單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王愚， 李江偉， 符華， 聶雷剛， 李佩

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司南寧供電局， 廣西， 南寧 530022)

0 引言

在保供電設(shè)備及場所設(shè)計(jì)中，建立可現(xiàn)場靈活配置、靈活部署的智慧保供電指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)保供電向智慧化轉(zhuǎn)變。設(shè)計(jì)單兵裝備視頻語音通話系統(tǒng)，應(yīng)用于活動(dòng)保供電場所內(nèi)，通過智能單兵裝備設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)查看、語音遠(yuǎn)程呼叫、遠(yuǎn)程語音通話互動(dòng)等操作[1]。隨著智能電力控制技術(shù)的發(fā)展，如何確保保供電場所電力的安全、可靠運(yùn)行日漸重要，結(jié)合保供電指揮、數(shù)據(jù)采集、工作狀況記錄等環(huán)節(jié)進(jìn)行配電功能的科學(xué)化管理和控制，設(shè)計(jì)智能的現(xiàn)場單兵設(shè)備，在高級別保供電中，實(shí)現(xiàn)對時(shí)間、空間進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)控和控制。在進(jìn)行單兵裝備通信模塊語音視頻監(jiān)控的整體設(shè)計(jì)中，為了結(jié)合智慧保供電指揮系統(tǒng)控制，構(gòu)建系統(tǒng)軟件、物聯(lián)網(wǎng)平臺，采用光纖通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高智慧化保供電水平，研究單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有重要意義[2]。

本文提出基于云技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建單兵裝備通信模塊語音視頻交互系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖，采用功能組件的嵌入式設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行系統(tǒng)測試分析，展示本文設(shè)計(jì)單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)架設(shè)計(jì)及組件分析

1.1 系統(tǒng)總體構(gòu)架設(shè)計(jì)

單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的軟件部分由應(yīng)用系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)平臺組成，在單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)中，采用配網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，建立單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的子系統(tǒng)模塊[3]，結(jié)合智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)，并在4G/光纖通信(中壓載波)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)嵌入在智慧保供電指揮平臺中，整體包含感知層、通信網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層。單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的感知層主要包含各類傳感器：溫濕度、電流互感器、水浸、煙感、攝像頭、智能單兵裝備、巡檢機(jī)器人等[4]。系統(tǒng)的總體構(gòu)架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體構(gòu)架模型

1.2 數(shù)據(jù)來源分布及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)

通過各種形式的本地組網(wǎng)控制，有效地將單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，本地組網(wǎng)形式包含微功率無線、藍(lán)牙、RS485、以太網(wǎng)、WAPI等多種形式。在單兵裝備通信模塊語音視頻交互的基站模塊中，基于站端的視頻設(shè)備管理方法，實(shí)現(xiàn)視頻流的展示，得到單兵裝備通信模塊語音視頻交互的數(shù)據(jù)分布見表1。

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)來源分布，基于物聯(lián)網(wǎng)平臺接口，實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)獲取，并基于設(shè)備和時(shí)間序列進(jìn)行分析和展示，基于嵌入式的PLC和Linux的內(nèi)核結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行單兵裝備通信模塊語音視頻交互系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)[5]，得到網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)如圖2所示。

表1 單兵裝備通信模塊語音視頻交互的數(shù)據(jù)分布

圖2 單兵裝備通信模塊語音視頻交互系統(tǒng)的組網(wǎng)設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)功能組件設(shè)計(jì)

2.1 功能組件分析

采用ZigBee總線控制器，構(gòu)建單兵裝備通信模塊語音視頻交互系統(tǒng)的云兼容控制模型，采用ARM芯片設(shè)計(jì)單兵裝備通信模塊語音視頻交互系統(tǒng)的ARM-Linux內(nèi)核模塊，結(jié)合ZigBee的云計(jì)算技術(shù)，進(jìn)行單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的總線控制和傳輸協(xié)議融合[6]，得到功能組件設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能組件設(shè)計(jì)

