多媒體課室監(jiān)控管理系統(tǒng)

1、PAGE PAGE 2多媒體課室監(jiān)控管理系統(tǒng) Monitoring and control system in multimedia classroom摘要 本系統(tǒng)以S3C2410作為主控制器，以嵌入式Linux為操作系統(tǒng)，使用了Embest EduKit-III 教學(xué)實驗平臺中HOST USB 、串口、觸摸屏、RJ45等資源實現(xiàn)了對多媒體課室的視頻、溫度等信息的采集和傳輸.系統(tǒng)包含了圖像采集系統(tǒng)，zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，讀卡門禁系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)是一個實時遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理系統(tǒng)，利用嵌入式linux操作系統(tǒng)對多種任務(wù)的調(diào)度，把各個系統(tǒng)采集到的信息，并處理各種監(jiān)控中心發(fā)送的控制信

2、息，快速方便控制課室的各種設(shè)備和降低多媒體課室管理成本關(guān)鍵詞：S3C2410、嵌入式Linux、CS8900A、傳感器、ARM9 ZigbeeAbstractBase on the embedded processor S3C2410 of Embest Edukit III board, this system uses Embedded Linux as operating system and take advantage of the hareware resouces on Embest Edukit III board such as UART , HOST USB , touch

3、 screen,RJ45 and so on. It implement the functin inculde video ,audio,temperture data collection and transmission.the system also include an access control system,so it can be used for security monitoring and checking on work attendance.the whole system is a realtime remote monitoring and control sy

4、stem,it uses the data collected to control every device in the classroom and cuts down the cost of management.Keywords: S3C2410、Embedded Linux、CS8900A、sensor、ARM9Zigbee目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc208458137 第1章緒論 PAGEREF _Toc208458137 h 5 HYPERLINK l _Toc208458138 第2章系統(tǒng)方案 PAGEREF _Toc208458138

5、h 5 HYPERLINK l _Toc208458139 第3章功能與指標(biāo) PAGEREF _Toc208458139 h 6 HYPERLINK l _Toc208458140 3.1功能 PAGEREF _Toc208458140 h 6 HYPERLINK l _Toc208458141 3.2 指標(biāo) PAGEREF _Toc208458141 h 6 HYPERLINK l _Toc208458142 3.2.1傳輸速率 PAGEREF _Toc208458142 h 6 HYPERLINK l _Toc208458143 3.2.2傳感器指標(biāo) PAGEREF _Toc2084581

6、43 h 6 HYPERLINK l _Toc208458144 3.2.3攝像頭 PAGEREF _Toc208458144 h 7 HYPERLINK l _Toc208458145 3.2.4zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò) PAGEREF _Toc208458145 h 7 HYPERLINK l _Toc208458146 3.2.5突發(fā)事件響應(yīng) PAGEREF _Toc208458146 h 7 HYPERLINK l _Toc208458147 第4章實現(xiàn)原理 PAGEREF _Toc208458147 h 7 HYPERLINK l _Toc208458148 4.1系統(tǒng)硬件 PAGE

7、REF _Toc208458148 h 7 HYPERLINK l _Toc208458149 4.2操作系統(tǒng) PAGEREF _Toc208458149 h 9 HYPERLINK l _Toc208458150 4.3考勤系統(tǒng) PAGEREF _Toc208458150 h 10 HYPERLINK l _Toc208458151 4.4視頻采集 PAGEREF _Toc208458151 h 12 HYPERLINK l _Toc208458152 4.6網(wǎng)絡(luò)傳輸 PAGEREF _Toc208458152 h 14 HYPERLINK l _Toc208458153 4.7 安全監(jiān)控

8、PAGEREF _Toc208458153 h 15 HYPERLINK l _Toc208458154 4.8 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò) PAGEREF _Toc208458154 h 16 HYPERLINK l _Toc208458155 4.9遠(yuǎn)程控制 PAGEREF _Toc208458155 h 18 HYPERLINK l _Toc208458156 4.10自動控制 PAGEREF _Toc208458156 h 18 HYPERLINK l _Toc208458157 第5章硬件框圖 PAGEREF _Toc208458157 h 19 HYPERLINK l _Toc20

9、8458158 第6章軟件流程 PAGEREF _Toc208458158 h 22 HYPERLINK l _Toc208458159 第7章系統(tǒng)測試方案 PAGEREF _Toc208458159 h 23 HYPERLINK l _Toc208458160 7.1測試對象 PAGEREF _Toc208458160 h 23 HYPERLINK l _Toc208458161 7.2測試方法 PAGEREF _Toc208458161 h 23 HYPERLINK l _Toc208458162 第8章測試設(shè)備 PAGEREF _Toc208458162 h 23 HYPERLINK l

10、 _Toc208458163 第9章測試結(jié)果 PAGEREF _Toc208458163 h 24 HYPERLINK l _Toc208458164 第10章結(jié)果分析 PAGEREF _Toc208458164 h 24 HYPERLINK l _Toc208458165 第11章實現(xiàn)功能 PAGEREF _Toc208458165 h 24 HYPERLINK l _Toc208458166 第12章特色 PAGEREF _Toc208458166 h 24 HYPERLINK l _Toc208458167 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc208458167 h 25 HYPERLIN

11、K l _Toc208458168 附錄一BMP文件格式 PAGEREF _Toc208458168 h 26 HYPERLINK l _Toc208458170 附錄二、ZigBee協(xié)議概述 PAGEREF _Toc208458170 h 271PAGE 51第1章緒論多媒體電化教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)等已在全國各地悄然興起。各式各樣的先進(jìn)設(shè)操作越來越復(fù)雜，使用戶在使用時感到相當(dāng)不便。多媒體中央控制系統(tǒng)利用計算機(jī)及微電腦技術(shù)對多媒體電教室、會議室中的各種設(shè)備進(jìn)行集中控制、管理。 隨著各類學(xué)校的快速發(fā)展，面對新時代對教育的要求，多媒體教室必然會越來越多。也許一間小學(xué)或者一間中學(xué)的多媒體教室并不

