多因素无线智能预警系统结题报告电子版.docx

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多因素无线智能预警系统结题报告电子版

广州大学“挑战杯”学生作品

结题报告书

作品名称：

多因素无线智能预警系统

作品类别：

√

科技发明B类

立项类别：

一般项目

所在单位：

计算机科学与教育软件

作者姓名：

MicroBee团队

指导老师：

刘淼、李鹏

共青团广州大学委员会

2010年10月

填表说明

1、填写内容必须实事求是，表达清晰、准确。

2、用钢笔填写或打印。

3、“作品名称”应与立项报表中所填内容相一致，如有改动请予说明。

4、“作品类别”请写明：

是属“自然科学类”，“发明制作类”，“哲学社会科学类”中的哪一类。

6、“立项类别”请写明是属“重点项目”，“重点扶持项目”，“一般项目”中的哪一种。

7、“所在单位”填作者所在学院或部门。

8、“作者姓名”与“指导老师”应与立项表中所填内容一致。

如有改动请予说明。

属集体项目请填写项目组名称，并打上“＊”号。

9、其它栏目请按要求填写。

项目完成情况综述

课题实际完成情况（可另加页）

1．完成的项目内容，取得的成果，达到的目标及水平（如有经济效益，请列出）

2．是否按计划达到预定目标，进度和内容及其原因

3．对完成结果的评价

一、本项目完成了申请书上申报的项目的具体内容，主要包括实现多因素、无线、智能等功能，搭建了一个可靠的、准确的预警系统。

本项目取得的成果主要有:

1.完成多因素无线智能预警系统原型：

本系统在搭建完成之后进行一系列的测试，在实际的运用当中表现稳定，实现了可靠的监控。

2.完成论文三篇:

《多因素无线智能预警系统的研究与实现》

《一个嵌入式Web服务器远程管理系统的设计与实现》

《嵌入式运动物体的识别与跟踪研究》

在系统研究和设计过程中，该系统实现了多因素，无线，智能序列功能。

用户可以通过Browser可以方便地访问系统，实现查询异常数据，观察监控现场各种数据和情况；当出现异常情况时，服务器可通过短信的通知用户，实现了无差错监控。

系统可以快捷，可靠地运用于各种需要的监控场合，市场前景广阔，值得推广。

二、项目的进度基本与申请书的进度相同，具体的研究内容包括嵌入式linux技术、zigbee技术、OpenCV技术、CGI技术、wifi技术以及它们之间的结合，主要涉及在具体的linux环境下的开发和应用。

主要研究的内容有：

2.1操作系统的选取与移植

本设计选用了Linux系统作为操作系统。

一方面考虑到Linux系统是遵循GPL（generalpubliclicense）协议的开放源码的操作系统，可以免费使用，内核可根据系统需要任意裁剪。

另一方面，Linux操作系统的自由开放使得Linux的网络资源和工具十分丰富。

鉴于Linux系统开放源码、免费使用、资源丰富等优点，所以本设计选用了Linux2.6内核在嵌入式微处理器S3C6410上移植，具体移植过程如下：

①使用LinuxShell命令安装交叉编译器arm-linux-gcc。

②在开发板上建立引导加载程序U-boot。

③内核的剪裁与编译。

④建立根文件系统

⑤烧写内核、根文件系统及应用程序。

2.2服务器的配置

①到网站www.boa.org下载BOA源码。

②通过命令sudotar-zxvfboa-0.94.13.tar.gz进行解压。

③进入*/boa-0.94.13/src目录，直接运行./configure，生成Makefile文件；然后对Makefile进行修改，将CC=gcc改为CC=arm-linux-gcc，CPP=gcc-E改为CPP=arm-linux-gcc-E

④交叉编译：

⑤去除调试信息，减小体积，直接执行命令arm-linux-stripboa进行去除调试信息。

⑥配置boa.conf文件，将Groupnogroup修改为Group0,将Usernobody修改为User0

ScriptAlias的修改,将ScriptAlias/cgi-bin//usr/lib/cgi-bin/修改为ScriptAlias/cgi-bin//var/www/cgi-bin/,这里主要是设置CGI的目录，也可以修改为其他目录。

将#ServerNamewww.your.org.here修改为ServerNamewww.your.org.here

⑦编写boa脚本：

因为/var里边的东西是经常变动的，所以要经常手工创建文件或文件夹比较麻烦，直接编

写一个shell脚本，让它开机就自动创建。

其内容部分如下：

Mkdir/var/log/boa

Mkdir/var/www

Touch/var/log/boa/access_log

Touch/var/log/boa/error_log

⑧移植boa:

