基于多傳感器的高性能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)在人們的日常生活與生產(chǎn)中都得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，本文結(jié)合本人的工作實(shí)踐，主要就基于多傳感器的高性能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開(kāi)相關(guān)論述。

關(guān)鍵詞：ARM；通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)；多傳感器；監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212.9

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了比較迅速的發(fā)展，于是科學(xué)技術(shù)也得到了一定發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)作為一種現(xiàn)代化的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，其把通信技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及傳感器技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，目前，在社會(huì)各領(lǐng)域中都得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，為了使人們對(duì)此技術(shù)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，本文主要就基于多傳感器的高性能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)作以下分析。

1 基于多傳感器的高性能監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

此系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)嵌入式服務(wù)器的基礎(chǔ)上結(jié)合CGI、AJAX以及applet技術(shù)對(duì)網(wǎng)頁(yè)的監(jiān)控功能進(jìn)行不斷完善，其利用多種傳感器對(duì)視頻數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并進(jìn)行人體入侵檢測(cè)，通過(guò)GPRS模塊，可實(shí)現(xiàn)短信交互、彩信報(bào)警等功能，此外，其通過(guò)添加相應(yīng)的圖像處理技術(shù)，還可使模糊圖像實(shí)現(xiàn)有效復(fù)原[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于多傳感器的高性能監(jiān)控系統(tǒng)中硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括嵌入式服務(wù)器（上位機(jī)）和采集控制告警模塊（下位機(jī)）兩部分。

2.1.1 上位機(jī)硬件設(shè)計(jì)。嵌入式服務(wù)器是系統(tǒng)中核心部分，利用飛凌嵌入式技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的FL2440開(kāi)發(fā)板，使用韓國(guó)三星公司所研究的基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC作為系統(tǒng)的處理器，支持的操作系統(tǒng)包括Linux和WinCE等，在系統(tǒng)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)及視頻的收集、傳輸以及存儲(chǔ)。圖像傳感模塊應(yīng)用星微ZC301，此模塊的接口形式為USB接口，像素為30W，可對(duì)近距離圖片進(jìn)行精確拍攝，而且還能對(duì)JPEG圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行直接輸出，可實(shí)現(xiàn)彩信發(fā)送及網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2.1.2 下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)。此部分使用STCl2CSA60S2單片機(jī)作為核心處理器，利用繼電器對(duì)電器控制模塊中的各類(lèi)電器進(jìn)行控制，以下為各功能模塊的具體情況：

（1）GPRS模塊。可實(shí)現(xiàn)短信交互和告警，使用擇廣州譜泰公司所生產(chǎn)的PTMl01，內(nèi)部置有彩信協(xié)議和IP/TCP協(xié)議，使用郵票孔對(duì)其硬件接口進(jìn)行封裝，把之貼在應(yīng)用板上，可使應(yīng)用板的體積得到有效縮小；

（2）紅外模塊?？蓪?duì)人體進(jìn)行入侵感應(yīng)，應(yīng)用HR—SRS01人體紅外感應(yīng)模塊，使用德國(guó)LHl778探頭進(jìn)行設(shè)計(jì)，可靠性及靈敏度都較好；靜態(tài)電流在50uA以下；具備自主添加溫度補(bǔ)償、光敏控制的能力[2]；

（3）溫濕度傳感器。其利用溫濕度模塊對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為了使硬件面積得到有效減少，系統(tǒng)使用SENSIRION公司的SHTll模塊，支持CRC校驗(yàn)；對(duì)通信進(jìn)行測(cè)量后就會(huì)以自動(dòng)方式轉(zhuǎn)入低功耗模式；可對(duì)集成溫濕度進(jìn)行有效測(cè)量，測(cè)量濕度范圍為0～100%RH，精度為±3%RH；溫度范圍為-40～100℃，精度為±0.4℃。

2.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)是最重要的組成部分，基于多傳感器的高性能監(jiān)控系統(tǒng)使用嵌入式Linux系統(tǒng)作為ARM處理器，下位機(jī)模塊是和硬件相融合的自主開(kāi)發(fā)的C語(yǔ)言程序代碼。

2.2.1 溫濕度采集。SHTll主要通過(guò)DATA數(shù)據(jù)線、SCK時(shí)鐘線以及單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，上電后，單片機(jī)就會(huì)對(duì)“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序進(jìn)行啟動(dòng)，剛開(kāi)始的時(shí)候，DATA為高電平，接著在相鄰的2個(gè)SCK高電平之間使DATA處于低電平狀態(tài)?？刂破鲿?huì)在初始化成功發(fā)出測(cè)量任務(wù)命令，SHTll接收到命令后就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)，發(fā)出“數(shù)據(jù)備妥”信號(hào)后，就可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效讀取[3]。

2.2.2 短信交互。此系統(tǒng)使用PDU中文短信模式，按照PDU格式對(duì)對(duì)信息內(nèi)容進(jìn)行發(fā)送，發(fā)送時(shí)，要加上被叫號(hào)碼、數(shù)據(jù)編碼方案、服務(wù)中心號(hào)碼以及協(xié)議標(biāo)識(shí)等內(nèi)容，這樣就能使一條信息的打包得以完成，接著就可按照AT指令“AT+CMGS”進(jìn)行發(fā)送。