12、多，可以用人工的方法來管理。當(dāng)需要管理的是整棟教學(xué)樓或者跨校區(qū)的多媒體教室，再用人工在每天上課的時候打開多媒體設(shè)備，下課之后又一間一間地巡查關(guān)閉及設(shè)備情況，將會是一個巨大的工作量。隨著校園網(wǎng)絡(luò)和多媒體教室的快速普及，整個學(xué)校的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將越來越受到教育人士的重視。多媒體電化教學(xué)的無紙化、網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程化，正以嶄新的面貌和非凡的教學(xué)手段進(jìn)入各大、中、小學(xué)校，對過去傳統(tǒng)校園建設(shè)來說無疑是一次重大的飛躍和變化。采用多媒體智能管理系統(tǒng)，不僅可以更好節(jié)省人力管理，也更進(jìn)一步挖掘多媒體教室的作用。 同時通過實現(xiàn)這個系統(tǒng)，可以很方便地移植方案到工廠倉庫管理及物流系統(tǒng)，辦公室設(shè)備管理和安防系統(tǒng)。采用多媒體智

13、能管理系統(tǒng)，不僅可以更好節(jié)省人力管理，也更進(jìn)一步挖掘多媒體教室的作用。 同時通過實現(xiàn)這個系統(tǒng)，可以很方便地移植方案到工廠倉庫管理及物流系統(tǒng)，辦公室設(shè)備管理和安防系統(tǒng)，通過增加流媒體服務(wù)器實現(xiàn)學(xué)校間和校區(qū)之間的視頻會議等方面應(yīng)用。第2章 系統(tǒng)方案本系統(tǒng)由以S3C2410為處理器的客戶端，和以處于控制中心的PC機(jī)的服務(wù)端組成。客戶端通過局域網(wǎng)可以把視頻、傳感器、讀卡器收集的信息傳送給服務(wù)端，并能接收服務(wù)端的命令對課室的各種設(shè)備進(jìn)行控制。利用嵌入式linux 對整個管理系統(tǒng)進(jìn)行繁多任務(wù)的調(diào)度。Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)方便地將各種傳感器的信息發(fā)送到設(shè)備。根據(jù)需要還隨時可以擴(kuò)充zigbee對各種設(shè)備的控制

14、。系統(tǒng)具有良好的圖形界面，用戶可以通過客戶端的觸摸屏對視頻、各類傳感器和讀卡器的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，也可以根據(jù)需要對系統(tǒng)控制課室內(nèi)的各種設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。 利用這個智能管理系統(tǒng)，不僅可以直觀地看到每個多媒體教室的投影儀，電腦，以及各種設(shè)備的使用情況，也能隨時監(jiān)控教室的及人員的狀況。利用智能的管理系統(tǒng)可以用軟件提供的掃描檢查功能方便的控制下課后各種設(shè)備的關(guān)閉。管理系統(tǒng)的課程管理功能更進(jìn)一步發(fā)揮多媒體的智能化，可以根據(jù)設(shè)定的課程時間表打開以及關(guān)閉多媒體設(shè)備。利用校園里一卡通功能管理系統(tǒng)不需要另外增加成本就可以實現(xiàn)簡單的門禁功能，還可以記錄學(xué)生以及老師的考勤情況。另外，系統(tǒng)的安全監(jiān)控可以簡便地與物業(yè)管理的

15、消防安防等系統(tǒng)無縫相連，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。第3章 功能與指標(biāo)3.1功能（1）、課程管理功能。根據(jù)預(yù)先設(shè)定課程時間可以定時控制及檢查設(shè)備的開關(guān)及開關(guān)。（2）、考勤及門禁功能。利用校園一卡通實現(xiàn)門禁的管理，允許管理人員開關(guān)教室，允許在特定時間開關(guān)。利用校園卡識別與服務(wù)器的通信實現(xiàn)考勤的管理。（3）、監(jiān)控功能。利用各種防火防煙感應(yīng)器實現(xiàn)對教室的安全管理。利用Zigbee網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備的使用情況進(jìn)行搜集，可以方便統(tǒng)計各種設(shè)備的使用情況，以便使設(shè)備長久可靠運(yùn)行。利用教室里的攝像頭，可以隨時監(jiān)控考試或者上課的情況。（4）、遠(yuǎn)程控制功能:系統(tǒng)可以通過局域網(wǎng)接收控制中心發(fā)出的命令控制多媒體課室的各種設(shè)備。（5）自動

16、控制功能：在無人值守情況下電器按自定規(guī)則運(yùn)作。（6）、環(huán)境/模式能源管理功能。根據(jù)環(huán)境對多媒體教室的窗簾還有照明管理，節(jié)省電能的消耗，環(huán)保。（7）、防盜功能。利用紅外探測器監(jiān)控是否有人非法進(jìn)入課室。（8）、系統(tǒng)中加入了Zigbee模塊用于傳感器信息的無線傳輸，因此安裝方便。3.2 指標(biāo)3.2.1傳輸速率系統(tǒng)客戶端與控制中心之間的數(shù)據(jù)傳輸速率不小于1Mbps；3.2.2傳感器指標(biāo)溫度傳感器：溫度測量范圍為-40+85，精度為2。煙霧探測器：工作電壓：電池9V工作溫度：-10+50檢測范圍：20平方米靜態(tài)電流：200uA有線雙鑒紅外探測器：工作電壓：9V工作電流：18mA工作溫度：-20+50探測