将编译好的boa可执行文件，存放到ARM板上的/usr/sbin/目录，把boa的配置文件boa.conf拷到ARM板上的/etc/boa/目录。

然后就可以直接运行boa如下图：

2.3监控设备驱动的开发

云台的驱动设计

云台是一种用于安装、固定摄像装置的支撑设备云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。

S3C6410RISC微处理器具有5个32位定时器。

其中定时器0、1、2和3具有PWM功能，它可以驱动外部的I/O信号。

定时器0和1在处理器上有直接的输出引脚。

本设计通过控制PWM的输出极性从而对云台的转动进行控制。

驱动程序的开发过程如下：

①编写PWMOUT0与PWMOUT1的设备驱动，在驱动程序里首先初始化PWM所对应的管脚功能，然后初始化定时器设置对PWM的定时，最后启动PWM功能。

在编写设备驱动的最初需要确定好PWM的输出管脚，在模块中staticintpwm_device_open（structinode*inode,structfile*file）函数完成了该任务，s3c_gpio_cfgpin（S3C64XX_GPF（14）,S3C64XX_GPF14_PWM_TOUT0）语句和s3c_gpio_cfgpin（S3C64XX_GPF（15）,S3C64XX_GPF15_PWM_TOUT1）语句确定了开发板的GPF14、GPF15为PWM输出。

S3C6410的PWM输出，主要是利用比较寄存器TCMPB0。

在定时器使能时，定时器计数缓存寄存器（TCNTBn）得到一个被装载到递减计数器中的初始值。

定时器比较缓存寄存器（TCMPBn）有一个被装载比较器中用来和递减计数器得值作比较的初始值。

每个定时器有一个自己的由定时器时钟驱动的32位递减计数器。

当递减计数器为零时，定时器中断请求生成通知CPU定时器操作已经完成。

当定时器计数器达到0，相应的TCNTBn的值也知道装载到递减计数器中以继续下一个操作（自动装载）。

但是，如果定时器停止了，例如在定时器运行模式下通过对TCONn的定时器使能位清零，则TCNTBn的值不会装载到计数器中。

初始化定时器设置。

这里上述PWM脉冲输出的相关知识，在初始化定时器时，主要需要设定以下几个寄存器（以定时器0为例）：

定时器输出时钟频率=PCLK/（prescalervalue+1）/（dividervalue）

tcfg0&=~S3C_TCFG_PRESCALER0_MASK;

tcfg0|=（50-1）;

tcfg1&=~S3C_TCFG1_MUX1_MASK;

tcfg1|=S3C_TCFG1_MUX1_DIV2;

这里我们把时钟预定标器值设置为49，并使用1/2分频值。

tcnt=（pclk/50/2）/50;

tcmp=tcnt/200*g_tcmp;

然后就是给定时器装载初值。

在这里要说明的是，由公式pclk/50/2是定时器每秒中断一次的值，因为标准舵机的方波脉冲信号是以20ms为周期的，所以在此再除以50。

其次就是当应用程序操作设备文件所调用的ioctl函数中，输入参数一般定义为长整型，而舵机的输入脉冲宽度为0.5ms~2.5ms，因此我们在设计程序时做了单位的变换处理。

staticints3c6410_pwm_start（intchannel）函数用于启动PWM功能。

程序中通过对tcon控制寄存器的设置启动PWM脉冲输出。

②注册/卸载字符设备驱动程序，执行insmod命令时会调用__initpwm_device_init（）函数代码进行设备驱动注册。

执行rmsmod命令时会调用__exitpwm_device_exit（）函数代码进行设备驱动卸载。

③把设备驱动文件命名为pwm_device.c放入内核源码的“drivers/char”目录下。

然后修改同目录下的“Kconfig”文件加入以下内容：

ConfigPWM_DEVICE

tristate”S3C6410PWMOUTDEVICE”

dependsonARCH_S3C64XX

help

S3C6410PWMOUT0/1Devicesupport

之后修改同目录的“Makefile”文件加入以下内容：

Obj-$（CONFIG_PWM_DEVICE）+=pwm_device.o

④配置内核，输入makemenuconfig，然后配置如下：

DeviceDrivers-

Characterdevices-

S3C6410PWMOUTDEVICE

将其选择为“M”（模块），然后保存配置，编译出内核镜像烧写到开发板中，然后使用命令“#makeSUBDIR=drivers/charmodules”编译出驱动模块，在内核源码目录下名为“pwn_device.ko”，将其复制到开发板中。

