基于嵌入式系統(tǒng)的視頻監(jiān)控和監(jiān)測平臺設(shè)計

張帥 嚴紀峰 周曉英 李少林 孫靜遠

【摘要】 本文主要是針對計算機的監(jiān)控平臺與RTU之間的信息傳輸進行分析和研究，詳細介紹RTU每個模塊的硬件原理和設(shè)計實現(xiàn)，計算機監(jiān)控平臺的設(shè)計，監(jiān)控平臺和RTU通信協(xié)議的設(shè)計和編程實現(xiàn)。對于提高監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的穩(wěn)定性，靈活性和自動化性能的提高有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】 嵌入式系統(tǒng) 監(jiān)控平臺 RTU 通信協(xié)議

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)只是監(jiān)控平臺，攝像頭，信息傳輸和顯示組成。需要人工看守，確保攝像頭處于正常的工作狀態(tài)，云臺可以正常運行以及視頻信息傳輸?shù)臏蚀_性。靈活性差，自動化程度低。本設(shè)計主要是通過基于MCF52255的嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)監(jiān)控中心和RTU的通信，以及對攝像頭故障（包括云臺控制和信息傳輸準確性）的分析和報警。

一、視頻監(jiān)控和監(jiān)測平臺的總體設(shè)計

1.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由上位機監(jiān)控軟件，遠程通信終端，Modbus通信協(xié)議，圖像處理模塊和攝像頭，云臺組成。系統(tǒng)組成原理圖如下所示：

1.2 工作原理

遠程數(shù)據(jù)終端與圖像處理模塊以及攝像頭云臺一起組成了數(shù)據(jù)的采集和處理部分，通過基于Modbus的通信協(xié)議來實現(xiàn)與上位機之間的通信，進而實現(xiàn)了系統(tǒng)對圖像數(shù)據(jù)的采集、處理、分析，進而對攝像頭的控制以及報警功能。其中信息的傳輸室通過RS485實現(xiàn)的，而圖像信息的判斷是RTU將正常的照片的二進制代碼與故障模式下采集的照片信息進行比對，判斷攝像頭是否工作正常。

二、遠程通信終端硬件設(shè)計

2.1 MCU最小系統(tǒng)

本次設(shè)計選擇的是飛思卡爾公司的MCF52255芯片，此款主控芯片可以超頻到80MHZ擁有足夠快的運算速度；支持三個UART接口，可以滿足設(shè)計中的多方通信；擁有獨立的ADC模塊，多個模數(shù)轉(zhuǎn)換接口，可以滿足對多個模擬量的采集處理。

2.2 繼電器輸出電路

繼電器輸出電路由一個三極管和一個整流二極管組成，輸入端是由光耦隔離之后的電源信號，關(guān)偶隔離采用的是TLP512-4。主要功能就是將電源信號輸入TLP512-4輸入端，將輸出信號輸入到繼電器電路中，通過控制繼電器的通斷實現(xiàn)在在斷電情況下可以實現(xiàn)備用電源供電。

2.3 RS485通信電路

通過RS485實現(xiàn)信息的傳輸。相對于RS232通信，485的傳輸距離更遠，可以達到3000米左右；同時485采用的是平衡驅(qū)動器和差分接收器，抗干擾能力更強。

三、基于Modbus的通信協(xié)議

本設(shè)計中主要涉及到三個通信協(xié)議，一個是監(jiān)控中心和RTU之間的通信，一個是RTU和圖像處理模塊的通信，一個是RTU或者監(jiān)控中心和云臺之間的通信。前兩個通信協(xié)議是自己定義的，最后一個是開源的PELCO-D通信協(xié)議。

3.1 監(jiān)控中心和RTU通信協(xié)議

該通信協(xié)議是基于Modbus設(shè)計實現(xiàn)的，通信格式如下所示：開始位（0x68），地址碼（0x00～0xff），設(shè)備碼（0x03），功能碼（0x81-0x91），數(shù)據(jù)長度兩個字，數(shù)據(jù)碼，檢驗位，結(jié)束位（0x16）。

當監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)給RTU，并且RTU成功接收以后，RTU會向監(jiān)控中心發(fā)送一個確認信息，保證信息傳輸?shù)臏蕚湫浴?/p>

3.2 RTU和圖像處理模塊通信協(xié)議

圖像處理模塊采用的是C1068V1.2的集成模塊。通信協(xié)議如下所示：

開始位（0xaa），數(shù)據(jù)長度位，設(shè)備功能選擇，數(shù)據(jù)位，校驗位。

該部分可以顯示對照片的采集，并將JPG格式的圖片傳輸給RTU終端，通過RTU對圖片的二進制代碼的處理判斷攝像頭拍攝的照片是否正常，如果不正常就進行報警。

四、監(jiān)控平臺設(shè)計

監(jiān)控平臺的上位機是采用的C#編程語言實現(xiàn)的。此編程語言是專門為.NET應(yīng)用而開發(fā)出的語言。C#編程語言相對于VB和C++而言，上手更快，操作簡單，并且可視乎功能也比較強，可以滿足我們的設(shè)計要求。

五、總結(jié)

本文介紹了整個系統(tǒng)設(shè)計的硬件和軟件設(shè)計，通信協(xié)議的設(shè)計和實現(xiàn)。對于監(jiān)控系統(tǒng)自動化程度的提高，和整體效率的改進有重要意義。

參 考 文 獻

[1]王宜懷 《基于32位ColdFire構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)》 電子工業(yè)出版社； 第1版 （2009年7月1日）