17、距離：6-12米感應(yīng)角度120度圓錐角 3.2.3攝像頭高解析度35萬像素， 色彩位數(shù) 24bit ，USB接口。3.2.4zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)1.網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（PAN）：工作電壓 5V，功耗 150mw，傳輸命令時延小于15ms，其他指標(biāo)同傳感器無線傳輸模塊。2.傳感器處理節(jié)點(diǎn)：工作電壓3V，溫度范圍-25到70度，工作時的電流損耗小于27mA，入網(wǎng)時間小于3s，定時信息發(fā)送周期為1.5s，報警按鈕延時小于10s,調(diào)制方式是Q-QFSK.3.2.5突發(fā)事件響應(yīng)當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或非法入侵等突發(fā)事件時，客戶端通知控制中心的時間不超過5秒。第4章 實現(xiàn)原理4.1系統(tǒng)硬件我們的系統(tǒng)硬件主要包括Embes

18、t EduKit-III教學(xué)實驗平臺、Zigbee發(fā)送和接收模塊、網(wǎng)眼V3000攝像頭和各類傳感器等，由于攝像頭和傳感器將在視頻采集和安全監(jiān)控那里提到，因此在這里不作介紹。Embest EduKit-III 教學(xué)實驗平臺是一款功能強(qiáng)大的32 位的嵌入式開發(fā)板，里面采用了SAMSUNG 公司的以ARM7TDMI-S 為內(nèi)核的處理器S3C44B0X,同時可以兼容S3C2410,具有JTAG 調(diào)試等功能。板上提供了一些鍵盤、LED 和串口、USB等一些常用的功能模塊，并且具有IDE 硬件接口，CF 存儲卡接口、以太網(wǎng)接口和SD 卡接口等等，對用戶在32 位ARM 嵌入式領(lǐng)域進(jìn)行開發(fā)實驗非常方便。圖4

19、.1-1板功能模塊Embest EduKit-III 教學(xué)實驗平臺的核心是其處理器S3C2410,S3C2410韓國三星電子公司一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32為RISC嵌入式微處理器，主要面向手持式設(shè)備以及高性價比、低功耗的應(yīng)用，在系統(tǒng)中主要用到的S3C2410的資源如下：1個LCD 控制器（支持STN和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏）；SDRAM控制器3個通道的UART觸摸屏接口2個USB主機(jī)接口，1個USB設(shè)備接口；Zigbee發(fā)送和接收模塊采用的是成都無線龍的C51RF-3開發(fā)套件，它的控制芯片采用的是CC2430，運(yùn)用該芯片進(jìn)行開發(fā)主要是因為CC2430是一款基于51內(nèi)核的控制芯

20、片，這樣ZigBee就變?yōu)?1代碼組成的一堆軟件。無論是無線數(shù)據(jù)傳輸、路由算法或網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞榷际歉鞣N函數(shù)的組合、代碼組合。任何人熟悉C51編程，就較容易熟悉ZigBee的代碼，同時將自己的應(yīng)用代碼和ZigBee結(jié)合在一起。 圖4.1-2 Zigbee模塊實物圖4.2操作系統(tǒng)本系統(tǒng)的操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux。Linux具有內(nèi)核小，效率高，源代碼開放，內(nèi)核直接提供網(wǎng)絡(luò)支持等優(yōu)點(diǎn)。但嵌入式系統(tǒng)的硬件資源畢竟有限，因此不能直接把Linux作為操作系統(tǒng)，需要針對具體的應(yīng)用通過配置內(nèi)核、裁減shell和嵌入式C庫對系統(tǒng)定制，使整個系統(tǒng)能夠存放到容量較小的Flash中。Linux的動態(tài)模塊加載，使Linu

21、x的裁減極為方便 ，高度模塊化的部件使添加非常容易。正因為Linux的上述優(yōu)點(diǎn)，在本文實現(xiàn)的平臺上，使用的操作系統(tǒng)是對Linux進(jìn)行了定制的armlinux。它啟用了MMU（內(nèi)存管理單元），是針對支持MMU的處理器設(shè)計的。Linux采用2.4.18內(nèi)核，打上Lkit2410.patch補(bǔ)丁。交叉編譯工具采用Cross2.95.3。在Menuconfig選項中選中了支持USB Support、USB Camera OV511 Support 和Led支持靜態(tài)加載。4.3用戶界面 本系統(tǒng)使用Qt來開發(fā)客戶端用戶界面。開發(fā)軟件

22、包括tmake1.11,Qt/Embedded2.37，Qt2.3.2 for X11,Qtopia1.70，e2fsprogs。 系統(tǒng)采用中文顯示，并支持觸摸屏輸入，具有良好的用戶交互接口。4.3考勤系統(tǒng)考勤系統(tǒng)的大體功能為：客戶端把從讀卡器獲得的卡號通過網(wǎng)絡(luò)傳輸程序傳輸給服務(wù)端，服務(wù)端程序運(yùn)用SQL語言查詢數(shù)據(jù)庫，把查詢結(jié)果顯示和記錄起來，然后又通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給客戶端并顯示出來。具體做法如下：讀卡器通過RS485接口接到Edukit實驗箱，客戶端有一進(jìn)程采用Select語句一直監(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)到來。當(dāng)有卡讀入時，讀卡器把卡號發(fā)送至串口。該進(jìn)程就會收到數(shù)據(jù)后，然后通過有名管道傳到網(wǎng)絡(luò)程序再發(fā)到服