2.4摄像头的驱动的移植

①从网站mxhaard.free.fr下载USB摄像头驱动，并为内核打上高版本内核补丁。

②将驱动文件重命名为gspcav1然后复制到内核的“drivers/media/video/”目录下。

③修改文件“drivers/media/video/Kconfig”文件添加以下内容：

configUSB_SPCA5XX

tristate"USBSPCA5XXSunplus/Vimicro/SonixjpegCameras"

dependsonUSB&&VIDEO_V4L1

④修改文件“drivers/media/video/Makefile”，添加以下内容：

obj-$（CONFIG_USB_SPCA5XX）+=gspcav1/

obj-$（CONFIG_USB_SE401）+=se401.o

⑤修改“drivers/media/video/gspcavl/Makefile”文件

gspca-objs:

=gspca_core.odecoder/gspcadecoder.o

obj-$（CONFIG_USB_SPCA5XX）+=gspca.o

把obj-m+=gspca.o注释掉

⑥修改内核“drivers/media/video/gspcavl/gspca_core.c”文件，把36行改成如下内容

staticconstchargspca_version[]="01.00.20";

#defineVID_HARDWARE_GSPCA0xFF

⑦配置内核，makemenuconfig进入图形配置，添加内核对摄像机驱动的支持；

DeviceDrivers--->

Multimediadevices--->

<*>VideoForLinux

<*>VideoForLinux

[*]EnableVideoForLinuxAPI1（DEPRECATED）

-*-EnableVideoForLinuxAPI1compatibleLayer

[*]Videocaptureadapters--->

[*]Autoselectpertinentencoders/decodersandotherhelperchip

[*]Autoselectpertinentencoders/decodersandotherhelperchi

[*]V4LUSBdevices--->

<*>USBSPCA5XXSunplus/Vimicro/SonixjpegCameras

<>USBZC0301[P]ImageProcessorandControlChipsupport

⑧退出保存配置单,make编译出镜像,烧写到开发板中,启动系统后,插入USB摄像头,会正确识别到USB摄像头的正常显示信息：

usb1-1:

configuration#1chosenfrom1choice

gspca:

USBGSPCAcamerafound.（ZC3XX）

usb1-1:

NewUSBdevicefound,idVendor=0ac8,idProduct=303b

usb1-1:

NewUSBdevicestrings:

Mfr=1,Product=2,SerialNumber=0

usb1-1:

Product:

PCCamera

usb1-1:

Manufacturer:

VimicroCorp.

2.5用户交互程序的设计

本系统的采用了CGI（公共网关接口）实现用户与服务器之间的动态交互。

用户与服务器进行交互时主要调用实时监控、Zigbee数据采集和历史回放三大功能模块。

图3为用户与服务器的交互流程。

（1）实时监控程序的设计

在浏览器上在线观看实时采集视频的同时，通过网页上的5个按钮给云台发送命令，以控制监控摄像头的动作。

通过开发板的PWMOUT输出去改变舵机的转动角度。

实现代码如下（以向左转动为例）：

/cgi-bin/pwmout0_ctl?

MovLeft">

在这里我们使用form形式向服务器传递参数，其中在action属性指向服务器里控制云台水平转动方向的CGI处理程序，在问号之后的字符为命令行参数。

当用户按下名为“left”的按钮时，浏览器就会向服务器发送“MovLeft”命令，命令经过名为“pwmout_ctl”的CGI程序处理后把处理结果返回给浏览器。

CGI处理主程序的代码如下：

intmain（intargc,char*argv[]）

{

char*data=（char*）0;

char*cmd=（char*）0;

unsignedlongv_ctl;

inti;

printf（"Content-type:

text/plain\n\n"）;

printf（"Thecommandlinedatais:

\n"）;

for（i=1;i

{

data=argv[i];

if（data!

=（char*）0）

{

printf（"%s",data）;

}

}

printf（"\n"）;

cmd=data;

v_ctl=receive_cmd（cmd）;

printf（"temp=%ld\n",v_ctl）;

printf（"theplanerotationalangleis%ld",（v_ctl-5）*9）;

write_pwm（v_ctl）;

exit（0）;

}

其中，receive_cmd函数作用是处理浏览器传递的命令参数。

write_pwm函数作用是向定时器的pwm输出写入计数值。

然后是在网页中嵌入JavaApplet的WebCamPlayer工具播放实时视频。

代码如下：

YouneedtodownloadJava.

