一種基于物聯(lián)網(wǎng)的改進監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

李隘優(yōu)，陳坤定

（閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息與制造學(xué)院，福建 龍巖 364000）

隨著人們生活水平的不斷提高，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控和傳統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)報警已經(jīng)不能滿足用戶的需求.將互聯(lián)網(wǎng)、云計算和智能家居、安防監(jiān)控有機結(jié)合，針對傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計一種改進型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并注入全新的服務(wù)理念，必將給用戶提供一個更加安全、舒適的工作和生活環(huán)境［1］.

文獻［2］提出的一種智能視頻分析與監(jiān)控系統(tǒng)，主要結(jié)構(gòu)為前端設(shè)備與視頻存儲服務(wù)器連接，視頻存儲服務(wù)器與視頻分析服務(wù)器連接，視頻分析服務(wù)器與客戶端連接.前端設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)攝像頭與交換機；視頻存儲服務(wù)器包括獲取模塊、存儲模塊；視頻分析服務(wù)器包括數(shù)據(jù)接收模塊、解碼模塊、分析模塊、顯示模塊、報警規(guī)則設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)庫操作模塊及報警信息推送模塊.客戶端包括歷史報警信息查詢模塊與報警響應(yīng)模塊.其中，視頻分析模塊利用CUDA硬解碼技術(shù)與基于CUDA的圖像并行處理方法分析圖像［2］，有效降低CPU資源的占用率，且并行處理加速分析過程，有效減少分析時間，為實時分析提供保障.但是此方案對視頻做了復(fù)雜的分析，且采用實時傳輸視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)至服務(wù)器或者存儲本地磁盤的方法，在出現(xiàn)突發(fā)情況時，需要對大量的視頻進行查看和刪選，或者通過復(fù)雜視頻處理軟件進行分析，造成磁盤資源、時間及低頻采集信息傳輸頻段的浪費，文獻［2］方案存在不足.為了解決監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母吖暮鸵曨l分時上傳的控制問題，筆者采用先進行震動探測器的信號的檢測，檢測到信號時才將攝像頭的視頻信息進行上傳到服務(wù)器，降低磁盤空間的占用率，系統(tǒng)設(shè)計簡單，成本低，同時采用編碼器作為傳感器的接口器件，提高了傳感器的接入數(shù)量，進一步降低成本.

1 改進監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 總體框架設(shè)計

改進后的監(jiān)控系統(tǒng)的核心單元是中央處理器，其功能是控制周邊其它單元的所有操作.中央處理器連接有4G模塊、電源模塊、NB-IOT模塊、攝像頭、燈光報警電路和語音報警器.其中，4G模塊通信連接有用戶移動終端和服務(wù)器，服務(wù)器與NB-IOT模塊通信連接，4G模塊用來上傳攝像頭的視頻信息［3］；中央處理器通過編碼器連接傳感器單元，編碼器通過對傳感器的觸發(fā)電平進行編碼處理，輸出編碼信號，中央處理器根據(jù)編碼信號控制4G模塊、NB-IOT模塊和燈光報警電路的工作啟停，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 改進監(jiān)控系統(tǒng)總體框架圖

中央處理器為系統(tǒng)大腦，負責(zé)調(diào)度和協(xié)調(diào)各單元模塊，使各單元根據(jù)不同情況有序的工作.

傳感器單元采用74LS42編碼器，檢測相應(yīng)信號后產(chǎn)生高電平信號，即二進制編碼，用于代表傳感器的4種觸發(fā)狀態(tài).

掉電檢測單元主要由晶體管Q1和Q2組成，晶體管Q1用于連接鎮(zhèn)流器的輸出端，晶體管Q2的集電極連接于中央控制芯片的IO口，作為信號的輸出端，當電源被關(guān)時，掉電檢測單元輸出高電平，控制電源接入揚聲器，并進行報警.

燈光報警電路中的K1為接觸器，其主電回路連接有發(fā)光二極管LED1和LED2，通過接收中央處理器的脈沖信號，控制發(fā)光二極管LED1和LED2進行閃爍. K1的主電輸入端連接于所述鎮(zhèn)流器的輸出端.發(fā)光二極管LED1和LED2進行閃爍對入侵者進行提醒和異常信號的發(fā)出.

