基于嵌入式WinCE5.0的無(wú)線(xiàn)監控系統

摘要：以ARM9微處理器作為核心板的控制器，搭建無(wú)線(xiàn)視頻監控系統硬件平臺，擴展基于OV9650芯片的攝像頭接口和GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸模塊的串口接口。利用Platform Builder5．O定制了合適的WinCE5．O的操作系統平臺，開(kāi)發(fā)了OV9650芯片和GPRS傳輸模塊的串口驅動(dòng)，設計了PC機端的監控系統的軟件，研究開(kāi)源的XVID MPEG一4視頻編解碼軟件以及GPRS傳輸流程。通過(guò)有機結合事件編程和消息機制編程，調用底層VFW接口中的WIN32 API函數實(shí)現了監控軟件的編譯。該監控系統具有實(shí)時(shí)抓拍、定時(shí)監控、錄像、安裝方便等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：視頻監控；嵌入式系統；WinCE5.0；ARM9；GPRS

0 引 言
傳統的視頻監控系統主要以模擬信號監控系統和基于插卡的數字監控系統為主。其中模擬信號監控系統布線(xiàn)工程量大，要耗費大量的存儲介質(zhì)，查詢(xún)取證也十分繁瑣；基于插卡的數字監控系統是由1臺PC機加圖像采集卡完成的，系統的成本高，而且PC機需要有人值守，無(wú)法在惡劣環(huán)境下使用。在視頻監控領(lǐng)域中，如何使信息傳輸得更快，更穩定，距離更遠，系統的成本、體積、功耗更低等問(wèn)題是擺在當前技術(shù)研發(fā)人員面前的首要問(wèn)題。
在此提出一種基于嵌入式Windows CE5．O的無(wú)線(xiàn)視頻監控系統。解決了傳統視頻監控系統成本高、體積大、傳輸距離有限、功耗大、安裝不方便等問(wèn)題。該系統的設計將為無(wú)線(xiàn)視頻監控提供一種新的思路、方法和技術(shù)路線(xiàn)；在安防、遠程教育、遠程視頻會(huì )議、醫療系統等無(wú)線(xiàn)視頻領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

l 系統的整體硬件框圖介紹
基于嵌入式WinCE5．0的無(wú)線(xiàn)監控系統的硬件系統主要由嵌入式終端和服務(wù)器端的PC機組成。嵌入式終端平臺的微處理器選擇的是基于A(yíng)RM9T20內核的S3C2440，S3C2440有豐富的接口，其中攝像頭接口與CMOS的攝像頭相連，串口與GPRS發(fā)射模塊相連；服務(wù)器端主要是1臺PC機和GPRS接收模塊。整個(gè)框圖如1所示。

系統首先通過(guò)S3C2440微處理器控制CMOS攝像頭采集圖像數據，經(jīng)過(guò)壓縮編碼后，再通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊將壓縮后的數據發(fā)射出去，在服務(wù)器端的PC機通過(guò)GPRS接收模塊接收數據，并通過(guò)相應的應用程序，對視頻數據進(jìn)行解碼，并通過(guò)屏幕顯示出來(lái)。其中包含有S3C2440微處理器的嵌入式終端平臺的核心控制板如圖2所示。

2 系統的擴展接口設計
2．1 攝像頭接口設計
攝像頭中用的圖像采集芯片為OV9650圖像傳感器，該圖像傳感器具有10位的數據接口和標準的SCCB接口，采用CSP一28封裝，體積小。
該芯片支持RGB(4：2：2)，YUV(4：2：2)，YCrCb(4：2：2)三種數據輸出格式，內置138個(gè)設備控制寄存器，地址分別從Ox00～Ox8A，通過(guò)SCCB接口可以方便地設置傳感器視窗大小、增益、白平衡校正、曝光控制、飽和度、色調等參數。包含有圖像傳感器OV9650攝像頭模塊如圖3所示。
S3C2440有一個(gè)專(zhuān)用的攝像頭接口，CPU可以直接和CMOS圖像傳感器連接，當0V9650輸出數據格式為8位的YUV時(shí)，要用到數據線(xiàn)D2～D9(D9為MSB位，D2為L(cháng)SB位)；當輸出的數據格式為10位RGB，用數據線(xiàn)D0～D9(D9為MSB位，D0為L(cháng)SB位)，該系統用YUV格式。該攝像頭模塊與S3C2440的Camera接口連接，其電路圖分別如圖4～圖6所示。