Click

（2）Zigbee数据采集模块的设计

Zigbee模块对周围的环境参数进行监测，对超出设定的异常范围的环境参数进行报警以及保存到数据库处理，方便用户查看。

我们使用的两个模块可以在一定的范围进行无线传感网的组网，完成数据的无线传输。

下图为Zigbee模块工作流程图：

Freescale13192SARD模块选用Freescale公司的8位微控制器MC9S08GT60，内部纵向频率高达20MHz，完全能够支持高实时性的射频模块。

60KB的Flash足够容纳Zigbee协议栈。

10位的A/D转换模块用于对传感器信号的数据采集。

在系统中13192模块充当13213模块（传感器数据监测收集模块）与上位机之间的传输中继。

13192模块通过RS232口与ARM开发板相连，进行数据的传输，利用IEEE802.15.4无线网络频段接收到来自13213的传感器的数据。

将收集到的数据存放在gau8TxDataBuffer中，通过判断gu8SCIData[0]中的值，即上位机发送过来的指令来进行数据的相应的数据的传输，以传输传感器数值为例：

/*SendthePCapplication"xNyNzN"*/

case'V':

SCITransmitArray（gua8sciString,6）;

break;

Freescale13213SRB是公司推出的符合802.15.4标准的下一代收发信机，它包括一个集成的发送/接收（T/R）开关，可以帮助降低对外部组件的需求，进而降低原料成本和系统总成本。

该收发信机支持飞思卡尔的软件栈选项、简单MAC（SMAC）、802.15.4MAC和全ZigBee堆栈。

集成了MC9S08GTMCU和MC1321x收发信机，闪存可以在16～60KB的范围内选择。

MC13211提供16KB的闪存和1KB的RAM，非常适合采用SMAC软件的点到点或星形网络中的经济高效的专属应用。

MC13213可以提供全面的编码和解码、用于基带MCU的可编程时钟、以4MHz（或更高）频率运行的标准4线SPI、外部低噪声放大器和功率放大器（PA）实现的功能扩展以及可编程的输出功率。

在本系统中主要完成传感器数据的收集，对传感器的xyz测量函数doAccelMeasurement（INT8axis）进行测量，以及通过数据传输函数TxAccel（void）进行无线传输，以x轴为例：

gsTxPacket.u8DataLength=2;

switch（gu8TxAccelState）{

case'x':

case'X':

doAccelMeasurement（X_AXIS）;

gau8TxDataBuffer[0]=0x78;/*SetX*/

if（compareADCReading（u8LastX,gau8TxDataBuffer[1],APP_DEFAULT_THRESHOLD）==TRUE）{

（void）MCPSDataRequest（&gsTxPacket）;/*transmitdata*/

u8LastX=gau8TxDataBuffer[1];

LED1^=1;/*ToggleLED1*/

}

gu8TxAccelState='y';

break;

ARM（Linux）上位机主要对数据进行解析，判断和保存到数据库。

传感器的数据的保存的标准是通过设定上下限，对连续六次超过上下限的动作进行保存当前节点的ID等实时信息，并触发短信报警功能。

（3）历史回放视频服务的设计

当系统进入实时监控状态时，客户可以通过时间段的查询得到过去监控发生异常的视频录像，查询方式通过表单把条件变量提交至服务器。

实现代码主要如下：

//192.168.254.129/cgi-bin/history">

其中，readOnyonClick="setDayHM（this）;"是使用JavaScript脚本实现日期时间的选择。

服务器将传入的数据传送给CGI程序，CGI程序会通过传入的数据对数据库进行选择查询，最后从数据库中得到的数据返回给服务器，服务器在返回给浏览器的客户端，之后客户可以根据要求选择查看需要的录像。

CGI处理程序的主要代码如下：

intcgiMain（）

{……

type1=cgiFormStringNoNewlines（"text1",value1,20）;

type2=cgiFormStringNoNewlines（"text2",value2,20）;

if（type1==cgiFormSuccess&&type2==cgiFormSuccess）

{sprintf（sql,"select*fromVideoRecordwhereAcquisitionTimebetween'%s'and'%s';",value1,value2）;

dict=searchVideoDB（dict,sql,dbPath）;

if（dict）

{

print（dict）;

sqlite3_free_table（dict->aResult）;

}

elsereturn-1;

}

……}

（3）wifi模块设计

wif