嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

楊博

（廣州工商學院 廣東省廣州市 510800）

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)對遠程計算機監(jiān)控與操作方式逐漸呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控模式。傳統(tǒng)的遠程監(jiān)控方式，更對是采用一種基于阻抗匹配功率放大的寬頻波段來識別并監(jiān)控相應的遠程網(wǎng)絡(luò)信息，在實際運用中存在一定的缺陷，難以滿足嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求。

遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)綜合了網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)與數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)勢，在實際應用過程中，能夠不受地理位置、環(huán)境等因素的影響，時間高效的信息處理，在實際應用中，能夠有效提升遠程管理和維護質(zhì)量[1]。通過對嵌入式Linux 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的良好設(shè)計，能夠進一步提升遠程監(jiān)控的質(zhì)量，對遠程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應用有著積極的推動作用。

1 嵌入式Linux概述

當前，在嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用中，嵌入式Linux 是一種新型操作系統(tǒng)，但在嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應用正變得越來越廣泛[2]。在對嵌入式Linux 操作系統(tǒng)進行修改之后，就能很好的在嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)中運行，因為這一系統(tǒng)在應用方面與Internet 相同，屬于無限開放源代碼資源，且具備一定的嵌入式操作系統(tǒng)特征，因此這一系統(tǒng)有著很大的應用價值和前景。當前嵌入式Linux 已經(jīng)成為嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計研究中的熱門，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，當前在嵌入式操作系統(tǒng)應用項目開發(fā)中，幾乎有50%的項目應用了Linux。造成這一現(xiàn)象的主要原因，首先是Linux 操作系統(tǒng)的版權(quán)費免費，代碼的開放性，軟件容易移植等特征，使得很多應用軟件支持這一系統(tǒng)。同時，應用Linux 操作系統(tǒng)會有效縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市速度，且這一操作系統(tǒng)還具備較好的穩(wěn)定性和安全性，因此，在相關(guān)嵌入式操作系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。

2 設(shè)計指標與基本原理

在嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中，嵌入式Linux 的應用有著較為突出的優(yōu)勢，其設(shè)計部分主要有硬件和軟件兩個系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容。應用嵌入式Linux 能夠使得遠程監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加豐富。嵌入式Linux 遠程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)ο鄳獢?shù)據(jù)Linux 的節(jié)點進行持續(xù)、動態(tài)的實時監(jiān)測，同時還能夠為相應的數(shù)據(jù)信息采集子模塊設(shè)置相應的身份識別碼，且這一識別碼是唯一的。為更好的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控，嵌入式Linux 的自組織方式能夠讓相關(guān)監(jiān)測模塊節(jié)點上的不同的數(shù)據(jù)在發(fā)送過程中加入，同時這些數(shù)據(jù)能夠被傳遞到相應的協(xié)調(diào)器當中的模塊存儲單元中，并且能夠針對每個監(jiān)測節(jié)點相應的數(shù)據(jù)反饋完成等待分析[3]。在這一系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)模塊在收集到相應的數(shù)據(jù)信息后，會將其發(fā)送至控制中心，相關(guān)監(jiān)測算法通過對數(shù)據(jù)的實時分析沒能夠有效增強系統(tǒng)的遠程控制能力。

圖1：監(jiān)控信號發(fā)生匹配電路等效模型

圖2：被監(jiān)控端口圖像信息采集成功提示圖

3 嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與傳輸過程中，A/D、A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率以及D/A 分辨率對系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理有著很大的影響。按照標準的技術(shù)指標，在動態(tài)模擬處理與預處理過程中，相應的范圍應當在-40～±40dB 之間，相應的放大量數(shù)值范圍是80dB，輸出信號的幅度則是±10V。采樣的主采樣通道為8通道異步及同步輸入方式，在這一過程當中，應當注意采樣率不能小于200HZ，同時，相應的D/A 與A/D 分辨率不能低于12 位，D/A 轉(zhuǎn)換速率同樣也不能小于200HZ。關(guān)于回放信號方面，可以采用的形式有LFM、HFM 以及CW 等，所應用的模型如圖1所示。

