三分鐘深入了解嵌入式無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

在一些特定的環(huán)境下由于地理位置等原因，無法實現(xiàn)有線的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，如高速公路監(jiān)控。而針對遠離市區(qū)的工業(yè)環(huán)境，也要求通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)視頻以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控。本研究將運行嵌入式操作系統(tǒng)的32位微arm處理器與dsp視頻壓縮模塊相結(jié)合，構(gòu)成一個基于視頻的、支持遠程采集、壓縮的web服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)連接部分采用gprs方式。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

（1）支持pal/ntsc合成視頻捕捉和采集，可以接收ccd攝像頭輸出的模擬視頻信號。

（2）對數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行壓縮以及編碼處理。

（3）實時數(shù)據(jù)的a/d采集及處理。

（4）通過gprs提供無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的傳送。

（5）具有良好的軟、硬件接口，便于二次開發(fā)和集成到其它處理系統(tǒng)之中。

2.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由主控制器、視頻壓縮模塊、無線gprs傳輸模塊和現(xiàn)場ad模塊組成。在整個系統(tǒng)中，視頻壓縮模塊合成視頻捕捉和采集，然后送給主控制器進行壓縮和編碼處理；現(xiàn)場ad數(shù)據(jù)模塊負責對現(xiàn)場進行實時數(shù)據(jù)采集并進行ad轉(zhuǎn)換，然后送給主控制器；主控制器對視頻和現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行處理后通過無線gprs傳輸模塊，把數(shù)據(jù)傳送到遠端的監(jiān)控端。

圖1 無線嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 主控制器部分

主控制器以samsung2410的arm9處理器為核心，cpu工作頻率達到203mhz；運行速度為1.1mbps，為272-fbga封裝；擁有獨立的16kb指令cache和16kb數(shù)據(jù)cache，大大提高了數(shù)據(jù)的處理能力；系統(tǒng)外擴64m sdram和64m nand flash為外接存儲器，同時使用2個uart（通用異步串行口）接口與其它2個模塊實現(xiàn)通信。主控制器把視頻壓縮模塊和ad模塊傳送來的數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理后，通過gprs模塊傳送到遠方的監(jiān)控端。

3.2 視頻壓縮模塊

壓縮模塊的前端采用philip的saa7113芯片實現(xiàn)將ccd4路cvbs信號轉(zhuǎn)化為符合itu656、yuv4∶2∶2格式的8位“vpo”總線輸出，后端采用analog device公司的adsp-bf531（blackfin系列dsp），實現(xiàn)傳輸碼率為8-180kbp/s的jepg靜止圖像編碼或camec-i編碼，參見圖2。

圖2 視頻壓縮模塊框圖

3.3 無線gprs模塊

無線gprs模塊采用siemens的mc55，選取適用于歐洲和亞洲的頻段（900，1800和1900 mhz），它除了具有g(shù)sm模塊原有的功能外還支持分組業(yè)務(wù)功能，內(nèi)嵌tcp/ip協(xié)議6。它與s3c2410協(xié)同工作，共同完成數(shù)據(jù)的遠程傳輸。語音和數(shù)據(jù)傳輸功能設(shè)計用于基于microsoft windows mobile平臺的設(shè)備（smart phones and pocket pcs）， gprs（class 10）標準，支持pbcch，如圖3所示。

圖3 無線gprs模塊框圖

3.4 ad模塊

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的標準是4～20ma電流信號，但arm實際的a/d口接入是0～5v電壓信號，以本系統(tǒng)采用專用的i/v信號隔離轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)4～20ma電流與0～5v電壓信號的隔離及變換，iso系列隔離放大器是一種將模擬信號按比例進行隔離和轉(zhuǎn)換的混合集成電路（ic）。主要應用領(lǐng)域：模擬信號數(shù)據(jù)采集，隔離傳輸及供電，工業(yè)現(xiàn)場信號隔離傳輸及變換，地線干擾抑制，信號遠程無失真?zhèn)鬏敚?a target="_blank">儀器儀表與傳感器信號的隔離變換。適應于本系統(tǒng)的需求。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計內(nèi)容

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖參見圖4。

（1） 視頻壓縮模塊控制程序；

（2） mc55控制程序；

（3） tcp/ip服務(wù)器程序；

（4） 遠程監(jiān)控端程序。

圖4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

4.2 軟件開發(fā)平臺技術(shù)分析

該項目擬采用的操作系統(tǒng)為微軟的嵌入式操作系統(tǒng)windows ce，利用其開發(fā)環(huán)境platformbuilder4.2來進行系統(tǒng)平臺的定制和裁剪。windows ce是一個32位、多線程、多任務(wù)的嵌入式實時操作系統(tǒng)，windows ce的體系結(jié)構(gòu)采用獨立于通常的程序設(shè)計語言并且和windows兼容的api的方式，這樣可以保證windows ce的組件化和rom化，充分適應有限的存儲空間和各種不同芯片的要求。windowsce是模塊型的操作系統(tǒng)，這意味著可通過選擇、組合和配置windows ce的模塊和組件來創(chuàng)建用戶版的操作系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用arm+dsp的主從結(jié)構(gòu)，搭建了一個集視頻壓縮解碼、數(shù)據(jù)采集和遠程數(shù)據(jù)接收為一體的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，為無線監(jiān)控提供了一個很好的解決方案，所采用的jpeg編碼方式與實際的gprs帶寬比較匹配。