作者 有鵬 劉勇 楊林莉 謝松巖 韓正一 中國礦業大學徐海學院(江蘇 徐州 221008)

*基金項目：江蘇省高等學校大學生創新創業訓練計劃項目(編號：201613579001Y)

有鵬(1982-)，男，碩士，實驗師，研究方向：物聯網、無線傳感器網絡。

摘要：物聯網現在已經與各個行業、各個領域深度融合。物聯網中數量龐大的各種分布式終端節點實現了對各種物理環境的感知。本文提出了基于物聯網的圖像監控系統，給出監控系統的設計方案、系統模型和實現方法。圖像采集硬件以MT7620為控制器，通過安卓移動設備接收圖像，可以及時、準確、高效地進行圖像監控。

引言

　　物聯網技術的飛速發展使得生產生活中的各個領域都與之深度融合。從對環境參數的簡單感知到大數據融合分析，物聯網技術在推進各個行業的改革。農業物聯網通過信息感知終端采集農業系統中各類信息，實現農業生產的信息化管理^[1];物聯網在智能電網中的應用主要是對電網設備感知，通過網絡對數據進行融合分析及應用^[2];面向智能交通的物聯網也是通過對人流、車流等交通狀態的感知分析，得出優化后的交通指導數據^[3];智能礦山中的煤礦安全生產系統是集合了大數據、云計算、物聯網的主動式、多參數融合的監測監控系統^[4-6]。物聯網正在深刻影響各行各業，與各行各業的結合也產生了1+1大于2的效果。

　　隨著人們對自身安全保護的意識越來越強烈，高危生產現場需要對人員進行定位和緊急救援等^[7]，圖像識別監控是最直接有效的方法。圖像識別監控與物聯網結合，可以提高監控的準確性和及時性。

1 圖像監控系統結構

　　圖像監控系統主要由圖像采集節點獲得監測環境圖像，圖像通過網絡發送到移動監測終端。通過圖像識別分析可以對人員進行定位、救援，也可以得到環境的運行狀態，以判斷有無事故。圖1為圖像監控系統結構圖。

1.1 圖像采集節點

　　圖形采集節點硬件結構核心是中國臺灣聯發科的MT7620。MT7620是一款高集成度的片上系統。該芯片集成了CPU、基帶、射頻電路等，只需要加上簡單的外圍電路就可以實現無線通信。MT7620內部集成了580MHz MIPS? 24KEc? 的CPU、2T2R 802.11n Wi-Fi 收發器、5 個高速Ethernet PHY、HNAT、存儲器加速器、1個USB2.0 控制器、多種輸入輸出接口(如串口、NAND、eMMC、SD-XC、I2S/PCM、2 UARTs 、PCIe、RGMII以及GPIO)。以MT7620為核心搭建的硬件系統可以通過多種方式接入物聯網中。

　　圖像采集節點需要用于對多任務、多線程、多硬件進行管理的嵌入式操作系統。OpenWRT是一個高度模塊化、高度自動化的Linux系統，支持多種架構的處理器，如ARM、MIPS等，擁有強大的網絡組建和擴展性，常常用于工控設備、小型機器人、智能家居等。系統中集成了上百個編譯好的軟件簡化開發的工序。OpenWRT可以描述為一個嵌入式Linux發行版，不是單一的靜態系統。OpenWRT的包管理提供一個完全可寫的文件系統，可以進行應用程序的選擇和配置并具有完全定制能力，以適應開發設備。

　　在MT7620上移植OpenWRT，通過OpenWRT系統中數量多、功能強的各種軟件實現對圖像采集、網絡通信的優化管理。

1.2 移動監控終端

　　圖像監控系統的顯示控制終端采用具有移動性的手持設備。移動監控終端配置大尺寸的液晶顯示器，運行Android操作系統，通過WIFI與圖像采集節點建立無線通信。Android系統的架構分為四層，從低層到高層分別是Linux kernel、Library、Application Framework和Application。Linux kernel負責管理系統的進程、內存、內核體系結構、設備驅動程序、文件和網絡系統，決定著系統的性能和穩定。Linux kernel中集成了常用的外設驅動，如藍牙、WiFi、攝像頭、顯示等。運行Android系統的移動監控終端可以方便、快捷地與圖像采集節點進行無線通信和數據交換。

2 圖像監控系統設計

2.1 圖像采集與傳輸

　　圖像的采集選用USB接口的免驅攝像頭。USB免驅攝像頭輸出格式一般分為YUV和MJPEG。由于YUV格式圖像的數據量比MJPEG格式的要大許多，在傳輸時占用太多的資源，因此選擇MJPEG格式的圖像。為了能讓圖像監控節點支持MJPEG格式的圖像數據，需要在OpenWRT系統中加載UVC驅動。進入OpenWRT configuration --->Kernel modules--->video support，選中kmod-video-core和kmod-video-uvc。驅動加載后，OpenWRT就可以與攝像頭建立圖像數據傳輸并識別圖像格式。

　　圖像采集實現后，要把圖像數據通過網絡發送還需要添加mjpg-streamer軟件。Mjpg-streamer將JPEG幀從一個或多個輸入插件輸出到多個輸出插件。Mjpg-streamer用于從網絡攝像頭獲取JPEG流文件，通過基于IP的網絡發送到各種類型的顯示終端，如Chrome瀏覽器、Firefox瀏覽器、Cambozola、VLC、媒體播放器和其它能夠接收MJPG流的軟件。進入OpenWRT configuration --->Multimedia，選中mjpg-streamer。也可以修改mjpg-streamer.config文件，將默認的option enable “0”改為option enable “1”。

2.2 移動監控終端軟件設計

　　為了讓運行Android系統的移動監控終端能夠接收圖像采集節點發送的視頻，需要設計軟件接收視頻數據流并顯示出來。表2中為建立網絡連接接收數據流并解析為圖片所需要的基本JAVA包，并給出了主要應用函數。圖2為監控軟件設計流程圖。

3 圖像監控系統測試

　　圖像采集節點通電后，通過SSH登錄到OpenWRT系統中，將免驅攝像頭插入節點USB接口，可以識別攝像頭。輸入ls /dev/vid*命令，OpenWRT系統給這個攝像頭分配的ID為video0。

　　打開移動設備的監控軟件，在登錄界面輸入圖像采集節點的IP地址，可以在屏幕上看到攝像頭采集到的圖像，如圖3所示。

4 結論

　　圖像監控系統經過設計和測試后可以看到，結果符合預期。但是現在用的方法是實時顯示監控圖像，功耗會很大。可以在此基礎上通過安裝OpenWRT中的motion軟件，通過采集圖像對比發生變化再采集，并且通過電源管理算法可以實現低功耗。

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　　本文來源于《電子產品世界》2017年第8期第40頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。