2.2.3 視頻采集傳輸。主要通過(guò)Vide041inux接口函數(shù)對(duì)視頻進(jìn)行采集，對(duì)鏡頭進(jìn)行初始化后再建立圖像采集線程，接著通過(guò)mmap內(nèi)存映射方式對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，對(duì)于視頻的傳輸，則使用TCP協(xié)議的流式套接字技術(shù)，接收到客戶端所發(fā)送的服務(wù)請(qǐng)求后，視頻發(fā)送線程就會(huì)立刻啟動(dòng)，如果推出請(qǐng)求，套接字就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

2.2.4 彩信報(bào)警及感應(yīng)。當(dāng)HR-SR501人體紅外傳感模塊感應(yīng)到人體后，其就會(huì)逐漸輸出高電平，當(dāng)觸發(fā)到單片機(jī)外部出現(xiàn)中斷時(shí)，就會(huì)向ARM處理器發(fā)送命令，并獲取相應(yīng)的圖像，接著就會(huì)通過(guò)彩信把相關(guān)信息發(fā)送到用戶手機(jī)。

（1）圖像處理。應(yīng)用ZC301圖像傳感，其性能比較低，當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，拍攝過(guò)程中，圖像就會(huì)出現(xiàn)模糊現(xiàn)象，此時(shí)，需結(jié)合具體情況，利用背景法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效提取，對(duì)于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)函數(shù)，則主要利用差分法來(lái)獲取，然后借助已經(jīng)過(guò)改進(jìn)的LR算法實(shí)現(xiàn)圖像復(fù)原；

（2）彩信發(fā)送。PTMl01模塊已把彩信發(fā)送協(xié)議進(jìn)行有效集成，因此，利用串口就可把jpg圖片數(shù)據(jù)和相關(guān)的AT指令發(fā)送到模塊中，從而就可對(duì)彩信進(jìn)行有效發(fā)送[4]。

2.2.5 網(wǎng)頁(yè)動(dòng)態(tài)交互。系統(tǒng)需利用B/S架構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，因此，要具備Web服務(wù)器的相關(guān)功能。以單任務(wù)HTTP服務(wù)器作為Boa服務(wù)器，此服務(wù)器所占用的空間較小，其具有源碼開(kāi)放以及處理速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)cgi技術(shù)有一定的支持作用。應(yīng)用Dreamweaver軟件對(duì)系統(tǒng)中的網(wǎng)頁(yè)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中主要包括數(shù)據(jù)顯示、視頻監(jiān)視以及操作控制三個(gè)方面的內(nèi)容。應(yīng)用Java中的小應(yīng)用程序applet對(duì)數(shù)據(jù)曲線繪制、時(shí)間日歷顯示以及視頻顯示進(jìn)行編寫(xiě)，其中，數(shù)據(jù)采集和操作控制，通過(guò)ajax以異步交互方式和服務(wù)器cgi之間實(shí)現(xiàn)通信，視頻顯示利用Swing Worker圖像的相關(guān)線程進(jìn)行創(chuàng)建，然后建立相應(yīng)的套接字連接[5]。向網(wǎng)頁(yè)提交相關(guān)的請(qǐng)求時(shí)，要先利用ajax技術(shù)中的XMLHttp Request對(duì)象建立相應(yīng)的異步機(jī)制，接著再通過(guò)gel形式把頁(yè)面中的請(qǐng)求信息提交給服務(wù)器cgi函數(shù)并讓其進(jìn)行相應(yīng)處理，然后結(jié)合具體情況建立相應(yīng)的回調(diào)處理函數(shù)，以用于各數(shù)據(jù)及信息之間的有效響應(yīng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于多傳感器高性能監(jiān)控系統(tǒng)是一種先進(jìn)的現(xiàn)代化控制技術(shù)，其設(shè)計(jì)過(guò)程比較復(fù)雜，難度也較大，本文主要從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩方面的設(shè)計(jì)作了相關(guān)分析，以此為相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣鼎國(guó).無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)農(nóng)業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)融合研究[D].江南大學(xué)，2010（01）：154-155.

[2]趙玉青.基于多傳感器信息融合的汽車(chē)防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].武漢理工大學(xué)，2012（04）：111-112.

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[5]王玉成，王庭有，徐麗娟.遙控履帶小車(chē)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新工藝，2010（09）：158-159.

作者簡(jiǎn)介：李靖（1988-），女，河南周口人，碩士，助教，主要研究方向：氣體傳感器、信號(hào)檢測(cè)；史迎春（1982-），女，遼寧錦州人，碩士，講師，主要研究方向：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)挖掘；常文慧（1985-），女，河北衡水人，碩士，助教，主要研究方向：圖像識(shí)別、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)。

作者單位：燕京理工學(xué)院，河北廊坊 065201