系統(tǒng)和ARM11作為嵌入式系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)平臺(tái)，根據(jù)ARM硬件配置及遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求對(duì)內(nèi)核進(jìn)行裁減配置及優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)出的抗干擾、穩(wěn)定性高、價(jià)格低廉、方便部署的井下實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)[6]。
整個(gè)系統(tǒng)由井上監(jiān)控中心和井下監(jiān)控系統(tǒng)組成。井下監(jiān)控系統(tǒng)由嵌入式監(jiān)控設(shè)備和煤礦攝像儀組成，煤礦攝像儀負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，由嵌入式監(jiān)控設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)傳輸、云臺(tái)控制等。該系統(tǒng)將嵌入式技術(shù)與流媒體技術(shù)有效結(jié)合，將前端對(duì)視頻數(shù)據(jù)的處理都集中在 ARM 開發(fā)板上，此設(shè)計(jì)避免了建立大型服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，方便遠(yuǎn)程客戶調(diào)取視頻信息。同時(shí)，利用Web技術(shù)，用戶可以通過瀏覽器遠(yuǎn)程操作和查看監(jiān)控視頻。基于ARM的視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。
3 ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)
礦井視頻監(jiān)控系統(tǒng)由嵌入式主板、操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件構(gòu)成。硬件方面主要開發(fā)集中在ARM主板上，該主板具有功耗低，發(fā)熱小，開機(jī)快，成本低，功能強(qiáng)，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的特點(diǎn)。由于井下工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，一般的主板很難在井下長(zhǎng)時(shí)間工作，而ARM主板不受時(shí)間限制，可以一直開機(jī)工作，無需人員去維護(hù)。軟件方面的Linux操作系統(tǒng)也是具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性，而且該操作系統(tǒng)采用的是核心程序的嵌入式系統(tǒng)，只要幾百KB不到的程序碼就可以完整地驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件，并成為一個(gè)完整的作業(yè)系統(tǒng)，因此相當(dāng)適合于開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)。
圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖
整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)在基于ARM處理器的硬件構(gòu)架上，通過移植Linux系統(tǒng)建立嵌入式開發(fā)平臺(tái)，針對(duì)Linux內(nèi)核模塊進(jìn)行功能擴(kuò)展設(shè)計(jì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大、處理能力強(qiáng)、價(jià)格低廉的監(jiān)控系統(tǒng)。基于ARM的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。
圖2 ARM嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成框圖
加載嵌入式系統(tǒng)相關(guān)硬件的主要代碼為：
static struct platform_device *smdk6410_devices[]__initdata = {
&s3c_device_usb，
&s3c_device_lcd，
&s3c_device_wdt，
&s3c_device_i2c，
&s3c_device_iis，
&s3c_device_rtc，
&s3c_device_nand /*add here*/
&s3c_device_ts， /*add here*/
&s3c_device_sdi， //add here
}
運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)的主要代碼為：
/> iptables –t nat –L
Chain PREROUTING（policy ACCEPT） destination
target prot opt source
Chain POSTROUTING（policy ACCEPT）
target prot opt source destination
Chain OUTPUT （policy ACCEPT）
target prot opt source destination
/>
嵌入式系統(tǒng)控制井下攝像機(jī)將圖像實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程用戶可以在終端上看到井下各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的畫面，如圖3所示。
圖3 監(jiān)控畫面
4 結(jié) 語
基于ARM的嵌入式煤礦監(jiān)控系統(tǒng)是Web技術(shù)、通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)的結(jié)合，具有部署方便、穩(wěn)定性高、抗干擾強(qiáng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。該系統(tǒng)投入使用后，有效降低了監(jiān)控運(yùn)行維護(hù)成本，提高了監(jiān)控運(yùn)行維護(hù)效率，對(duì)煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、節(jié)省能源、安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知[EB/OL].[2010?07?09].http：//www.wwwauto.com.cn/HYfgzc/AQSC/2010/GF?2010?23.htm.
[2] 國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展安全發(fā)展促進(jìn)安全生產(chǎn)形勢(shì)持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)的意見[EB/OL].[2011?12?02].國(guó)務(wù)院.http：//news.xinhuanet.com/politics/2011?12/02/c_111212735.htm.
[3] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.安全生產(chǎn)事故隱患排查治理體系建設(shè)實(shí)施指南[M].北京：國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2012.
[4] 魏丹，龍熙華，宇亞衛(wèi).國(guó)外煤礦安全生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)的啟示[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，17（23）：213?214.
[5] 何剛，張國(guó)樞.國(guó)外煤礦安全生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)的啟示[J].中國(guó)煤炭，2006，32（7）：67?69.
[6] 陸慶峰，毛羽.嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011（8）：228?232.
[7] 文堯，王彤，周天然，等.嵌入式PowerPC硬核環(huán)境下的操作系統(tǒng)移植[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010（8）：139?141.