采用傳感器技術(shù)和二維碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)對單兵裝備通信模塊語音視頻交互系統(tǒng)報(bào)警的信息采集，以2位嵌入式 SoC 安全芯片構(gòu)建單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的主控芯片，通過IEC61850-8-1和IEC6180-9-2總線接口設(shè)計(jì)，進(jìn)行單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)控制[7]，將單兵裝備通信模塊語音視頻交互系統(tǒng)應(yīng)用在智慧保供電系統(tǒng)建設(shè)中，如圖4所示。

圖4 智慧保供電系統(tǒng)的單兵裝備通信模塊

2.2 系統(tǒng)硬件開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要包括信息采集模塊、單兵裝備通信視頻交互設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測模塊、通信傳輸模塊、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)控制模塊以及遠(yuǎn)程傳輸模塊等。結(jié)合遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置實(shí)現(xiàn)對單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能組件傳輸控制[8]，系統(tǒng)的硬件配置見表2。

表2 系統(tǒng)的硬件配置

在總線控制模塊中實(shí)現(xiàn)單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的傳感信息調(diào)度，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的巡檢內(nèi)容、時(shí)間、周期、路線等參數(shù)信息，自主啟動(dòng)并完成巡視任務(wù)，單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)采用嵌入式組件信息控制的方法[9]，得到系統(tǒng)的硬件總體構(gòu)成如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)的硬件總體構(gòu)成

單兵裝備通信模塊語音視頻交互系統(tǒng)車載采集終端安裝于應(yīng)急電源車內(nèi)，與機(jī)組控制器相連接，采集發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議讀取機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)[10]，得到系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

綜上分析，通過現(xiàn)場RS232或者RS485串口線相連接進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)單兵裝備通信模塊語音視頻交互。

3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試中，機(jī)組數(shù)據(jù)及溫濕度數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議采集，建立單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊和信道擴(kuò)頻模塊，實(shí)現(xiàn)部分場景的單兵裝備通信AI自主識別，設(shè)定系統(tǒng)測試參數(shù)見表3。

表3 系統(tǒng)測試參數(shù)

根據(jù)上述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行單兵裝備通信模塊語音視頻交互，得到配電智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 配電智能網(wǎng)關(guān)機(jī)柜設(shè)計(jì)

單兵裝備通信模塊語音視頻交互的網(wǎng)關(guān)柜提供16路IO量信號接入，網(wǎng)關(guān)柜端子(X4上層、X4下層)對應(yīng)接傳感器信號空接點(diǎn)的兩端，得到單兵裝備通信模塊語音視頻的IO端口設(shè)計(jì)如圖8所示。

圖8 單兵裝備通信模塊語音視頻的IO端口設(shè)計(jì)

采用虛擬的AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單兵裝備通信模塊語音視頻交互，如圖9所示。

圖9 單兵裝備通信模塊語音視頻交互AI仿真

分析圖9可知，本文方法能有效實(shí)現(xiàn)單兵裝備通信模塊語音視頻交互，人機(jī)交互性較好，測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，得到穩(wěn)定性測試結(jié)果見表4。

表4 單兵裝備通信模塊語音視頻交互穩(wěn)定性測試

分析上述仿真結(jié)果可知，設(shè)計(jì)的單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，控制能力較強(qiáng)，提高了單兵裝備通信模塊語音視頻交互的實(shí)時(shí)性和輸出可靠性。

4 總結(jié)

通過智能單兵裝備設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)查看、語音遠(yuǎn)程呼叫、遠(yuǎn)程語音通話互動(dòng)等操作。本文提出基于云技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。采用ARM芯片設(shè)計(jì)單兵裝備通信模塊語音視頻交互系統(tǒng)的ARM-Linux內(nèi)核模塊，在總線控制模塊中實(shí)現(xiàn)單兵裝備通信模塊語音視頻交互功能系統(tǒng)的傳感信息調(diào)度，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的巡檢內(nèi)容、時(shí)間、周期、路線等參數(shù)信息，自主啟動(dòng)并完成巡視任務(wù)，本文方法能有效實(shí)現(xiàn)單兵裝備通信模塊語音視頻交互，人機(jī)交互性較好。