23、務(wù)端。首先采用微軟公司的Access 2003構(gòu)建一個數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含了若干個表，其中有記錄學(xué)生詳細(xì)信息（包括校園卡卡號、學(xué)號、姓名、性別、專業(yè)、照片等）的表，也有記錄學(xué)生到課情況的表。對于某些教室或者實驗室只允許一些學(xué)生進(jìn)入的情況，又建立了一張學(xué)生的權(quán)限表，用于表示該學(xué)生有無進(jìn)入的權(quán)力。 圖4.3-1 學(xué)生信息表示例 圖4.3-2 學(xué)生進(jìn)入某間課室的權(quán)限表示例 圖4.3-3 學(xué)生到課表示例有了這個數(shù)據(jù)庫后，當(dāng)客戶端通過局域網(wǎng)傳輸學(xué)生卡號過來時，服務(wù)端就會使用SELECT語句查詢學(xué)生信息表和學(xué)生權(quán)限表，得到結(jié)果后再使用INSERT語句把需要的結(jié)果數(shù)據(jù)和此時的時間加入到學(xué)生到課情況表中（如圖

24、4.3-3所示）。然后服務(wù)端也會把查詢數(shù)據(jù)庫的到的信息在本地顯示出來讓管理人員在遠(yuǎn)程查看進(jìn)入課室人員的詳細(xì)信息，如圖4.3-5所示。與此同時，服務(wù)端也把這些信息發(fā)送到客戶端顯示出來，客戶端通過收到的數(shù)據(jù)（權(quán)限）決定是否讓刷卡人進(jìn)入課室。在記錄了學(xué)生到課情況后，我們就可以使用Access 2003強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，實現(xiàn)查詢或打印某天某個專業(yè)學(xué)生的考勤情況或者某個學(xué)生的到課情況等等。下面為李四同學(xué)到課時間的情況表，從下表我們可以清楚的看到李四同學(xué)的學(xué)號、專業(yè)、到課時間等信息。 圖4.3-4 運(yùn)用Access 2003 查詢功能示例客戶端在搜索完數(shù)據(jù)庫后會返回數(shù)據(jù)給客戶端?？蛻舳说木W(wǎng)絡(luò)進(jìn)程在收到這

25、些學(xué)生信息后會通過又名管道傳送界面程序。界面程序會對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，比如信息提取與區(qū)分、unicode漢字的合成，最后在界面顯示出來。照片是通過Bmp文件格式傳遞與儲存的，顯示通過使用QT的QImage類。圖 4.3-5 服務(wù)端顯示的刷卡人信息圖 4.3-6客戶端顯示的刷卡人信息4.4視頻采集視頻采集使用網(wǎng)眼V3000攝像頭，該攝像頭具有USB接口，使用的是OV511芯片，Linux已經(jīng)具有了OV511的驅(qū)動程序，僅需在編譯內(nèi)核的時候?qū)⑵浼尤搿Ｒ曨l采集程序主要是應(yīng)用Video4Linux運(yùn)用video4linux采集圖像請參考Linux Kernel 的Documentation/v4l/A

26、PI.html文件提供的函數(shù)進(jìn)行編寫，Video4Linux是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動，它為針對視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)，這些視頻設(shè)備包括現(xiàn)今市場上流行的TV卡、視頻捕捉卡和U運(yùn)用video4linux采集圖像請參考Linux Kernel 的Documentation/v4l/API.html文件用Video4Linux采集一幀圖像的基本流程是：1.打開視頻設(shè)備（使用Open函數(shù)）；2.獲取視頻設(shè)備信息,傳遞VIDIOCGCAP給ioctl()可返回視頻設(shè)備信息，即調(diào)用：ioctl(fd,VIDIOCGCAP,&cap)；3.獲取圖像信息（主要包括圖像大小即分辨率，

27、圖像顏色深度等），傳遞VIDIOCGPICT和VIDIOCGWIN給ioctl()可返回圖像信息，即調(diào)用：ioctl(fd,VIDIOCGPICT,&pic)和ioctl(fd,VIDIOCGWIN,&win)；4.設(shè)置圖像參數(shù)（主要包括圖像大小即分辨率，圖像顏色深度等）,傳遞VIDIOCSPICT和VIDIOCSWIN給ioctl()可設(shè)置圖像參數(shù)，即調(diào)用：ioctl(fd,VIDIOCSPICT,&spi)和ioctl(fd,VIDIOCSWIN，&win)；5.采集一幀圖像,傳遞VIDIOCMCAPTURE給ioctl()可以獲取一幀圖片，即調(diào)用：ioctl(fd,VIDIOCMCAPT

28、URE,&vmmap)；6.判斷采集是否完成,調(diào)用：ioctl(fd,VIDIOCSYNC,&mmap.frame)；獲得采集到的圖像有兩種方法：一是直接讀取設(shè)備（調(diào)用read()函數(shù)），二是采用內(nèi)存映射的方法。在這里我們采用的第二種方法。每當(dāng)攝像頭采集完一幀圖像時，視頻采集程序就把保存在內(nèi)存中的圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸程序傳輸給服務(wù)端。因為通過攝像頭采集到的圖像是倒立的，所以服務(wù)端程序還要負(fù)責(zé)把它轉(zhuǎn)換回來，并加上bmp的文件頭（見附錄一）才把圖像保存并顯示出來。當(dāng)系統(tǒng)采集圖像速率較高時，服務(wù)端顯示出來的圖像就會動起來，從而產(chǎn)生了較為連續(xù)的視頻。由于種種限制，不可能傳輸像電視那樣連貫的視頻，因此我

29、們設(shè)置系統(tǒng)大概一秒采集一幀圖片，這樣的速度在服務(wù)端程序的屏幕中看到的效果還是令人滿意的。下圖為我們用網(wǎng)眼V3000采集到的一張圖片。 圖4.5-1 網(wǎng)眼V3000攝像頭采集到的圖像4.6網(wǎng)絡(luò)傳輸客戶端（教室）和服務(wù)端（多媒體控制中心）之間的通信包括視頻、控制等信號的傳輸，數(shù)據(jù)量大，所以雙方的之間通信采用以太網(wǎng)通訊。其中S3C2410采用以太網(wǎng)控制器CS8900A，實現(xiàn)與局域網(wǎng)的連接。CS8900A的結(jié)構(gòu)的核心是提供高效訪問方法的內(nèi)部寄存器和緩沖內(nèi)存。PacketPage 是CS8900A中集成的RAM。它可以用作接收幀和待發(fā)送幀的緩沖區(qū)，除此之外還為內(nèi)存或I/O 空間提供了一種統(tǒng)一的訪問控制方