[8] 賈超廣，肖海霞，蔣理興，等.基于ARM與Linux的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2007（2）：32?34.
[9] 孫書鷹，陳志佳，寇超.新一代嵌入式微處理器STM32F103開發(fā)與應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010（12）：54?63.
（1） 監(jiān)控系統(tǒng)多采用有線監(jiān)控，煤礦礦井位置大多較分散、偏僻，井下工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，空間狹小，有線視頻監(jiān)控布線復(fù)雜，覆蓋面有限，可移動(dòng)性差，成本較高，無法較好地滿足中小煤礦企業(yè)的需求。
（2） 安全監(jiān)控系統(tǒng)主要是數(shù)據(jù)監(jiān)控?zé)o法全面反映井下的具體情況。
（3） 視頻監(jiān)控價(jià)格昂貴，目前使用的企業(yè)較少。
2 基于ARM的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為了更加適應(yīng)中小型煤礦企業(yè)的需求而設(shè)計(jì)的基于ARM的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是以Linux操作系統(tǒng)和ARM11作為嵌入式系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)平臺(tái)，根據(jù)ARM硬件配置及遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求對(duì)內(nèi)核進(jìn)行裁減配置及優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)出的抗干擾、穩(wěn)定性高、價(jià)格低廉、方便部署的井下實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)[6]。
整個(gè)系統(tǒng)由井上監(jiān)控中心和井下監(jiān)控系統(tǒng)組成。井下監(jiān)控系統(tǒng)由嵌入式監(jiān)控設(shè)備和煤礦攝像儀組成，煤礦攝像儀負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，由嵌入式監(jiān)控設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)傳輸、云臺(tái)控制等。該系統(tǒng)將嵌入式技術(shù)與流媒體技術(shù)有效結(jié)合，將前端對(duì)視頻數(shù)據(jù)的處理都集中在 ARM 開發(fā)板上，此設(shè)計(jì)避免了建立大型服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，方便遠(yuǎn)程客戶調(diào)取視頻信息。同時(shí)，利用Web技術(shù)，用戶可以通過瀏覽器遠(yuǎn)程操作和查看監(jiān)控視頻。基于ARM的視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。
3 ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)
礦井視頻監(jiān)控系統(tǒng)由嵌入式主板、操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件構(gòu)成。硬件方面主要開發(fā)集中在ARM主板上，該主板具有功耗低，發(fā)熱小，開機(jī)快，成本低，功能強(qiáng)，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的特點(diǎn)。由于井下工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，一般的主板很難在井下長(zhǎng)時(shí)間工作，而ARM主板不受時(shí)間限制，可以一直開機(jī)工作，無需人員去維護(hù)。軟件方面的Linux操作系統(tǒng)也是具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性，而且該操作系統(tǒng)采用的是核心程序的嵌入式系統(tǒng)，只要幾百KB不到的程序碼就可以完整地驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件，并成為一個(gè)完整的作業(yè)系統(tǒng)，因此相當(dāng)適合于開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)。
圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖
整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)在基于ARM處理器的硬件構(gòu)架上，通過移植Linux系統(tǒng)建立嵌入式開發(fā)平臺(tái)，針對(duì)Linux內(nèi)核模塊進(jìn)行功能擴(kuò)展設(shè)計(jì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大、處理能力強(qiáng)、價(jià)格低廉的監(jiān)控系統(tǒng)。基于ARM的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。
圖2 ARM嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成框圖
加載嵌入式系統(tǒng)相關(guān)硬件的主要代碼為：
static struct platform_device *smdk6410_devices[]__initdata = {
&s3c_device_usb，
&s3c_device_lcd，
&s3c_device_wdt，
&s3c_device_i2c，
&s3c_device_iis，
&s3c_device_rtc，
&s3c_device_nand /*add here*/
&s3c_device_ts， /*add here*/
&s3c_device_sdi， //add here
}
運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)的主要代碼為：
/> iptables –t nat –L
Chain PREROUTING（policy ACCEPT） destination
target prot opt source
Chain POSTROUTING（policy ACCEPT）
target prot opt source destination
Chain OUTPUT （policy ACCEPT）
target prot opt source destination
/>
嵌入式系統(tǒng)控制井下攝像機(jī)將圖像實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程用戶可以在終端上看到井下各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的畫面，如圖3所示。
圖3 監(jiān)控畫面
4 結(jié) 語
基于ARM的嵌入式煤礦監(jiān)控系統(tǒng)是Web技術(shù)、通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)的結(jié)合，具有部署方便、穩(wěn)定性高、抗干擾強(qiáng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。該系統(tǒng)投入使用后，有效降低了監(jiān)控運(yùn)行維護(hù)成本，提高了監(jiān)控運(yùn)行維護(hù)效率，對(duì)煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、節(jié)省能源、安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用。
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