其中用到了TI公司的電平轉換芯片74LVC4245，是一種雙電源的電平移位器，電平移位在其內部進(jìn)行。5 V端用5 V電源作為VDD_CAM，而3．3 V端則用3．3 V作為VCC33。雙電源能保證兩邊端口的輸出擺幅都能達到滿(mǎn)電源幅值。
2．2 GPRS模塊的接口設計
S3C2440有3個(gè)UART通道，利用其中一個(gè)通道設計串口，使其與GPRS模塊連接，由于S3C2440自帶的UART控制器，使得硬件開(kāi)發(fā)和軟件設計都比較簡(jiǎn)單。但RS 232標準所定義的高、低電平信號，與一般的微控制器系統的電路所定義的高、低電平信號完全不同，如S3C2440系統的標準邏輯“1”對應電平2～3 V，標準邏輯“O”對應0～4 V電平。顯然，與RS 232標準所述的電平信號完全不同。兩者之間要進(jìn)行通信，必須經(jīng)過(guò)信號電平的轉換，目前常使用的電平轉換芯片有MAX232，MAX3221和MAX324．3，具體設計電路如圖7和圖8所示。

3 操作系統平臺的定制
Windows CE是高度模塊化的嵌入式操作系統，正因為如此，用戶(hù)為了滿(mǎn)足特定的要求而對操作系統進(jìn)行定制，如果為自己的嵌入式設備定制Windows CE操作系統，則須進(jìn)行創(chuàng )建、構建、運行和發(fā)布OS等一系列操作。在無(wú)線(xiàn)視頻監控系統中，根據功能要求，利用Platform Builder5．0定制系統的流程如下：
(1)導入BSP開(kāi)發(fā)包。由于用的是三星公司的基于A(yíng)RM920T核的S3C2440，所以在BSP包中找到SMDK2440文件下的SMDK2440．CEC文件將其導入。打開(kāi)“Platform Builder5．0”，選擇“File”菜單下的 “Manage Catalog Features”，如圖9所示。在彈出的對 話(huà)框中單擊“Import”，瀏覽到SMDK2440文件下的 smdk2440．cec文件，將其導入。

(2)創(chuàng )建項目。根據WinCE無(wú)線(xiàn)監控系統的要求，在定制系統的過(guò)程中選擇合適的組件來(lái)實(shí)現。其中包括的組件有：支持應用程序開(kāi)發(fā)的MFC組件和支持網(wǎng)絡(luò )的相關(guān)組件等。
(3)編譯項目：點(diǎn)擊菜單“Build OS”→“Sysgen”開(kāi)始編譯項目。
(4)下載運行時(shí)映像，調試成功后啟動(dòng)。編譯成功后會(huì )在目WinCES00PBWorkspacestestlRelDirsmdk2 440_ARMV4I_Release下生成nk．bin和nk．nb0等文件，將nk．nb0下載到硬件平臺上運行。

4 驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)
4．1 攝像頭驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)
攝像頭驅動(dòng)開(kāi)發(fā)是設計中的一個(gè)難點(diǎn)，也是一個(gè)關(guān)鍵部分。由于攝像頭采集的視頻數據可以當作數據流來(lái)處理，所以對于攝像頭的驅動(dòng)將采用流式接口的方法來(lái)開(kāi)發(fā)。
(1)在Platform Builder中打開(kāi)前面定制的操作系統工程，然后在新建一個(gè)WIN32 DLL項目，添加2個(gè)C++的源文件，即：camera．cpp和IIc．cpp，其中camer—a．cpp包含驅動(dòng)的入口函數DLLMain()；驅動(dòng)的前綴為“CIS”，IIc．cpp包含通過(guò)ICC接口對攝像頭相關(guān)寄存器進(jìn)行配置的函數。
(2)根據前面的硬件電路和OV9650芯片的工作時(shí)序，通過(guò)編寫(xiě)流接口的CIS_Init函數實(shí)現OV9650初始化。主要包括以下3步：調用InterruptInitialize(SYSINTR_CAM，CameraEvent，NULL，0)函數通知系統注冊中斷；調用CreateEvent()函數創(chuàng )建一個(gè)CameraEvent事件；調用CreateThread()函數創(chuàng )建CameraThread線(xiàn)程。在Camera Capture Thread服務(wù)函數中調用WaitForSingleObject(CameraEvent，Dis—play Time)函數等待Camera Event事件的發(fā)生。此事件由與其關(guān)聯(lián)的SYSINTR_CAM中斷來(lái)觸發(fā)。此外還有其它流接口函數(CIS_IOControl等)也可以以類(lèi)似的方法實(shí)現。
(3)編寫(xiě)DLL的導出函數定義文件．DEF。．DEF文件定義了DLL的導出函數類(lèi)表。．DEF文件可以就用一般的記事本編輯，保存時(shí)后綴名改為．DEF即可，關(guān)于本攝像頭驅動(dòng)的．DEF文件內容如下：