基于嵌入式的温室大棚远程视频监控系统设计与实现_孙启昌.pdf

第2 3卷第2期 2 0 2 4年6月 杨凌职业技术学院学报 J o u r n a l o f Y a n g l i n g V o c a t i o n a l 陕西省教育厅一般专项科学研究计划项目 2 3 J K 0 7 4 3 作者简介 孙启昌 1 9 9 0 男 陕西西安人 工程师 硕士 研究方向为信息化建设与管理 信息通信 计算机应用技术 D O I 1 0 1 9 8 5 9 j c n k i c n 6 1 1 4 0 3 G 4 2 0 2 4 0 2 0 0 3 基于嵌入式的温室大棚远程视频监控系统设计与实现 孙启昌1 王婉星2 1 杨凌职业技术学院 陕西杨凌7 1 2 1 0 0 2 陕西工业职业技术学院 陕西咸阳7 1 2 0 0 0 摘 要 针对农业大棚环境复杂等问题 开发基于嵌入式的温室大棚远程视频监控系统 系统以H i 3 5 1 9 A V 1 0 0处 理器为核心 利用红外摄像头 V 4 L 2技术 视频压缩技术采集温室大棚视频信息 通过5 G无线网络 s o c k e t网络编 程将视频信息发送至数据库服务器及A n d r o i d手机端 经测试验证系统满足温室大棚远程实时监控要求 关键词 处理器 V 4 L 2技术 5 G s o c k e t 中图分类号 T N 9 1 9 8 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 9 1 3 1 2 0 2 4 0 2 0 0 1 3 0 4 DesignandImplementationofRemoteVideoMonitoringSystemof GreenhouseBasedonEmbeddedSystem SUNQi chang1 WANGWan xing2 1 Y a n g l i n g V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e Y a n g l i n g S h a a n x i 7 1 2 1 0 0 C h i n a 2 S h a a n x i P o l y t e c h n i c I n s t i t u t e X i a n y a n g S h a a n x i 7 1 2 0 0 0 C h i n a Abstract I n v i e w o f t h e c o m p l e x e n v i r o n m e n t o f a g r i c u l t u r a l g r e e n h o u s e s t h e r e m o t e v i d e o m o n i t o r i n g s y s t e m o f g r e e n h o u s e b a s e d o n e m b e d d e d s y s t e m w a s d e v e l o p e d B a s e d o n t h e H i 3 5 1 9 A V 1 0 0 p r o c e s s o r t h i s s y s t e m u s e s i n f r a r e d c a m e r a V 4 L 2 t e c h n o l o g y a n d v i d e o c o m p r e s s i o n t e c h n o l o g y t o c o l l e c t g r e e n h o u s e v i d e o i n f o r m a t i o n T h r o u g h 5 G w i r e l e s s n e t w o r k a n d s o c k e t n e t w o r k p r o g r a m m i n g t h e v i d e o i n f o r m a t i o n i s s e n t t o t h e d a t a b a s e s e r v e r a n d A n d r o i d p h o n e t e r m i n a l T h i s s y s t e m h a s b e e n t e s t