30、法，減輕了CPU 的負(fù)擔(dān)，降低了軟件開發(fā)的難度?？蛻舳说木W(wǎng)絡(luò)傳輸采用流式Socket，軟件流程大致可分為分為以下5過程：1.建立一個socket，2.將本地IP地址端口號綁定bind，3.與服務(wù)器建立連接connect，4.發(fā)送接收數(shù)據(jù)，5.斷開網(wǎng)絡(luò)連接。網(wǎng)絡(luò)主程序是一個Select的非阻塞IO，以響應(yīng)多個進(jìn)程請求，提高數(shù)據(jù)處理能力，并解決了請求的沖突。網(wǎng)絡(luò)程序還對數(shù)據(jù)歸類，響應(yīng)服務(wù)端發(fā)送過來的不同信息，將主程序需要的數(shù)據(jù)通過又名管道形式發(fā)到主程序，并通過信號形式通知文件傳輸完畢，提醒主程序進(jìn)行相應(yīng)處理。服務(wù)端的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能主要是依靠Winsock控件來實現(xiàn)，Winsock控件提供了訪問TCP

31、和UDP網(wǎng)絡(luò)的極其方便的途徑。利用Winsock控件可以與遠(yuǎn)程計算機(jī)建立連接，并通過用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議（UDP）或者傳輸控制協(xié)議（TCP）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，采用TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于Winsock對緩沖區(qū)的大小有限制（不能超過8KB即8192字節(jié)）,所以我們在服務(wù)端與客戶端之間傳輸數(shù)據(jù)時規(guī)定每個數(shù)據(jù)包（不是指TCP數(shù)據(jù)包）最大為5000字節(jié)。 由于客戶端與服務(wù)器交換的數(shù)據(jù)包括了視頻、各種控制信號和狀態(tài)信號，因此為了能讓通信雙方識別彼此傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的類型，必須定義傳輸數(shù)據(jù)的格式。所以我們在數(shù)據(jù)的開頭添加長度為8個字節(jié)的信息頭，但是在傳輸文件時為了提高傳輸速率，只在文件傳輸

32、前和結(jié)束后通知接收方，傳輸?shù)奈募?nèi)容不在加信息頭。通信雙方規(guī)定的信息頭如下： fcomming表示有文件到來，后接傳輸文件的文件名fileover通知文件接收方文件傳輸完畢ccomming1.客戶端通知服務(wù)端卡號信息到來，后接卡號。2.服務(wù)端通知客戶端持卡人信息后接持卡人信息dcomming表示設(shè)備狀態(tài)到來，后接設(shè)備狀態(tài)信息scomming表示開關(guān)狀態(tài)到來，后接開關(guān)狀態(tài)信息nextpack文件傳輸時，接收方通知發(fā)送方繼續(xù)發(fā)送filerqst文件發(fā)送請求pcomming密碼到來后接用戶密碼ucomming 表示傳感器信息到來，后接傳感器信息vcomming 視頻圖像文件到來4.7安全監(jiān)控多媒體課

33、室監(jiān)控管理系統(tǒng)雖有攝像頭可以實時監(jiān)控課室的狀況，但是這往往是不夠的。因此我們在系統(tǒng)中加入了溫度傳感器，煙霧探測器和紅外探測器。溫度傳感器和煙霧探測可以有效的控制火災(zāi)的發(fā)生。紅外探測器可以在黑暗的情況下監(jiān)控課室狀況。溫度傳感器采用TC77，該傳感器是串行輸出數(shù)字溫度傳感器，特別適合低成本的應(yīng)用。在+25+65 的精度為1; -40+85 的精度為2; 55+125 的精度為3。該溫度傳感器輸出數(shù)據(jù)為16位，其中最高位為符號位，最低三位未使用（恒為1），其它位為數(shù)據(jù)位。煙霧探測器采用采用光電式感煙探測器。它是采用煙霧中的顆粒折射紅外光的原理來探測火災(zāi)的。它的電路主要由紅外發(fā)射部分和接收部分組成，發(fā)

34、射管與接收管置于光學(xué)迷宮中，光學(xué)迷宮可以屏蔽外界雜散光的干擾，但不影響煙霧進(jìn)入。在無煙狀態(tài)下，接收管只接收到很弱的紅外光，當(dāng)有煙霧進(jìn)入時，由于散射作用，接收到的光信號增強(qiáng)，當(dāng)煙霧到達(dá)一定濃度時，探測器輸出報警信號（頻率為4KHZ，幅度為5V的方波）。紅外探測器采用的是型號為AL-415的有線雙鑒紅外探測器。它具有四源全密封微波頭和雙元紅外，能夠抗小動物干擾，自帶了一個繼電器。繼電器在無人時閉合（電阻為0），當(dāng)探測到有人時才斷開（電阻無窮大）。因此用一個簡單的電阻分壓的電路即可把它的輸出由電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴?以上傳感器（探測器）的輸出信號的采集主要依靠Zigbee發(fā)射模塊上的單片機(jī)控制芯片

