基于ARM的多路圖像在線監(jiān)測(cè)裝置研究

李文錦

摘要：針對(duì)目前多路監(jiān)控系統(tǒng)成本較高且比較復(fù)雜的情況，文章設(shè)計(jì)了基于ARM的多路圖像在線監(jiān)控裝置，該裝置利用專(zhuān)用壓縮模塊VC313進(jìn)行圖像采集和壓縮，同時(shí)利用主控芯片STM32F103ZET6完成GPRS和VC313的通訊任務(wù)。文章介紹了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)分析了其通信方式，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠正常工作，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：ARM； GPRS；圖像壓縮

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常是指能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的計(jì)算機(jī)軟件、通信媒體、硬件系統(tǒng)，本地計(jì)算機(jī)通過(guò)因特網(wǎng)Internet，對(duì)遠(yuǎn)方進(jìn)行監(jiān)察和控制，能實(shí)現(xiàn)對(duì)分散設(shè)備的診斷維護(hù)及對(duì)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。

數(shù)字成像技術(shù)的高速發(fā)展，使得有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)普及到生活的每個(gè)角落，而圖像的攝取和處理比以往任何時(shí)候都快速清晰，為遠(yuǎn)程圖像監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)基礎(chǔ)。

該方案可以根據(jù)需求來(lái)調(diào)整所采集圖像的路數(shù)，最多可以支持4路視頻輸入。下位機(jī)如果收到后臺(tái)發(fā)送的圖像上傳指令后，控制VC313模塊依次從第1路掃描到第4路，并把采集到的4路圖像發(fā)送到后臺(tái)上。這樣在后臺(tái)可以查看采集到的圖像。另外每個(gè)下位機(jī)可以設(shè)置不同的地址，在后臺(tái)上可以根據(jù)需要采集相應(yīng)地址的圖像。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

I.I 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，本系統(tǒng)采用專(zhuān)用的武漢萬(wàn)德公司的圖像壓縮模塊VC313，最大支持分辨率704x576，VC313和STM32f103ZET6采用RS232進(jìn)行通訊，其通訊波特率為最大可以設(shè)定為115200bps。STM32f103ZET6通過(guò)GPRS模塊把采集到的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)主機(jī)上，這樣就完成圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。另外，F(xiàn)LASH模塊用于儲(chǔ)存采集到的圖像數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)按照時(shí)間進(jìn)行排序，等存儲(chǔ)空間滿(mǎn)后將最新的圖像數(shù)據(jù)替換舊的圖像數(shù)據(jù)。另外，后臺(tái)可以設(shè)定定期采集圖像的間隔時(shí)間，并把采集的圖像數(shù)據(jù)保存在后臺(tái)的硬盤(pán)上。

1.2 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)

GPRS模塊采用中興公司的ME3000模塊，該模塊支持GSM/GPRS 900/1800MHz的短信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，具有小尺寸、低功耗的特點(diǎn)。該模塊采用的電壓是4.2V。M_RES引腳用于模塊的復(fù)位，NO_OFF用于模塊的關(guān)機(jī)和開(kāi)機(jī)。

由于該系統(tǒng)所需要的電壓有3.3V和4.2V，由于該系統(tǒng)輸入電壓為220V的交流電壓，在該系統(tǒng)采用深圳耀華公司的專(zhuān)用電壓模塊，該模塊輸入為220V，輸出5v的電壓。從5v電壓通過(guò)LM25963.3電源穩(wěn)壓芯片，可以得到3.3V的電壓；將5v電壓輸入LM2596，調(diào)整該芯片的電阻可以獲得GPRS模塊所需要的4.2V工作電壓。具體電路如圖2所示。

2 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)和VC313通訊協(xié)議設(shè)計(jì)

