基于V4L2和MQTT的智能监控(异常报警)摄像头1.V4L2摄像头数据采集在《V4L2摄像头数据采集》代码的基础上增

1.V4L2摄像头数据采集

在《V4L2摄像头数据采集》代码的基础上增加一些有关MQTT的代码。

2.异常检测MQTT报警和上传

3.1 强光弱光异常报警

3.2 晃动异常报警

3.2 定时拍照上传

3.1 人脸检测报警（该方法可以拍照，但采集的是原始帧数据（如YUYV） ，不能直接送入人脸检测算法）

3. 硬件框架图

4. 软件模块图

6. 编译运行

6.1 编译

本地编译：gcc video_test.c detection.c mqtt.c -o video_test -lpaho-mqtt3c -lpthread

交叉编译： arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc video_test.c detection.c mqtt.c -o video_test -lpaho-mqtt3c -lpthread

加上opencv代码的交叉编译：

arm-buildroot-linux-gnueabihf-g++ video_test.c detection.cpp mqtt.c -o video_test \
-I/home/book/opencv-arm-install/include/opencv4 \
-L/home/book/opencv-arm-install/lib \
-lopencv_core -lopencv_imgproc -lopencv_imgcodecs -lopencv_objdetect \
-lopencv_dnn -lopencv_calib3d -lopencv_features2d -lopencv_flann \
-lpaho-mqtt3c -lpthread

6.2 Makefire

# ========== Makefile ==========
# 项目名称
TARGET = video_test

# 交叉编译工具链前缀
CXX = arm-buildroot-linux-gnueabihf-g++
CC  = arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc

# OpenCV 安装路径（交叉编译好的）
OPENCV_DIR = /home/book/opencv-arm-install

# 头文件和库路径
CFLAGS  = -I$(OPENCV_DIR)/include/opencv4
LDFLAGS = -L$(OPENCV_DIR)/lib

# 源文件和对象文件
C_SRCS  = video_test.c mqtt.c
CPP_SRCS = detection.cpp
OBJS = $(C_SRCS:.c=.o) $(CPP_SRCS:.cpp=.o)

# 链接的库（OpenCV + MQTT + pthread）
LDLIBS = -lopencv_core -lopencv_imgproc -lopencv_imgcodecs -lopencv_objdetect -lpaho-mqtt3c -lpthread

# 默认目标
all: $(TARGET)

# 链接目标
$(TARGET): $(OBJS)
	$(CXX) $^ -o $@ $(LDFLAGS) $(LDLIBS)

# 编译 C 文件
%.o: %.c
	$(CC) -c $< -o $@ $(CFLAGS)

# 编译 C++ 文件
%.o: %.cpp
	$(CXX) -c $< -o $@ $(CFLAGS)

# 清理
clean:
	rm -f $(TARGET) *.o

# 伪目标
.PHONY: all clean

7. 编译错误与解决方案

7.1 本地编译出错：fatal error: MQTTClient.h: No such file or directory

# 安装编译工具和依赖
sudo apt update
sudo apt install -y cmake gcc build-essential libssl-dev

# 下载 Paho MQTT C 库源码
wget https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c/archive/refs/tags/v1.3.12.tar.gz
tar -xzf v1.3.12.tar.gz
cd paho.mqtt.c-1.3.12

# 编译安装
mkdir build
cd build
cmake -DPAHO_WITH_SSL=OFF ..  # 禁用 SSL 简化依赖
make
sudo make install
sudo ldconfig  # 更新动态库缓存

这是手动安装到系统目录，适合长期开发。以后可以把这头文件和库文件复制到工程目录下就可以了。

ls /usr/local/include/MQTTClient.h  # 确认头文件存在
ls /usr/local/lib/libpaho-mqtt3c*   # 确认库文件存在

交叉编译时，不能直接引用主机的 /usr/local/include 和 /usr/local/lib，因为这些路径下的库是为当前主机架构（如 x86_64）编译的，无法在 ARM 平台上运行。必须使用交叉编译工具链的 sysroot 路径。见5.5所示

7.2 error: unknown type name ‘uint8_t’; did you mean ‘u_int8_t

#include <sys/types.h>  // 包含 u_int8_t 的定义
typedef u_int8_t uint8_t;  // 手动定义别名

7.3 error: ‘EXIT_FAILURE’ undeclared (first use in this function); did you mean ‘_IO_FILE’?