本文主要研究了Web 開發(fā)技術(shù)與嵌入式Linux 的融合，在監(jiān)控系統(tǒng)終端圖像信息采集方面采用USB 攝像頭，相應的圖像信息主要利用網(wǎng)絡(luò)TCP 協(xié)議傳輸?shù)椒掌鹘K端。這一方式是通過對等網(wǎng)絡(luò)模型，相應的指令主要在客戶端與服務端進行發(fā)送與控制。

3.1 USB攝像頭

攝像頭是視頻設(shè)備不同類型中的一種，Linux 所應用的視頻標準是Video for Linux，這一標準對視頻相應的驅(qū)動、接口、內(nèi)核以及應用程序等進行了定義，相關(guān)設(shè)備的在使用時，就需要按照這一接口為標準進行控制。視頻設(shè)備相應的工作內(nèi)容主要包括圖像捕捉與處理及音視頻采集等，采用USB 攝像頭這一設(shè)備硬件時，也應當按照相應的標準進行工作。

在系統(tǒng)中應用USB 攝像頭，為保證這一硬件設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，在Linux 的內(nèi)核配置信息當中，就要加入Video4Linux 驅(qū)動，以此來保證USB 攝像頭驅(qū)動模塊的正常運行。這一添加過程需要保持靜態(tài)加載狀態(tài)。進行加載操作時，首先要在Linux 源代碼目錄當中找到相應的Linux 終端并鍵入“make menuconfig”命令，之后，在相應的彈出界面上，對相關(guān)內(nèi)核選項內(nèi)容進行系統(tǒng)配置，找到“Multimedia device-＞”這一多媒體設(shè)備，并選擇，然后會進入到相應的配置界面，勾選“Video For Linux”之后，加載Video4Linux模塊，此時也就初步實現(xiàn)了內(nèi)核支持下的Video4Linux 驅(qū)動，同時，也為視頻采集設(shè)備提供了相應的編程接口。為進一步保障USB 攝像頭相應驅(qū)動的正常運轉(zhuǎn)，還需要在內(nèi)核配置主界面，勾選“USB support-＞”，并選擇“USB Multimedia device”選項中的“USB OV511 Camera support”，此時USB 攝像頭就能夠獲得相應的內(nèi)核驅(qū)動支持。

3.2 幀緩沖設(shè)備

遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用的嵌入式Linux 中，相應的顯示設(shè)備的顯存抽象主要通過幀緩沖(Frame Buffer，F(xiàn)B)來進行，且在運行過程中，系統(tǒng)上層的應用程序能夠在圖形模型的基礎(chǔ)上，讀寫并處理顯示緩沖區(qū)。在實際運用過程中，幀緩沖設(shè)備屬于受限驅(qū)動，因此這一設(shè)備在使用時，就需要進行額外主動來開啟設(shè)備。本文關(guān)于嵌入式Linux 設(shè)計中，關(guān)于幀緩沖設(shè)備相應的開啟步驟為：

首先要安裝好v86d 及hwinfo，并對顯卡相應的性能要有充足的了解，設(shè)置好本機支持模式后，啟動相應的文件“//etc/default/grub”，并對“modules”中的文件//etc/initramfs-tools/modules 進行修改，完成更新之后，重啟系統(tǒng)就能查看幀緩沖設(shè)備。

4 嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，其主要構(gòu)成有網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、攝像頭驅(qū)動模塊、網(wǎng)絡(luò)服務器模塊以及圖像采集模塊等構(gòu)成。服務器與遠程電腦終端之間的信息交流，需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊系統(tǒng)進行。利用相關(guān)接口，攝像頭模塊能夠?qū)ο鄳脑O(shè)備信息進行設(shè)置，并可以遠程打開、關(guān)閉設(shè)備，初始化窗口以及選擇相應的信號通道等。圖像采集模塊能夠?qū)⑼ㄟ^編程接口所獲得的相應的圖像信息實現(xiàn)暫時性的存儲[4]。