35、CC2430來完成。CC2430把采集到的信息進(jìn)行判斷，當(dāng)傳感器的輸出有變化時通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給協(xié)調(diào)器（Zigbee發(fā)送模塊）。協(xié)調(diào)器在通過串口傳輸給客戶端的CPU（s3c2410），進(jìn)行處理后又通過Tcp協(xié)議發(fā)送到服務(wù)端。整個過程不超過2秒鐘，加上視頻采集的功能，管理人員完全可以隨時了解課室里的各種情況。當(dāng)有緊急情況發(fā)生時，能夠及時采取相關(guān)措施，真正做到安全監(jiān)控。傳感器接入在Zibee模塊上，主控模塊通過串口RS232接入Edukit實驗箱。當(dāng)傳感器狀態(tài)有改變時，會通過Zibee發(fā)送數(shù)據(jù)到主控模塊上，主控模塊再把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)到客戶端，由此構(gòu)成傳感器數(shù)據(jù)的采集。4.8 Zigbee無

36、線傳感器網(wǎng)絡(luò) 多媒體課室監(jiān)控管理系統(tǒng)具有一個Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這樣也使得傳感器的安裝更加簡便。ZigBee是一種支持低速率、低功耗，安全可靠的雙向無線通信標(biāo)準(zhǔn)，它是目前遠(yuǎn)程監(jiān)控傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用世界里唯一一種標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)。 ZigBee的基礎(chǔ)是IEEE 802.15.4，這是IEEE無線個人區(qū)域（Personal Area Network，PAN）工作組的一項標(biāo)準(zhǔn)，被稱作IEEE 802.15.4（ZigBee）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了一種短距離、低功耗、高速率、高可靠性的短距離無線芯片標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)ZigBee聯(lián)盟的設(shè)想，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)生產(chǎn)的相關(guān)產(chǎn)品主要適用于：智能

37、家居（照明控制、各類窗簾控制、家庭安防、暖氣控制、內(nèi)置家居控制的機(jī)頂盒、萬能遙控器）、環(huán)境檢測與控制、自動讀表系統(tǒng)、智能路燈系統(tǒng)、煙霧傳感器、醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)、大型空調(diào)系統(tǒng)、工業(yè)和樓宇自動化、安全監(jiān)控、工業(yè)控制、傳感器控制、停車計費(fèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎T多領(lǐng)域。ZigBee將IEEE 802.15.4 收發(fā)器技術(shù)與 ZigBee 協(xié)議棧組合在一起，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，其資源消耗較少.ZigBee技術(shù)所具有的較低的成本、較低的功耗和適中的傳輸距離等特性使其適用于大規(guī)模的敷設(shè)于無人值守的環(huán)境。我們采用成

38、都無線龍的C51RF-3開發(fā)套件構(gòu)建Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該套件中Zigbee模塊使用的控制芯片為CC2430。CC2430采用標(biāo)準(zhǔn)的8051處理器，對于熟悉8051單片機(jī)的開發(fā)人員來說使用特別方便。Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)由一個協(xié)調(diào)器（pan）及多個傳感器處理節(jié)點(diǎn)組成一個典型的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。星型網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過串口與主控機(jī)連接傳輸數(shù)據(jù)。組成星型網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點(diǎn)的利用率高，而且最適合在這個監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用。配置及安裝簡單，組網(wǎng)跟入網(wǎng)的速度非常高效。同時為了減輕zigbee網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量，當(dāng)環(huán)境參量發(fā)生變化時才將數(shù)據(jù)傳送到協(xié)調(diào)器。因此整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的功耗非常低，每個節(jié)點(diǎn)只用兩節(jié)1.5v電池足夠運(yùn)行

39、很長時間。使用時只要與設(shè)備的串口連接好，設(shè)置19200波特率，協(xié)調(diào)器即可建網(wǎng)，再打開傳感器節(jié)點(diǎn)，自動完成組網(wǎng)的過程。通過Zigbee2004協(xié)議棧自動對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)，維持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是圍繞ZigBee網(wǎng)絡(luò)適配器、ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控軟件4部分來設(shè)計。ZigBee部分采用ZigBee2004協(xié)議棧，編譯開發(fā)環(huán)境是IAR7.20H，以C語言編寫。網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)組成的，可以自主組網(wǎng)、入網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)自動管理等。圖4.7-1協(xié)調(diào)器程序流程圖圖4.7-2傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程圖4.9遠(yuǎn)程控制多媒體課室監(jiān)控管理系統(tǒng)客戶端通過各種控制器件與多媒體設(shè)備相連。發(fā)送命令格式預(yù)先定義，

40、由服務(wù)端發(fā)出，通過局域網(wǎng)傳輸至客戶端，客戶端將其解讀，并執(zhí)行控制電器設(shè)備命令。由于條件限制，我們用LED燈來模擬被控設(shè)備。（我們擬增加一個300MHz的無線控制網(wǎng)，用來控制各種電器設(shè)備。由于器材訂貨較晚的原因，目前該部分尚未完成。因為這部分技術(shù)難度不高，我們保證能夠在九月份完成。如果我們的團(tuán)隊能夠進(jìn)入決賽，將增加這部分的內(nèi)容，使整個系統(tǒng)更加完善和實用化。）4.10自動控制多媒體課室數(shù)量多，電器復(fù)雜多樣，若需要一直有人監(jiān)視著它是一件費(fèi)力的事。為此，我們加入了無人值守的自動控制模式。只要制定一套規(guī)則，比如要求什么條件下開啟或關(guān)閉設(shè)備，電器設(shè)備就可以按照這些規(guī)則有規(guī)律的運(yùn)作。這些規(guī)則以配置文件格式（

