辽宁科技大学电子与信息工程学院 张 博 曲 强



基于OpenWrt的无线监控系统

辽宁科技大学电子与信息工程学院 张 博 曲 强

【摘要】设计了一种采用stm32ARM芯片作为控制，带有OpenWrt系统的无线模块传输模块传输采集到的传感器数据和视频图像，安装Mjpeg‐stream视频采集程序对现场画面进行监控。本设计方案可降低设备成本、减少线路连接，有较高的可升级性和扩展性，具有较高的民用和工业价值。

【关键词】OpenWrt；无线监控；stm32f103

0　引言

“基于OpenWrt的无线监控系统”利用了无线wifi网络，实现对多个分散地点的远程全面的综合监控，如温度、设备状况、现场监控视频的使用情况等。还可以根据需要增加如湿度监测等其他监测。与传统的监控系统的相比，本系统采用无线传输，使现场监控设备不受现场环境位置的限制，大量安装后可以对不同地点和不同设备的数据进行监控。主控芯片接收到采集到的视频监控信息、温度和电压等数据后，将其压缩打包，通过无线网络发送到网络服务器上，节约了本地储存资源的成本，还可以方便的了解监测情况。因为其具有对不同设备的适应能力，简单的安装工作以及相对低廉的价格，易于进行推广，有广阔的市场前景。

1　系统总体设计

系统总体设计如图1所示，主控芯片采用stm32f103 ARM芯片，外设有对摄像头的舵机云台控制，精密电压采集模块，OLED显示模块，以及其他采集模块都与ARM主控芯片相连接，将高清摄像头和ARM芯片数据发送至无线模块，无线模块与互联网和本地计算机相连接，进行远程监控和操作。

图1　系统总体设计

图2　单片机电路图

2　系统硬件设计

2.1stm32f103最小系统

主体控制采用stm32f103控制芯片，其最小系统版如图2所示，此芯片采用了具有强大的处理能力和先进架构的Cortex-M3内核，在其中我们设计了晶振电路，片内集成i2c储存器接口PB6.PB7接口与OLED相连，PB0带有多路精密AD转换可以采集需要的数据，多路PWM输出A2-A5直接与舵机相连，易于与对设备进行控制，还可以将采集到的信号等信息经过编码处理后通过串口B10.B11上传至无线传输模块，从而上传至网络服务器方便监控理。

2.2基于AR9331的无线模块

无线视频监控系统则采用稳定的WiFi传输方案，具体设计结构如图3所示，无线采用高通AR9331芯片，芯片主频可达400MHz，额定电压3.3v，使用过程简单方便，只需一个USB接口就可以为整个模块提供电源和程序的装载与升级，该模块符合国际标准的802.11 b/g/n协议，采用DSSS、OFDM、BPSK、QPSK、CCK和QAM基带调制技术，能自适应路由器等设备的无线热点。最大连接速率可达150Mbps。强大的扩展性和丰富的网络组建，经常被用于大量设备中。同时，它还提供了丰富的已编译好的软件，而OpenWrt SDK简化了开发软件的工序。在无线监控模块中安装了基于Linux的OpenWrt 系统，并在安装了实时视频传输软件Mjpeg‐stream，用户只需要输入特定的网站地址就可以对实时数据进行监控。

图3　无线模块结构图

图4　OLED液晶屏电路图

2.3SG90舵机云台模块

为了提高监控的可视角度，本设计采用了安装有云台控制的监控摄像头，采用 SG90微型舵机。使用20ms周期的PWM脉冲波，使其高电平的范围大约为0.5ms-2.5ms的脉冲控制舵机的角度从0°到180°自由转动。

2.4SSD1306 OLED液晶屏

显示模块使用SSD1306 OLED液晶屏（见图4），i2c协议的电路结构如图 4所示，把液晶屏直接与单片机的PB6.PB7引脚相连，就可以达到控制的目的，3.3v电压供电可以直接与单片机相连减少线路连接，利用外接屏幕可以再现场直观的获得采集的数据，方便新用户操作，进行现场调试和在线修改，对设备进行参数控制，对获得的数据进行补偿等。

