基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了保障操作人員在特殊危險(xiǎn)場(chǎng)合監(jiān)測(cè)作業(yè)的安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本系統(tǒng)是以STM32F103處理器為核心的控制技術(shù)設(shè)計(jì)方法，采用無(wú)線PS2傳感器（手操器）控制云臺(tái)攝像機(jī)內(nèi)部電機(jī)的轉(zhuǎn)速及方向，并將所攝像機(jī)采集的視頻圖像通過(guò)無(wú)線傳輸在可視化終端顯示出來(lái)。本系統(tǒng)充分利用STM32F103處理器的各種內(nèi)部資源，使之整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)化，易于實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)實(shí)際控制達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線監(jiān)測(cè)的目的。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);STM32F103;可視化;無(wú)線監(jiān)測(cè)

隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)[1]，嵌入式技術(shù)及無(wú)線傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，尤其在一些監(jiān)測(cè)區(qū)域困難的生活區(qū)、工業(yè)廠區(qū)、危險(xiǎn)災(zāi)區(qū)及軍隊(duì)場(chǎng)合都需要遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)[2]?，F(xiàn)在基本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)較為昂貴并且具有不便利性。為此根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)的將所采集的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線的方式在可視化終端顯示，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單方便，可任意調(diào)整攝像頭方位，快速查看現(xiàn)場(chǎng)不同方位角度。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的任務(wù)就是通過(guò)手操器來(lái)控制監(jiān)控平臺(tái)到達(dá)所需位置，并精確控制攝像頭的方位和角度，以準(zhǔn)確采集到所需方向的視頻信息。攝像頭所采集現(xiàn)場(chǎng)的視頻，經(jīng)過(guò)處理器處理后再由無(wú)線發(fā)送模塊發(fā)回到控制端的可視化移動(dòng)終端上顯示。

總體設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

控制信號(hào)由移動(dòng)終端的MCU產(chǎn)生，然后由無(wú)線發(fā)送到命令接收端，命令接收端接收到信號(hào)以后，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)改變攝像頭的方向，攝像頭采集的現(xiàn)場(chǎng)視頻再由無(wú)線傳輸發(fā)送到移動(dòng)終端的液晶屏上面顯示出來(lái)，操作者只需要操控手柄，攝像頭即可跟隨改變方位和角度，再通過(guò)可視眼鏡即可達(dá)到快速查看現(xiàn)場(chǎng)情況。

2硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要由發(fā)送電路模塊、終接收端電路模塊、無(wú)線傳輸模塊及視頻監(jiān)控模塊四部分組成。

2.1控制模塊

本系統(tǒng)采用了STM32F103處理器為核心的控制結(jié)構(gòu)[3]，將手操器中采集的信號(hào)在MCU中運(yùn)算處理，輸出PWM來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)與云臺(tái)中舵機(jī)的控制。操作人員可通過(guò)手操器中搖桿進(jìn)行該系統(tǒng)控制，并根據(jù)搖桿所處不同位置控制電機(jī)勻速、減速及加速操作。在手操器中采集的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送到MCU進(jìn)行處理。

2.2視頻監(jiān)測(cè)模塊

視頻監(jiān)測(cè)模塊由三部分組成：視頻采集、無(wú)線網(wǎng)橋及可視化終端。其中視頻采集部分采用了半球形攝像機(jī)，其主要由攝像機(jī)、球形云臺(tái)、解碼器這三部分組成。球機(jī)可自動(dòng)聚焦、可手動(dòng)變倍、鏡頭拉近拉遠(yuǎn)及360度轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)監(jiān)控所需監(jiān)測(cè)的區(qū)域，這樣可滿足無(wú)死角監(jiān)測(cè)的條件。在視頻傳輸部分采用了無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，利用網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)所采用環(huán)境為KeilμVision4[4]，其整合了編輯器、項(xiàng)目管理器以及可執(zhí)行文件等生成工具，集成了嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)的各類工具：C/C++編譯器、宏匯編程序、連接程序及Hex文件生成器等。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程。圖2為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程，主要實(shí)現(xiàn)功能是：（1）將手操器的操作數(shù)據(jù)通過(guò)MCU處理并以天線將控制命令發(fā)送出去;（2）天線接收控制命令并通過(guò)MCU解析，由攝像頭執(zhí)行控制命令，并將視頻圖像在可視化移動(dòng)終端顯示。

4系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析

本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試后，監(jiān)測(cè)區(qū)域在水平方向上可以達(dá)到360°轉(zhuǎn)角，豎直方向上的監(jiān)控范圍可達(dá)180°轉(zhuǎn)角，達(dá)到監(jiān)測(cè)所需范圍。系統(tǒng)響應(yīng)較快，水平轉(zhuǎn)速約為12°/s、垂直轉(zhuǎn)速約10°～30°/s，達(dá)到了系統(tǒng)所采用的云臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)最大轉(zhuǎn)速。MCU與各個(gè)分系統(tǒng)之間的通訊暢通，各裝置配合協(xié)調(diào)，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要通過(guò)對(duì)遙控手操器控制即可改變攝像頭的監(jiān)控方位和角度，并將攝像頭采集的視頻圖像以無(wú)線傳輸?shù)姆绞皆谝壕辽巷@示，從而快速查看所要監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況，較傳統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)而言適應(yīng)性更強(qiáng)，為將來(lái)一些復(fù)雜環(huán)境下的監(jiān)控提供了方便的手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]許生，李富華.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能消防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表，2019，34（03）：79-83.

[2]謝巧軍.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].陜西煤炭，2019，38（S1）：31-33.

[3]趙全，徐光，郝龍，韓衛(wèi)濟(jì)，李瑤，馬德常.基于LoRa的無(wú)線多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2019，42（05）：119-122.

[4]WANGYunlei，QIYuming.DesignofIntelligentAquariumSystembasedonEmbeddedSystem[J].InternationalJournalofPlantEngineeringandManagement，2017，22（04）：233-237.

作者簡(jiǎn)介：殷偉成（1994），男，漢族，甘肅臨洮人，本科，研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用開發(fā)。