41、mcmcs.cfg）保存起來，在系統(tǒng)啟動或者用戶重新修改并應(yīng)用后加載。用戶并不需要直接編輯配置文件，只要在用戶界面選項上填上相應(yīng)的內(nèi)容。在界面處理主程序，我們定義了一個1秒1次QTimer定時器，用于刷新時間顯示和檢查電器設(shè)備任務(wù)。電器設(shè)備任務(wù)以任務(wù)隊列形式按時間先后排序，每次僅需檢測下一個任務(wù)，縮短檢測任務(wù)的時間。任務(wù)執(zhí)行前5分鐘會在消息欄提醒用戶。第5章 硬件框圖圖5-1 單個客戶端與服務(wù)端的硬件連接框圖 圖5-2 多個客戶端與服務(wù)端的連接框圖 圖5-3 系統(tǒng)硬件連接示意圖第6章 軟件流程 圖6-1 系統(tǒng)客戶端程序流程圖 圖6-2 服務(wù)端程序流程圖第7章 系統(tǒng)測試方案7.1測試對象：1.系

42、統(tǒng)客戶端與服務(wù)端的數(shù)據(jù)傳輸速率.2.無線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊測試：建網(wǎng)和組網(wǎng)的速度；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蜏?zhǔn)確性；3.測試對象還包括：系統(tǒng)客戶端應(yīng)用軟件、控制中心PC機(jī)（服務(wù)端）應(yīng)用軟件、系統(tǒng)中各類傳感器、系統(tǒng)中的門禁子系統(tǒng)等。7.2測試方法：1.系統(tǒng)客戶端與服務(wù)端的數(shù)據(jù)傳輸速率測試：打開系統(tǒng)客戶端和服務(wù)端，當(dāng)兩端的連接建立好后，從服務(wù)器發(fā)送一個已知大小的文件，記錄傳輸時所用時間。通過這些數(shù)據(jù)即可簡單的估算系統(tǒng)傳輸有效數(shù)據(jù)（去除用于雙方判斷的標(biāo)識后的數(shù)據(jù)）的傳輸速率。2.無線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊測試方法：本系統(tǒng)一般在空曠處如大的實驗室，辦公室等測試，而不是在象走廊等狹窄彎道上測試。不要在有強(qiáng)烈微波干擾的環(huán)境下（

43、如 WIFI,藍(lán)牙等）測試。測試時父子節(jié)點(diǎn)間必須是視距（在20m以內(nèi)為宜）中間無遮擋物體，最好整個系統(tǒng)都放置在視距內(nèi)。Zigbee 接收模塊，再打開發(fā)射模塊，當(dāng)發(fā)射模塊上的LED燈亮?xí)r表示發(fā)射模塊與接收模塊已經(jīng)連接上，從中我們即可得知模塊建網(wǎng)和組網(wǎng)的速度，因為Zigbee時刻都在采集傳感器的狀態(tài)，并在其狀態(tài)改變時發(fā)送給服務(wù)端程序，因此我們只要改變傳感器狀態(tài)即可知道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蜏?zhǔn)確性。3.其它測試對象的測試方法：打開系統(tǒng)客戶端應(yīng)用軟件，反復(fù)設(shè)置系統(tǒng)工作狀態(tài)，看看軟件是夠工作正常、穩(wěn)定；運(yùn)行服務(wù)端應(yīng)用程序，不斷向客戶端發(fā)送控制設(shè)備的命令（這里用LED燈來模擬外部設(shè)備），查看命令是

44、否能被準(zhǔn)確的發(fā)送、接收和執(zhí)行；改變環(huán)境溫度檢查溫度傳感器是否正常工作和工作范圍；改變空氣中的煙霧濃度或靠近紅外傳感器，檢驗煙霧傳感器或紅外傳感器是否正常和系統(tǒng)反應(yīng)時間等指標(biāo)是否符合要求。服務(wù)端能否記錄id卡的相關(guān)信息和返回信息給客戶端；讓攝像頭處于工作狀態(tài)，檢查能否得到清晰的圖像。第8章 測試設(shè)備PC機(jī)（Window XP 操作系統(tǒng)）一臺、秒表一個、數(shù)字萬用表一臺、直流穩(wěn)壓電源一臺、LED燈若干（用以模擬客戶端的外部設(shè)備）、打火機(jī)(用于改變溫度）、蚊香（用于產(chǎn)生煙霧）。第9章測試結(jié)果按照上面的測試方法測得：系統(tǒng)客戶端與服務(wù)端的數(shù)據(jù)傳輸速率：1906KB/s無線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊測試：建網(wǎng)和組網(wǎng)的速度

45、2秒；網(wǎng)絡(luò)傳輸延時1sZigbee發(fā)射模塊與接收模塊的最遠(yuǎn)距離不小于15米：傳感器變化時，Zigbee發(fā)射模塊發(fā)送信息到服務(wù)端接收到信息的時間不大于1秒：記錄紅外傳感器的有效工作距離不小于7米；服務(wù)端發(fā)送控制設(shè)備到設(shè)備被啟動或關(guān)閉的延時不大于2秒 。視頻采集速率：1幀/秒服務(wù)端和客戶端程序運(yùn)行正常、穩(wěn)定。第10章結(jié)果分析從上面的測試結(jié)果我們可以看出所做的系統(tǒng)基本滿足對多媒體課室實時監(jiān)控的要求。接近2M的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率使視頻監(jiān)控看起來基本連貫，傳感器采集到的信息也能夠及時的傳送到服務(wù)端，電器設(shè)備的控制滿足實時控制要求。數(shù)據(jù)傳輸能夠基本做到準(zhǔn)確無誤，沒有設(shè)備的誤操作。Zigbee組網(wǎng)時間短，傳