4.1 網(wǎng)絡(luò)編程

本次嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)編程主要通過Socket(套接字)接口來進行，通過對Socket 的應用，能夠讓系統(tǒng)相應的通訊流更加的穩(wěn)定。為確保系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的有序、精準傳輸，系統(tǒng)應用了TCP協(xié)議，在實際應用過程中，基于TCP 協(xié)議的服務器端與客戶端在設(shè)計時，相應的功能并不固定、單一，在正式運行過程中，客戶端并不會過度依賴于服務器的命令。應用嵌入式Linux，開啟系統(tǒng)服務器后，客戶端與服務器之間的數(shù)據(jù)信息傳輸能夠以發(fā)送命令的方式實現(xiàn)，且相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸可以選擇任意方向。

4.2 工作組模型

基于嵌入式Linux 遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中，相應的工作組模式在應用過程中，才贏的是對等網(wǎng)絡(luò)模型，這一模型能夠讓網(wǎng)絡(luò)當中的設(shè)備功能更加一致，消除等級劃分，充分發(fā)揮不同設(shè)備的功能。這種工作組模型，不僅能夠?qū)⑵洚斪鲑Y源共享網(wǎng)絡(luò)的服務端，同時，也能夠作為客戶端應用。在小型的局域網(wǎng)當中，工作組模型是較為常見的組網(wǎng)模式，在這一模型當中，并未設(shè)置專門的客戶端以及服務器。

4.3 遠程安全監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)

遠程安全監(jiān)控系統(tǒng)相應的軟件主要組成模塊包括網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、圖像采集模塊、網(wǎng)絡(luò)服務器模塊以及攝像頭驅(qū)動模塊。遠程安全監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)，首先在啟動USB 攝像頭設(shè)備后，開啟相應的幀緩沖設(shè)備，就能夠采集相應的視頻圖像信息，并生成相應的圖片文件，這些文件數(shù)據(jù)信息主要通過TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸。在監(jiān)控設(shè)備方面，利用幀緩沖設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)圖像顯示等相關(guān)功能，被監(jiān)控端口相應的圖像信息在完成采集后，會有圖像提示采集成功，如圖2所示。

5 嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)實現(xiàn)

完成基于嵌入式Linux 遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計后，需要對系統(tǒng)相應的遠程監(jiān)控算法性能以及實際的運行效果進行測試。在測試過程中，可以設(shè)置兩臺計算機來進行仿真實驗，其中一臺計算機負責采集和發(fā)送Linux 遠程監(jiān)控相關(guān)信息，另一臺計算機則負責接收Linux 遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控信息，并在終端上予以顯示，相應的數(shù)據(jù)信息傳輸，可以通過有線或者無線的方式來實現(xiàn)，構(gòu)建兩臺計算機之間的局域網(wǎng)，并將相應的智能網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控系統(tǒng)植入進計算機當中，在經(jīng)過60s不間斷的監(jiān)控處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息后，對相應的數(shù)據(jù)信息進行長時間的訓練，按照相應的訓練結(jié)果，進行80s 不間斷分流監(jiān)控處理相應的數(shù)據(jù)信息，最后獲得相關(guān)結(jié)果，將相應的結(jié)果生成TXT 文本文件，在測試過程中，關(guān)于異常狀態(tài)檢測成功率能夠達到95%，有著非常顯著的效果。在對遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控數(shù)據(jù)相應的丟包率以及異常網(wǎng)絡(luò)信息內(nèi)容進行檢測后，基本可以確定這一算法有著良好的監(jiān)測性能。

6 結(jié)束語

基于嵌入式Linux 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，通過對相關(guān)硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計，能夠有效進行數(shù)據(jù)信息存儲與傳輸，滿足遠程監(jiān)控系統(tǒng)對視頻圖像信息的采集需要，相關(guān)功能能夠有效實現(xiàn)，有著較為完備的遠程監(jiān)控作用。