包含标准库头文件 stdlib.h

这个头文件定义了 EXIT_FAILURE 和 EXIT_SUCCESS 宏，用于表示程序的退出状态码。

7.4 警告

7.5 交叉编译时出现 `MQTTClient.h` 未找到的错误

方法一：交叉编译并安装 Paho MQTT C 库（重点）

在 Ubuntu 上交叉编译 Paho MQTT C 库

# 进入工具链目录
cd /home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/

# 设置环境变量
export TOOLCHAIN_PATH=$(pwd)/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot
export SYSROOT=$TOOLCHAIN_PATH/arm-buildroot-linux-gnueabihf/sysroot

# 下载并解压源码
wget https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c/archive/refs/tags/v1.3.12.tar.gz
tar -xzf v1.3.12.tar.gz
cd paho.mqtt.c-1.3.12

# 配置交叉编译
mkdir build
cd build
cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=$SYSROOT/usr -DCMAKE_SYSROOT=$SYSROOT -DPAHO_WITH_SSL=OFF -DCMAKE_C_COMPILER=$TOOLCHAIN_PATH/bin/arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc ..

# 编译并安装
make
sudo make install

验证安装结果

# 检查头文件
ls $SYSROOT/usr/include/MQTTClient.h

# 检查库文件
ls $SYSROOT/usr/lib/libpaho-mqtt3c.so

# 验证库文件架构
file $SYSROOT/usr/lib/libpaho-mqtt3c.so

方法二：手动指定路径（错误）

如果 Paho MQTT 库未安装到工具链的 sysroot，可以直接指定本地路径：

这种情况必须是交叉编译得到的库文件和头文件才可以，本地编译不可以。

arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc \
  video_test.c detection.c mqtt.c \
  -o video_test \
  -I/usr/local/include \        # 手动指定头文件路径
  -L/usr/local/lib \  # 手动指定库文件路径
  -lpaho-mqtt3c \
  -lpthread

方法三：复制库文件和头文件到工程目录

这种情况也必须是交叉编译得到的库文件和头文件才可以，本地编译不可以。

7.6 OpenCV交叉编译和运行

如果编译成功，但是运行时出现找不到文件：./video_test: error while loading shared libraries: libopencv_core.so.412: cannot open shared object file: No such file or directory。

方法一：运行前设置环境变量（推荐）

export LD_LIBRARY_PATH=./lib:$/home/book/opencv-arm-install/lib
./video_test /dev/video1

临时告诉系统：“把当前目录下的 ./lib 目录作为库查找路径

方法二：在编译时设置 rpath（推荐做法）

你可以在编译时加上：-Wl,-rpath=./lib

arm-buildroot-linux-gnueabihf-g++ video_test.c detection.c mqtt.c -o video_test \
    -I/home/book/opencv-arm-install/include \
    -L./lib -Wl,-rpath=./lib \
    -lopencv_core -lopencv_imgcodecs -lopencv_imgproc -lpaho-mqtt3c -lpthread

8. 运行错误与解决方法

error while loading shared libraries: libpaho-mqtt3c.so.1: cannot open shared object file: No such file or directory

错误的原因是：交叉编译生成的程序依赖动态库 libpaho-mqtt3c.so.1，但该库未正确部署到 ARM 开发板的文件系统中。

解决方法：

使用 scp 或 adb 将库文件传输到开发板的 /usr/lib 目录：

scp /home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/arm-buildroot-linux-gnueabihf/sysroot/usr/lib/libpaho-mqtt3c.so* root@192.168.5.9:/usr/lib/