e d a n d v e r i f i e d w h i c h c a n m e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f r e m o t e r e a l t i m e m o n i t o r i n g o f t h e g r e e n h o u s e Keywords p r o c e s s o r V 4 L 2 t e c h n o l o g y 5 G s o c k e t 0 引 言 近些年 视频监控被应用到家庭 商场 学校等 场所 并取得较好的效果 但在农业领域很少应用 主要原因在于农业领域环境复杂 场所布线繁琐 系 统无法供电 视频远程实时无线传输难度大 随着 信息技术及电子技术的发展 为实现温室大棚视频 远程实时监控成为可能 1 利用嵌入式技术 视频采 集与压缩技术 5 G无线通信技术 服务器技术 A P P 开发技术 设计基于嵌入式的温室大棚远程视频监 控系统 1 系统总体设计 基于嵌入式的温室大棚远程视频监控系统由视 频监控终端 数据库服务器端和A n d r o i d手机端三部 分组成 视频监控终端利用嵌入式技术 视频采集技 术 5 G无线通信技术 实现视频信息的采集 远程无 线传输 数据库服务器端实现视频信息的储存 以备 留存查看 A n d r o i d手机端实现视频信息的远程实时 接收及视频监控终端的控制 系统框架如图1所示 2 硬件设计 硬件以华为海思H i 3 5 1 9 A V 1 0 0处理器为核 心 处理器支持H 2 6 5 H 2 6 4编解码 可实现4 K 级的实时视频全景拼接 2 外置U S B红外摄像头 蓄电池 太阳能电池板 1 0 1寸L V D S电容屏 5 G 无线网卡 系统硬件框图如图2所示 2 1 华为海思H i3519A V100处理器 处理器采用8层P C B沉金工艺 支持多达5路 S E N S O R串行输入 最大输入分辨率7 6 8 0 4 3 2 0 支持H 2 6 5 H 2 6 4编解码 编码和解码性达4 K 2 K 6 0 f p s和1 0 8 0 p 2 4 0 f p s 4 K R A W影视级别 数据输出 内置e M M C N A N D F L A S H两种存储介 质 具有较强通用性与易用性 3 2 2 红外摄像头 红外摄像头采用U S B 2 0接口海康威视8 0 0万 高清摄像头 支持2 K超清视频 分辨率为2 5 6 0 1 4 4 0 支持A n d r o i d W i n d o w s L i n u x操作系统 4 图1 系统框架 图2 系统硬件框图 2 3 5G无线网卡 5 G无线网卡采用华为E 6 8 7 8 8 7 0的U S B接 口 理论下载速率1 6 5 G b p s 是4 G网络的1 0倍 兼容W i n d o w s l i n u x i o s操作系统 支持N S A和 S A网络 5 2 4 太阳能蓄电池 采用1 0 0 0 W光伏板6 0 0 A H电池输出3 0 0 0 W 电池类型为锂电池 内置变压器 负载功率 2 5 W 5 W 3 0 W 5 0 W 6 0 W 1 5 0 W 满足系统供 电需求 6 3 软件设计 视频监控终端采用L i n u x操作系统 该系统具 有开源 可裁剪 支持多平台的特点 数据库服务器 采用W i n d o w s操作系统 手机采用A n d r o i d操作系 统 软件开发采用Q t C r e a t o r Q t C r e a t o r具有跨 平台应用程序开发特点 支持L i n u x操作系统 W i n d o w s操作系统 A n d r o i d操作系统等平台 能够 满足系统设计需求 3 1 视频监控终端软件设计 视频监控终端采用L i n u x操作系统系列中的 u b u n t u 1 8 0 4内核 支持5 G网络 H 2 6 5和H 2 6 4 编解码 通过系统裁剪 交叉编译后 将Q t C r e a t o r 软件 u b u n t u 1 8 0 4系统移植到H i 3 5 1 9 A V 1 0 0处理 器电路板中 完成视频监控终端软件环境搭建 3 1 1 视频采集设计 视频采集利用V i d e o 4 l i