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

張帥 嚴(yán)紀(jì)峰 周曉英 李少林 孫靜遠(yuǎn)

【摘要】 本文主要是針對計(jì)算機(jī)的監(jiān)控平臺(tái)與RTU之間的信息傳輸進(jìn)行分析和研究，詳細(xì)介紹RTU每個(gè)模塊的硬件原理和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)，監(jiān)控平臺(tái)和RTU通信協(xié)議的設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)。對于提高監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，靈活性和自動(dòng)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(tái) 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(tái)，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(tái)可以正常運(yùn)行以及視頻信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。靈活性差，自動(dòng)化程度低。本設(shè)計(jì)主要是通過基于MCF52255的嵌入式系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心和RTU的通信，以及對攝像頭故障（包括云臺(tái)控制和信息傳輸準(zhǔn)確性）的分析和報(bào)警。

一、視頻監(jiān)控和監(jiān)測平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)組成

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

1.2 工作原理

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端與圖像處理模塊以及攝像頭云臺(tái)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(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對圖像數(shù)據(jù)的采集、處理、分析，進(jìn)而對攝像頭的控制以及報(bào)警功能。其中信息的傳輸室通過RS485實(shí)現(xiàn)的，而圖像信息的判斷是RTU將正常的照片的二進(jìn)制代碼與故障模式下采集的照片信息進(jìn)行比對，判斷攝像頭是否工作正常。

二、遠(yuǎn)程通信終端硬件設(shè)計(jì)

2.1 MCU最小系統(tǒng)

本次設(shè)計(jì)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(yùn)算速度；支持三個(gè)UART接口，可以滿足設(shè)計(jì)中的多方通信；擁有獨(dú)立的ADC模塊，多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換接口，可以滿足對多個(gè)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(gè)三極管和一個(gè)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(shí)現(xiàn)在在斷電情況下可以實(shí)現(xiàn)備用電源供電。

2.3 RS485通信電路

通過RS485實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。相對于RS232通信，485的傳輸距離更遠(yuǎn)，可以達(dá)到3000米左右；同時(shí)485采用的是平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器，抗干擾能力更強(qiáng)。

三、基于Modbus的通信協(xié)議

本設(shè)計(jì)中主要涉及到三個(gè)通信協(xié)議，一個(gè)是監(jiān)控中心和RTU之間的通信，一個(gè)是RTU和圖像處理模塊的通信，一個(gè)是RTU或者監(jiān)控中心和云臺(tái)之間的通信。前兩個(gè)通信協(xié)議是自己定義的，最后一個(gè)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(jì)實(shí)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(gè)字，數(shù)據(jù)碼，檢驗(yàn)位，結(jié)束位（0x16）。

當(dāng)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(huì)向監(jiān)控中心發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信息，保證信息傳輸?shù)臏?zhǔn)備性。

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(yàn)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(jìn)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(jìn)行報(bào)警。

四、監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

監(jiān)控平臺(tái)的上位機(jī)是采用的C#編程語言實(shí)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(qiáng)，可以滿足我們的設(shè)計(jì)要求。

五、總結(jié)

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

參 考 文 獻(xiàn)

[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）