在开发板更新动态库缓存

# 在开发板执行
ldconfig

——————————

出现 ldconfig 警告的原因有两个：

/etc/ld.so.conf 文件缺失：系统缺少动态库配置文件。
libpaho-mqtt3c.so.1 不是符号链接：动态库的版本管理符号链接未正确创建。

1. 修复 /etc/ld.so.conf 缺失问题

echo "/usr/lib" > /etc/ld.so.conf
cat /etc/ld.so.conf

2. 修复符号链接问题

# 进入开发板的库目录
cd /usr/lib

# 创建版本符号链接
ln -sf libpaho-mqtt3c.so.1.3.12 libpaho-mqtt3c.so.1

# 创建通用符号链接
ln -sf libpaho-mqtt3c.so.1 libpaho-mqtt3c.so

#验证符号连接
ls -l /usr/lib/libpaho-mqtt3c.so*

错误 1：找不到分类器 XML 文件

查找XML文件：

find /home/book/opencv/ -name haarcascade_frontalface_default.xml

文件路径： /home/book/opencv/data/haarcascades/haarcascade_frontalface_default.xml
拷贝到目标板（如 NFS 根目录）：

cp /home/book/opencv/data/haarcascades/haarcascade_frontalface_default.xml ~/nfs_rootfs/haarcascade/

修改代码中 XML 的路径： face_cascade.load("/mnt/haarcascade/haarcascade_frontalface_default.xml");

错误 2：内存分配失败（严重）

video_test: page allocation failure: order:0, mode:0x2080020(GFP_ATOMIC)

原因：

这是内核分配内存失败的错误，可能是因为你的程序占用了过多内存（OpenCV + 图像缓冲 + objdetect）超出了 i.MX6ULL 板子的内存限制（通常 256MB）。

9. PC端连接

ARM开发板：作为MQTT客户端（Publisher），检测异常后发布消息。
PC端：作为MQTT代理（Broker）和客户端（Subscriber）。
- Mosquitto：作为MQTT代理服务器（Broker），负责消息中转。
- MQTTX：作为MQTT客户端工具，用于订阅报警主题并接收消息。

9.1 PC端使用Ubuntu启动Mosquitto Broker—服务器（Broker）

Ubuntu上安装并配置 Mosquitto Broker

Ubuntu的IP地址和开发板不在同一子网，所以不能连接，但是window可以通过公网和Ubuntu的IP地址连接。

sudo apt-get update
sudo apt-get install mosquitto mosquitto-clients

sudo mkdir -p /etc/mosquitto
sudo touch /etc/mosquitto/mosquitto.conf
echo -e "listener 1883 0.0.0.0\nallow_anonymous true" | sudo tee /etc/mosquitto/mosquitto.conf

find / -name "mosquitto.conf" 2>/dev/null

# 启动Broker临时测试
mosquitto -c /etc/mosquitto/mosquitto.conf -d

# 重启broker
sudo systemctl restart mosquitto

# 验证 Broker 是否运行
netstat -tuln | grep 1883

9.2 PC端使用window启动Mosquitto Broker—服务器（Broker）

Window的以太网（有线）IP地址和开发板在同一子网，所以可以连接，见10.3

9.3 PC端使用MQTTX工具查看报警信息—订阅端（Subscriber）

订阅报警主题：
1. 打开 MQTTX，点击 New Connection。
2. 输入以下信息：
  - Name: PC_Subscriber
  - Host: 填写 PC 的 IP 地址（若 Broker 在本地，填 127.0.0.1）。
  - Port: 1883
3. 点击 Connect 连接 Broker。
4. 点击 + New Subscription，输入主题 alarm/events，点击 Confirm。

9.3.1 三种 MQTT 连接的区别

1. 127.0.0.1:1883 —— 本地回环地址

只适用于你自己的电脑本身（localhost）
如果 Mosquitto 启动并监听 127.0.0.1 或 0.0.0.0，这能成功连接
其它设备（如手机、树莓派）无法连接这个地址