n u x 2 简称V 4 L 2 技术 该技术提供访问视频设备 的方式 能够读写视频信息 系统的视频采集通过 以下五种方式实现 1 使用V 4 L 2文件中的o p e n 函数打开摄像头设备 初始化设备参数 调用V 4 L 2 文件中的接口信息 设置视频采集格式 高度 宽度 及显示窗口 2 通过V I D I O C R E Q B U F S标志符 申请若干个视频采集缓冲区 使用m m a p函数将申 请的缓冲区从内核空间映射到终端用户空间进行处 理 以便用户读取或处理相关视频信息 3 将申请 的缓冲区全部放入视频采集输出队列 开始视频信 息采集 4 应用程序从视频采集队列中取出含有视 频信息的缓冲区 并进行处理 再将缓冲区内重新输 入视频信息 依次往复循环采集视频信息 5 关闭 视频采集 视频采集流程如图3所示 3 1 2 视频压缩 为了使系统采集的视频能够流 畅的在5 G网络中传输 采用H 2 6 4技术将采集的 视频数据进行压缩处理 H 2 6 4技术主要分为两部 分 1 将采集的视频信息进行压缩编码 2 进行打 包传输 系统采用的华为海思H i 3 5 1 9 A V 1 0 0处理 器支持H 2 6 4编解码 通过官网下载H 2 6 4视频 库 将视频库交叉编译后 移植到视频监控终端 实 现视频信息压缩 41杨凌职业技术学院学报 第2 3卷 图3 视频采集流程 3 1 3 视频无线传输设计 视频无线传输 需要通 过运行商申请公网I P地址 将视频监控终端本地 I P地址转换成公网I P地址 视频采集压缩后 通 过5 G无线网络实时发送至数据库服务器端和A n d r o i d手机端 视频无线传输采用s o c k e t套接字 为了保障视频传输效率高 延迟小 系统使用面向无 连接的U D P协议完成视频传输 视频监控终端首 先初始化设备 建设s o c k e t套接字 通过b i n d函数 绑定公网I P地址 连接到公网 利用s e n d函数发送 视频 视频监控终端无线传输软件设计如图4所示 3 2 数据库服务器端视频无线传输设计 数据库服务器部署在W i n d o w s系统中 视频存 储在相对应目录下 数据库服务器首先初始化 建 立s o c k e t 绑定公网I P地址 监听视频采集终端 通 过c o n n e c t函数接收视频采集终端的连接 使用a c c e p t函数接收视频并进行本地存储 利用s e n d函数 发送视频 数据库服务器端视频无线传输软件设计 如图5所示 图4 视频监控终端无线传输软件设计 51第2期 孙启昌 等 基于嵌入式的温室大棚远程视频监控系统设计与实现 图5 数据库服务器端视频无线传输软件设计 3 3 A n d r o i d手机端视频无线传输设计 A n d r o i d手机端A P P开发采用Q t C r e a t o r Q t C r e a t o r可以生成A P P 首先初始化 建立s o c k e t 绑定公网I P 监听视频采集终端 使用c o n n e c t函数 接收视频采集终端的连接 利用a c c e p t函数接收视 频 通过r e a d函数显示视频信息 A n d r o i d手机客 户端视频无线传输软件设计如图6所示 图6 A n d r o i d手机客户端视频无线传输软件设计 4 系统测试与验证 系统验证选择在郊区的温室大棚 手机选择市面 上流行的A n d r o i d智能手机 5 G网络选择电信运营 商 系统验证 第一步 启动视频监控端 数据库服务 器端和A n d r o i d手机客户端 初始化设备 三个终端 分别输入公网I P地址 设备网络连接成功 第二步 视频监控终端点击C A M 摄像头开始采集视频 第三 步 A n d r o i d手机客户端查看视频信息 经测试与验 证 系统能够满足大棚监控需求 视频监控端如图7 所示 A n d r o i d手机客户端接收视频如图8所示 图7 视频监控终端 图8 A n d r o i d手机客户端 5 结 语 基于嵌入式的温室大棚远程视频监控系统分为 视频监控终端 数据库服务器端和A n d r o i d手机端 三大部分 视频监控终端通过H i 3 5 1 9 A V 1 0 0处理 器实现各类设备数据的控制与处理 红外摄像头采 集大棚内的视频信息 视频经压缩处理后 通过5 