2.5视频摄像头

本设计采用了微软的HD3000其分辨率可达720P的高清摄像头，免驱并支持MJPEG，使用方便易于安装价格适宜。

3　系统软件设计

3.1主体控制模块程序设计

在进行数据采集和发送终端的固件程序设计包括以下两个方面，数据的采集和无线数据的传送。数据采集部分采用中断方式采集数据每间隔1s采集数据一次，并将采集好的数据存放在单片机的缓冲区内。经过简单的数据监测判断有无数据异常，然后根据设定按规定时间向服务器发送数据。也可以在收到服务器发送的查询指令后对特定采集数据进行传送。

图5　软件流程图

3.2基于Mjpeg‐stream视频传输实现

3.2.1安装监控软件

在已经装载好OpenWrt系统的基础上为了实现无线视频传输，需要在系统中安装MJPEG STREAM软件包，用于把图片格式的文件变成流媒体输出。将摄像头与无线模块相连接，接着远程登录到到无线模块上，执行logread命令，会打印出路由器开机后的终端log。出现”usbcore: registered new interface driver uvcvideo”，以及含有”/dev/video0″，则说明免驱摄像头挂载成功。

3.2.2配置执行监控软件

首先要去mjpeg-streamer的sourceforge网站下载它的最新源码解压安装至系统中。将其放到路由器的/web目录下，将参数写入命令行。

mjpg_streamer -i "input_uvc.so -d /dev/video0" -o "output_http.so -p 8080 -w /web "

运用上面指令可以使mjpeg-streamer以默认的640×480分辨率、30fps显示图像，并且监听8080端口的http请求。其自带的一个小型web页面，页面所在的地址为/web。对地址进行访问就可以对采集图像进行监控。

3.3远程控制设计

3.3.1基本原理

为了实现远程数据的传输和处理，需要进行端口映射和动态域名的配置，设置家用无线路由器为外网映射模式，这样无线路由器就相当于一个连接，使无线模块和外网连接起来。

当无线模块访问路由器的特定的端口时，就会被路由器重新连接到一个指定的的ip地址端口，达到远程连接的目的，将视频监控接口设置为8080端口，数据传输设置为2001端口，将无线模块的ip地址和mac地址与路由器绑定就可以完成外网映射。

3.3.2无线模块设置

（1）将无线传输模块从AP模式转换为Client模式，在BSSID中设置需要连接的ssid名称

（2）在OpenWrt系统中passphruse选项中填入相应的路由器密码，使其与带网络的路由器相连。将路由器ip地址与无线模块连接后就可以使整个系统与互联网相连接，使我们可以再任何地点都可以对设备的状况和数据进行观察和记录。

3.3.3视频模式测试

在整个系统搭建完成后，我们对无线视频采集传输和远程视频检测进行测试，测试系统的流畅程度和帧数可达15帧，可以流畅的进行观测。

4　结果与分析

无线视频监控系统的实物如图6所示，该系统可以对远程设备的运行状况、传感器采集数据和远程视频图像进行实时采集，也可以对设备进行远程的控制，基本完成了设计要求。

摄影头选用的是微软HD3000，视频采集图像清晰，Web控制网页如图7所示，用户可以在网页的中心看到视频监控图像，在网页的右侧还有舵机的控制按钮，通过滑动按钮，改变舵机的PWM脉冲输出，利用其可以改变摄像头的位置，拥有更大的观测范围。

图6　实物图

图7　网页上位机

5　结论

本文设计了一种有stm32作为主控，安装openwrt系统的无线模块共同组成的无线视频监控，设计出相应的硬件电路和与之对应的web控制端上位机，采集部分加入了温度采集和电压采集基本实现了系统功能。本系统可以根据用户的需要添加任意的采集模块和设备，在视频监控方面也可以加入人体特征识别系统，热成像等技术，便于系统的开发和扩展。

参考文献

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张博（1995—），辽宁大连人，大学本科，现就读于辽宁科技大学。

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