常见用途：本地测试通信是否成功，例如 mosquitto_pub 和 mosquitto_sub 在同一台电脑上通信。

2. 192.168.5.10:1883 —— 局域网访问

是你电脑的局域网 IP 地址
可以让 局域网内的其他设备（手机、开发板、树莓派） 访问到你的 Mosquitto 服务
本机上连接这个地址也没问题，但通常用于外部设备访问

需要注意：

Mosquitto 的监听地址不能限制为 127.0.0.1，否则外部设备连不上
Windows 防火墙要放行 1883 端口（入站规则）

3. broker.emqx.io:1883 —— 公网 MQTT 测试服务器

是 EMQ 提供的公开 MQTT Broker
你通过 Internet 连接这个服务器，适用于测试 MQTT 连接
服务端运行在远程，与本地 Mosquitto 无关

特点：

你发布消息后，所有连接到这个服务器的人都可能订阅到（如果 topic 一样）
仅用于临时测试或学习，不适合生产环境

10. ARM板连接

ARM 开发板连接PC端服务器（Broker）-发布端（Publisher）。

无线局域网适配器（Wi-Fi），开发板通过Wi-Fi连接同一无线网络
以太网适配器（有线网络），开发板通过网线直连PC或同一有线局域网
VMnet1 和 VMnet8 是VMware虚拟机专用网络，除非开发板运行在虚拟机中并通过虚拟网络桥接，否则这些地址无法被物理开发板访问。

网络适配器	IPv4地址	适用场景
以太网适配器（有线网络）	`192.168.5.10`	开发板通过网线直连PC或同一有线局域网
无线局域网适配器（Wi-Fi）	`192.168.0.3`	开发板通过Wi-Fi连接同一无线网络
VMware虚拟网络适配器	`192.168.157.1` `192.168.237.1`	不推荐（仅适用于虚拟机内部通信）

10.1 方法一：使用公共 MQTT Broker——WIFI连接（未完成）

开发板是否能访问互联网
确保开发板已正确连接到互联网（如通过 Wi-Fi 或以太网）。尝试在开发板上执行 ping broker.emqx.io，确认网络可达。

#define BROKER_URL "tcp://broker.emqx.io:1883"

10.2 开发板连接Wi-Fi（未完成）

1. 检查是否预装 wpa_supplicant

which wpa_supplicant  # 查看是否存在可执行文件
# 安装
sudo apt-get install wpasupplicant

2. 扫描可用 Wi-Fi 网络

sudo iwlist wlan0 scan | grep ESSID

3. 创建 Wi-Fi 配置文件

方法一：使用 echo 直接写入文件，无需交互式编辑器，直接通过重定向创建文件：

方法二：使用 cat 命令创建文件，逐行输入内容并保存：

echo 'network={ ssid="Your_WiFi_SSID" psk="Your_WiFi_Password" }' | sudo tee /etc/wpa_supplicant.conf

cat > /etc/wpa_supplicant.conf << EOF
network={
    ssid="Your_WiFi_SSID"
    psk="Your_WiFi_Password"
}
EOF

配置文件/etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf不存在的解决方法：创建/etc/wpa_supplicant，然后把配置文件放入文件中： mkdir -p /etc/wpa_supplicant

3. Wi-Fi 驱动未安装、安装驱动

使用lsusb查看驱动名称

4. 连接 Wi-Fi

10.3 方法二：使用局域网IP连接

以下操作是在window或者Ubuntu上执行，不是开发板上。

1. 开发板与PC在同一子网。
- PC的IP：192.168.5.10（有线）或 192.168.0.3（无线）。
- 开发板的IP：与PC在同一子网（如 192.168.5.20 或 192.168.0.100）。
2. 防火墙开放MQTT端口。在PC上开放MQTT Broker的端口（默认1883）

sudo ufw allow 1883/tcp  # Linux
或通过Windows防火墙设置允许端口

3. MQTT Broker正确绑定IP并运行。（见7.1）
- 确保MQTT Broker绑定到 0.0.0.0（所有接口）或具体IP（如 192.168.5.10）
- (1) 编辑配置文件:
- (2)重启 Broker 服务：
- 验证 Broker 是否运行
5. 连接测试 在开发板上使用 mosquitto_pub 或代码测试连接