G 无线网络发送至数据库服务器端和A n d r o i d手机 下转第5 5页 61杨凌职业技术学院学报 第2 3卷 技术学院 浙江同济科技职业学院等学生管理人员 相继投稿发文 在学生管理领域引起较好反响 4 创新与讨论 4 1 创新之处 在高职层次名班主任工作室探索阶段 本研究 从理论研究和实践探索方面开展了工作 1 理论研究方面 分析了高职名班主任工作室 的班主任职业发展逻辑 学校人才培养逻辑和专业 师资团队逻辑 提出了 两助力四结合 的建设模式 以水利工程专业为例研制了 高职名班主任工作室 建设标准 为高职层次名班主任工作室建设提供了 理论借鉴 2 实践探索方面 围绕立德树人根本任务 制定 了名班主任工作室研讨 交流工作制度 通过微信公 众号等网络交流平台促进班主任工作能力提升 班主 任通过心得交流提升了带班能力 学生通过风采展示 提升了荣誉感 最终拉近了和班主任的距离 4 2 讨论分析 在当前职业教育大发展的阶段 高职名班主任 工作室在提升学生管理效率 提升人才培养质量等 方面是十分必要的 本研究以杨凌职业技术学院水 利工程名班主任工作室为例 开展了理论研究和实 践探索 构成了专业人才培养体系的重要组成部分 取得了有框架 有体系的阶段性成果 近3年 随着 班主任工作能力的提升 水利工程专业学生素质不 断提高 学生在各类大赛 创新创业活动等方面取得 了较好的成绩 毕业生的口碑反哺了招生就业工 作 连续3年学生报考率突破1 5 0 学生就业率稳 定在9 6 以上 名班主任工作室在高职层次的发展毕竟尚在起 步阶段 研究工作还有许多空白 如工作室工作评价 体系尚不成熟 校际间名班主任工作室交流平台 如 名班主任工作室建设联盟等组织 尚未搭建等 相关 内容待今后继续研究 参考文献 1 傅桂花 推进学校班主任工作室建设的策略和实践探 索 J 思想理论教育 2 0 1 3 2 2 4 6 5 0 2 唐云增 探索名班主任发展的科学逻辑 J 河南教育 2 0 1 3 4 2 4 2 5 3 李双 基于提质培优的高职院校名班主任工作室运行 模式研究 J 济南职业学院学报 2 0 2 2 0 1 2 3 2 7 4 麦颖文 名班主任工作室文化建设策略研究 J 教育 管理 2 0 2 2 1 1 2 5 1 2 6 5 阳海华 名班主任工作室助力青年教师专业成长 J 河南教育 职成教 2 0 2 0 0 1 2 3 2 6 6 张燕 孙华君 依托名班主任工作室提升班主任的专 业素养 J 河北教育 综合版 2 0 2 1 6 3 8 3 9 7 计国红 项娟 以名班主任工作室为载体 探寻班主任 有效研修的策略 以 合肥市项娟名班主任工作室 的工作开展为例 J 安徽教育科研 2 0 2 1 4 4 5 8 任敏 肖娟 中等职业技术学校名班主任工作室模式 下的班主任培养路径探究 J 佳木斯职业学院学报 2 0 2 1 3 7 0 1 1 3 0 1 3 1 9 任平 张亭亭 关于中职名班主任工作室功能的再思 考 J 韶关学院学报 2 0 2 0 4 1 0 8 9 6 9 9 1 0 李兵 高职院校名班主任工作室研究与探索 J 职 业技术教育 2 0 2 2 4 3 0 5 3 6 3 9 上接第1 6页 端 数据库服务器端将接收的视频信息进行储存 A n d r o i d手机客户端实时查看视频信息 系统经测 试验证 满足温室大棚远程监控要求 参考文献 1 刘引涛 基于Q T平台的红外传感器监测农业大棚的设计 与实现 J 甘肃科学学报 2 0 1 9 3 1 0 1 1 1 9 1 2 3 2 孙启昌 基于A R M与5 G通信网络汽车监控系统的设计 与实现 J 自动化与仪器仪表 2 0 2 1 1 0 9 3 9 6 1 0 0 3 皮志松 韩磊 基于海思平台的音视频采集和编码的 实现 J 电视技术 2 0 2 0 4 4 0 9 2 1 2 3 4 范秀鹏 基于嵌入式的全景双摄监控系统研究 D 天 津 天津科技大学 2 0 2 0 5 龚琴 基于物联网的温室大棚智能监控系统在农业中 的应用 J 电脑与信息技术 2 0 2 2 3 0 0 1 5 3 5 6 6 赵尚飞 陈立万 符译丹 等 温室大棚花卉智能监控系 统设计 J 农业工程技术 2 0 2 1 4 1 2 8 5 0 5 3 55第2期 韩红亮 等 提质培优 背景下高职名班主任工作室 价值 策略与探索