STM32F103ZET6發(fā)給VC313的JPG采集命令為OxFF+OxEl+Ox68+Ox68+PARO+PARO，其中PARO的參數(shù)值設(shè)定如圖3所示。VC313接收到該指令后按照PARO的設(shè)置，將采集到的圖像作相應(yīng)的處理并得到需要的參數(shù)圖像。STM32F103ZET6將接收到VC313發(fā)過(guò)來(lái)的參數(shù)圖像按照GPRS協(xié)議進(jìn)行打包發(fā)送到后臺(tái)上，后臺(tái)解釋并提取有效的圖像數(shù)據(jù)并顯示處理。

由于該系統(tǒng)需要完成多個(gè)任務(wù)，因此采用uC/OS-II內(nèi)核進(jìn)行管理。根據(jù)系統(tǒng)所要完成的功能，主要包含GPRS通訊任務(wù)和圖像采集傳輸任務(wù)。

GPRS通訊處理任務(wù)：處理器通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)與ME3000的通信，ME3000響應(yīng)處理器發(fā)出的AT命令來(lái)完成終端與主站之間的數(shù)據(jù)傳輸。GPRS通信單元軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是利用微控制器STM32向ME3000發(fā)送正確的AT命令來(lái)完成其自身的初始化和數(shù)據(jù)的接收發(fā)送。GPRS通信單元的軟件設(shè)計(jì)，包括串口初始化、通信數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)部分，其流程如圖4所示。

圖像采集和傳輸任務(wù)：?jiǎn)纹瑱C(jī)收到后臺(tái)發(fā)送的圖像上傳指令時(shí)，單片機(jī)發(fā)送采集指令到VC313上，VC313將采集到的圖像數(shù)字化后并壓縮成標(biāo)準(zhǔn)的JPG文件，該JPG文件是標(biāo)注的壓縮文件，文件總是以O(shè)xFF+OxD8開(kāi)始，以O(shè)xFF+OxD9結(jié)束。STM32f103ZET6收到這個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并打包發(fā)送到后臺(tái)上。

2.2 單片機(jī)和后臺(tái)通訊協(xié)議設(shè)計(jì)

讀圖像數(shù)據(jù)命令如下，其中68 68是表示主站發(fā)送圖像數(shù)據(jù)請(qǐng)求的開(kāi)頭標(biāo)識(shí)，站號(hào)表示下位機(jī)的地址數(shù)據(jù)，XI表示數(shù)據(jù)偏移低地址，X2表示數(shù)據(jù)偏移高地址，X3表示視頻通道，NN表示文件長(zhǎng)度，參數(shù)1到n表示具體的圖像數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)和采用從第1個(gè)數(shù)據(jù)到檢驗(yàn)和的前1個(gè)數(shù)據(jù)的CRC16校驗(yàn)，1616表示該組數(shù)據(jù)的結(jié)尾表示。圖像數(shù)據(jù)應(yīng)答報(bào)文如下，總共一次性發(fā)送4組數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送。

后臺(tái)發(fā)送的請(qǐng)求數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)格式如下：68，68，站號(hào)，XI（數(shù)據(jù)偏移低地址），X2（數(shù)據(jù)偏移高地址），NN（文件長(zhǎng)度），參數(shù)l，……，參數(shù)n，校驗(yàn)和，16，16

單片機(jī)回復(fù)的數(shù)據(jù)格式如下：69，69，站號(hào)，站號(hào)，XI（數(shù)據(jù)偏移低地址），X2（數(shù)據(jù)偏移高地址），X3（視頻通道），NN（文件長(zhǎng)度），參數(shù)1，……，參數(shù)n，校驗(yàn)和，16，16

后臺(tái)從采集完所有的數(shù)據(jù)以后，如果有出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失時(shí)，重新發(fā)送相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令，下位機(jī)根據(jù)命令回復(fù)相應(yīng)地址的圖像數(shù)據(jù)，待所有數(shù)據(jù)全部完整時(shí)就可以解釋顯示圖片。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，能夠集成監(jiān)控目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)，并在后臺(tái)上保存，形成歷史數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)后臺(tái)增加圖像處理和判斷功能就可以用于自動(dòng)監(jiān)控和報(bào)警功能，同時(shí)增加報(bào)警短信通知功能，這樣就可以更加有效地進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常短信報(bào)警，提高圖像監(jiān)控的效率。