# 示例（使用PC有线网络IP）
mosquitto_pub -h 192.168.5.10 -t "test" -m "hello"

# 或使用PC无线网络IP
mosquitto_pub -h 192.168.0.3 -t "test" -m "hello"

—————————————————————————————————————

开发板连接到 PC 端 MQTT Broker（重点）

步骤 1：确保开发板与 PC 的有线网络连接正确

ifconfig eth0 192.168.5.9 netmask 255.255.255.0

# 开发板上执行 ifconfig eth0
eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.5.9  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.5.255
        RX packets 100  bytes 12000 (12.0 KB)
        TX packets 80  bytes 9600 (9.6 KB)

步骤 2：在 Windows PC 上禁用无关网络适配器

打开 Windows 的 网络连接 界面，禁用VMnet1，VMnet8，WLAN

步骤 3：配置 Windows 防火墙

需要临时关闭 Windows 防火墙：

1. 控制面板 → Windows Defender 防火墙 → 启用或关闭防火墙 → 全部关闭。（一定要记得确定）

netsh advfirewall firewall add rule name="ICMPv4" protocol=icmpv4:8,any dir=in action=allow
netsh advfirewall firewall add rule name="MQTT" dir=in action=allow protocol=TCP localport=1883

步骤 4：在 Windows PC 上配置并启动 MQTT Broker

编辑配置文件 mosquitto.conf：在文件末尾添加

# 允许所有 IP 连接（0.0.0.0 表示监听所有接口）
listener 1883 0.0.0.0

# 允许匿名连接（开发板无需用户名密码）
allow_anonymous true

# 日志输出级别（可选，debug 信息更详细）
log_type all

启动 Mosquitto 并指定配置文件：打开命令提示符（管理员权限），运行：

mosquitto -v -c "C:\Program Files\mosquitto\mosquitto.conf"

启动 Broker：mosquitto -v -c mosquitto.conf

mosquitto -v -c mosquitto.conf

步骤 5：验证双向网络连通性

ping 192.168.5.10
ping 192.168.5.9

步骤 6：测试 MQTT 通信

在 PC 上订阅主题：

```
mosquitto_sub -h 192.168.5.10 -t "test"
```

在开发板上发布消息：

mosquitto_pub -h 192.168.5.10 -t "test" -m "hello"

————————————————————————————————————

开发板连接PC端最终验证步骤：

物理连接：确保网线连接正确。
IP 配置：开发板和 PC 在同一子网（192.168.5.x/24）。
防火墙：Windows 允许 ICMP 入站请求。
双向测试：
- 开发板 Ping PC → ping 192.168.5.10
- PC Ping 开发板 → ping 192.168.5.9

10.4 Mosquitto端口占用问题

查看占用 1883 端口的进程

Error: 通常每个套接字地址(协议/网络地址/端口)只允许使用一次。

这个是经典的 端口已被占用 错误，说明 端口 1883 已经被其他进程占用了。Mosquitto 无法再次绑定到该端口。打开 PowerShell 或命令提示符（cmd），执行：netstat -aon | findstr :1883

tasklist /FI "PID eq 21936"