46、輸速率快，能夠迅速的傳送課室的狀態(tài)到達(dá)主控端。紅外、煙感、溫度、光敏反應(yīng)靈敏，符合設(shè)計要求。第11章 實現(xiàn)功能本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對多媒體課室的安全監(jiān)控和管理。系統(tǒng)正常運(yùn)行時，攝像頭會定時抓拍圖像并通過USB傳送給客戶端，經(jīng)客戶端處理后傳輸?shù)娇刂浦行牡腜C機(jī)中。與此同時，傳感器在不停地檢測多媒體課室的環(huán)境變化。當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度過高，空氣中的煙霧超標(biāo)或者有非法入侵時，客戶端就會馬上向控制中心發(fā)出警報，并說明警報原因。系統(tǒng)中的門禁系統(tǒng)主要用于學(xué)生上課考勤和課室管理員管理課室。學(xué)生考勤信息將會存放在控制中心的數(shù)據(jù)庫中，以便學(xué)校和老師了解學(xué)生上課情況。管理員在本系統(tǒng)的幫助下可以在控制中心控制多媒體課室的各種設(shè)備，

47、避免了到每間教室巡查，從而節(jié)約了人力、物力。第12章 特色（1）、總控中心的集中管理。方便對設(shè)備宏觀的監(jiān)控還有各種 突發(fā)事件的處理，節(jié)約了管理的人力和物力。（2）自動化和遠(yuǎn)程電器設(shè)備管理，使多媒體課室管理更加輕松。（3）視屏、各類傳感器數(shù)據(jù)的采集，在監(jiān)控中心可以實時查看到各個教室的狀態(tài)。（3）、聯(lián)網(wǎng)管理及瀏覽技術(shù)。整個智能系統(tǒng)的控制界面可以非常方便集成到瀏覽器中 ，使用計算機(jī)瀏覽還有管理整個系統(tǒng) 非常方便。同時，我們的控制界面支持權(quán)限的分配和管理，大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)控制的安全性。（4）門禁考勤系統(tǒng)功能，可以記錄學(xué)生出勤率，融教學(xué)與課室管理一體。（5）Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，方便傳感器的分布。參考

48、文獻(xiàn)嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動開發(fā)詳解 華清遠(yuǎn)見嵌入式培訓(xùn)中心 人民郵電出版社 2008嵌入式設(shè)計及Linux驅(qū)動開發(fā)指南基于ARM 9處理器孫天澤等 電子工業(yè)出版社 2005Linux與嵌入式系統(tǒng) 李善平 . 等 清華大學(xué)出版社 2002傳感器原理設(shè)計與應(yīng)用（第四版） 劉迎春等 國防科技大學(xué)出版社 2004數(shù)據(jù)庫Access2003應(yīng)用教程 盧湘鴻等 人民郵電出版社 200724小時學(xué)通Qt編程 Daniel Solin 著 袁鵬飛 譯 人民郵電出版社 2000年嵌入式開發(fā)詳解 魏忠，蔡勇，雷紅衛(wèi) 電子工業(yè)出版社 2003深入分析Linux內(nèi)核源代碼 陳莉君 人民郵電出版社 2002ARM嵌入

49、式處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用基礎(chǔ) 馬忠梅 北京航空航天大學(xué)出版社 200210 Visual Basic 6.0 程序設(shè)計教程 第2版張鈞良 東南大學(xué)出版社 200411Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)與無線定位實戰(zhàn)李文仲 段朝玉等 北京航空航天大學(xué)出版社 200812ZigBee網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用開發(fā)呂治安北京航空航天大學(xué)出版社，2008 13 Linux網(wǎng)絡(luò)編程 林宇 郭凌云 人民郵電出版社，2000附錄一BMP文件格式BMP(Bitmap-File)圖形文件是一種與硬件設(shè)備無關(guān)圖形文件格式，使用非常廣泛。它采用位映射存儲格式。BMP文件存儲數(shù)據(jù)時，圖像的掃描方式是按從左到右、從下到上的順序。文件頭的數(shù)據(jù)格式為：T

50、ype BITMAPFILEHEADERbfType As Integer 文件類型字段bfSize As integer 文件大小bfReserved1 As Integer 保留字段1bfReserved2 As integer 保留字段2bfOffBits As Long 圖像數(shù)據(jù)與文件頭的偏移值（一般為54）End Type 文件信息頭的數(shù)據(jù)格式：Type BITMAPINFOHEADERbiSize As Long文件信息頭的長度biWidth As Long位圖的寬度biHeight As Long位圖的高度biplanes As Integer平面的數(shù)目biBitCOunt As

51、 Integer每個像素所占位數(shù)biCompression As Long是否壓縮biSizeImage As Long圖像大小biXPelsPerMeter As Long未使用biYPelsPerMeter As Long未使用biClrUsed As Long位圖使用的顏色數(shù)biClrImportant As Long重要的顏色數(shù)End Type彩色表數(shù)據(jù)格式：Type PALETTEENTRY peRed As Byte 紅色分量的值peGreen As Byte 綠色分量的值peBlue As Byte 藍(lán)色分量的值peFlags As Byte 字母通道End Type注：當(dāng)圖片顏

52、色為24位或32位時，BMP的文件格式中不再需要彩色表。附錄二、ZigBee協(xié)議概述4.1 設(shè)備類型 IEEE802.15.4定義了兩種設(shè)備類型。如表2.1中給出了定義的設(shè)備類型，表2.2中出了ZIGBEE協(xié)議中的三種設(shè)備類型，以及他們與IEEE設(shè)備類型的關(guān)系。4.2協(xié)議模型ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)作為一種新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議其模型與標(biāo)準(zhǔn)0SI參考模型的對應(yīng)關(guān)系如圖所示。ZigBee協(xié)議各層間相對獨(dú)立，每層除了負(fù)責(zé)本層功能外，還需提供處理上下層傳送來的數(shù)據(jù)包或命令包。各層間具體關(guān)系如圖2-2所示。ZigBee協(xié)議由物理層(PHY)、介質(zhì)訪問控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)，應(yīng)用層(APL)及安全服務(wù)提供層(SSP)五塊內(nèi)容組成。其中PHY層和MAC層標(biāo)準(zhǔn)由IEEE給出的802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義;MAC層之上的NWK層，APL層及SSP層，由ZigBee