1.2 中央處理器設(shè)計

中央處理器是本系統(tǒng)的大腦神經(jīng)中樞，負責(zé)調(diào)度和協(xié)調(diào)各單元模塊，根據(jù)接收到的觸發(fā)電平信號進行切換連接和發(fā)出指令，使各單元根據(jù)不同情況有序的工作。因此，中央處理器有多種外設(shè)相連的接口，如GPRS、USB、電源接口等。中央處理器通過對磁卡識別單元、燃氣探測器、震動探測器和紅外探測器的檢測，當發(fā)現(xiàn)觸發(fā)信號與編碼器的信號相對應(yīng)時，能控制NB-IOT模塊與服務(wù)器進行通訊［4］。同時，中央處理器利用掉電檢測單元，可實現(xiàn)對電源模塊的檢測和掉電報警。中央處理器電路見圖2。

圖2 中央處理器電路圖

1.3 電源模塊設(shè)計

電源模塊選用7805芯片組成降壓電路，7805芯片的輸入端還通過二極管D1連接有16 V的蓄電池.電源模塊電路圖見圖3.

圖3 電源模塊電路圖

1.4 NB-IOT通訊模塊設(shè)計

NB-IOT通訊模塊連接服務(wù)器， SIM接口電路的VREG SIM端、SIM RST端和SIMCLK端依次連接于NBIOT通訊模塊的USIM-VDD端、USIM-RST端和USIMCLK端；SIM接口電路的數(shù)據(jù)SIM DATA端連接于NBIOT通訊模塊USIM-DATA端［5］，見圖4.中央處理器命令連接NB-IOT模塊；NB-IOT模塊還包括網(wǎng)絡(luò)注冊單元，網(wǎng)絡(luò)注冊單元為SIM卡，SIM卡用于注冊運營商網(wǎng)絡(luò).

圖4 NB-IOT通訊模塊電路圖

NB-IOT模塊為用于接收信息與命令并傳送給控制單元或發(fā)送控制單元所要發(fā)送信息的低功耗的NB-IOT模塊NB-01. SIM接口設(shè)計如圖5所示.

圖5 SIM接口電路圖

2 改進監(jiān)控系統(tǒng)工作過程

中央處理器檢測到震動探測器的觸發(fā)信號對應(yīng)的編碼信號時，通過控制繼電器K2控制電源模塊向語音報警器供電，中央處理器發(fā)出報警控制信號和燈光報警電路1的閃爍觸發(fā)信號.震動探測器設(shè)置于保險箱等貴重物品放置處.

語音報警器設(shè)置于監(jiān)控室中.中央處理器檢測到震動探測器的觸發(fā)信號對應(yīng)的編碼信號時，通過控制4G模塊將攝像頭采集的視頻發(fā)送給所述服務(wù)器進行儲存.

磁卡識別單元、燃氣探測器、震動探測器和紅外探測器中，磁卡識別單元為常用讀卡器，燃氣探測器、震動探測器和紅外探測器選用常用的傳感器，檢測相應(yīng)信號后產(chǎn)生高電平信號.編碼器選用74LS42，產(chǎn)生的編碼為二進制編碼，包括00、01、10和11四種，用于代表傳感器的4種觸發(fā)狀態(tài)［6］.

掉電檢測單元2包括晶體管Q1和Q2，晶體管Q1的E極連接有二極管D11和電解電容C1，二極管D11的陽極連接所述鎮(zhèn)流器的輸出端，二極管D11的陽極與晶體管Q1的基極之間連接有電阻R1.電解電容C1的負極接地，晶體管Q1的集電極與晶體管Q2基極之間連接有電阻R2，晶體管Q1的集電極與晶體管Q2的發(fā)射極接地，晶體管Q2的集電極連接有電阻R3，電阻R3的另一端連接有電解電容C2，電解電容C2的另一端接地，電解電容C2的正極做電源端，連接于7805芯片的輸出端［7］；晶體管Q2的集電極連接于中央控制芯片的IO口，作為信號的輸出端［8］；當家用電源被入侵人員關(guān)掉時，掉電檢測單元2輸出高電平，控制電源接入揚聲器，并進行報警.掉電檢測單元2電路如圖6所示.

圖6 掉電檢測電路圖

3 測試分析

依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，制作出改進型智能視頻監(jiān)控測試設(shè)備，并進行了測試和應(yīng)用.在同一基站情況下，NBIOT可以比現(xiàn)有無線技術(shù)提供多50~100倍的接入數(shù).一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).

4 結(jié)語

經(jīng)過實際應(yīng)用測試，基于物聯(lián)網(wǎng)的改進監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計簡單、容易實現(xiàn)，無需太多復(fù)雜的軟件分析就能有效降低監(jiān)控系統(tǒng)的功耗和磁盤占用率，能夠顯著提升傳感器的接入數(shù)量，降低生產(chǎn)成本；同時在語音報警器斷電時，能為其供電，保證了報警的可靠性；同時也具備較好的擴展性，為其它監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計提供很好的借鑒作用.今后，繼續(xù)研究云計算、5G監(jiān)控的功能點，計劃開發(fā)新功能應(yīng)用到監(jiān)控系統(tǒng)中.