关闭已经运行的 Mosquitto 的方法

方法一：通过任务管理器结束进程（最推荐）

按下 Ctrl + Shift + Esc 打开 任务管理器
切换到 "详细信息" 选项卡
找到进程名为 mosquitto.exe
右键点击它，选择 结束任务

如果没有看到 PID，可以右键表头 → 选择列 → 勾选“PID”来查看具体进程号。

方法二：通过命令行杀死进程 taskkill /PID 21936 /F

10.4 使用替代工具验证 Broker 状态、验证服务运行

如果window上的mosquitto在运行，但是MQTTX连不上，可以对Broker进行测试

基于V4L2和MQTT的智能监控(异常报警)摄像头

1.V4L2摄像头数据采集

2.异常检测MQTT报警和上传

3. 硬件框架图

4. 软件模块图

6. 编译运行

6.1 编译

6.2 Makefire

7. 编译错误与解决方案

7.1 本地编译出错：fatal error: MQTTClient.h: No such file or directory

7.2 error: unknown type name ‘uint8_t’; did you mean ‘u_int8_t

7.3 error: ‘EXIT_FAILURE’ undeclared (first use in this function); did you mean ‘_IO_FILE’?

7.4 警告

7.5 交叉编译时出现 `MQTTClient.h` 未找到的错误

方法一：交叉编译并安装 Paho MQTT C 库（重点）

方法二：手动指定路径（错误）

方法三：复制库文件和头文件到工程目录

7.6 OpenCV交叉编译和运行

8. 运行错误与解决方法

错误 1：找不到分类器 XML 文件

错误 2：内存分配失败（严重）

9. PC端连接

9.1 PC端使用Ubuntu启动Mosquitto Broker—服务器（Broker）

9.2 PC端使用window启动Mosquitto Broker—服务器（Broker）

9.3 PC端使用MQTTX工具查看报警信息—订阅端（Subscriber）

9.3.1 三种 MQTT 连接的区别

10. ARM板连接

10.1 方法一：使用公共 MQTT Broker——WIFI连接（未完成）

10.2 开发板连接Wi-Fi（未完成）

10.3 方法二：使用局域网IP连接

10.4 Mosquitto端口占用问题

查看占用 1883 端口的进程

关闭已经运行的 Mosquitto 的方法

10.4 使用替代工具验证 Broker 状态、验证服务运行

11. 实验结果

12. 总结

基于V4L2和MQTT的智能监控(异常报警)摄像头

1.V4L2摄像头数据采集

2.异常检测MQTT报警和上传

3. 硬件框架图

4. 软件模块图

6. 编译运行

6.1 编译

6.2 Makefire

7. 编译错误与解决方案

7.1 本地编译出错：fatal error: MQTTClient.h: No such file or directory

7.2 error: unknown type name ‘uint8_t’; did you mean ‘u_int8_t

7.3 error: ‘EXIT_FAILURE’ undeclared (first use in this function); did you mean ‘_IO_FILE’?

7.4 警告

7.5 交叉编译时出现 MQTTClient.h 未找到的错误

方法一：交叉编译并安装 Paho MQTT C 库（重点）

方法二： 手动指定路径（错误）

方法三：复制库文件和头文件到工程目录

7.6 OpenCV交叉编译和运行

8. 运行错误与解决方法

错误 1：找不到分类器 XML 文件

错误 2：内存分配失败（严重）

9. PC端连接

9.1 PC端使用Ubuntu启动Mosquitto Broker—服务器（Broker）

9.2 PC端使用window启动Mosquitto Broker—服务器（Broker）

9.3 PC端使用MQTTX工具查看报警信息—订阅端（Subscriber）

9.3.1 三种 MQTT 连接的区别

10. ARM板连接

10.1 方法一：使用公共 MQTT Broker——WIFI连接（未完成）

10.2 开发板连接Wi-Fi（未完成）

10.3 方法二：使用局域网IP连接

10.4 Mosquitto端口占用问题

查看占用 1883 端口的进程

关闭已经运行的 Mosquitto 的方法

10.4 使用替代工具验证 Broker 状态、验证服务运行

11. 实验结果

12. 总结

7.5 交叉编译时出现 `MQTTClient.h` 未找到的错误

方法二：手动指定路径（错误）