三分钟深入了解嵌入式无线远程监控系统

1 引言

在一些特定的环境下由于地理位置等原因，无法实现有线的网络监控，如高速公路监控。而针对远离市区的工业环境，也要求通过无线网络实现视频以及现场数据的采集监控。本研究将运行嵌入式操作系统的32位微arm处理器与dsp视频压缩模块相结合，构成一个基于视频的、支持远程采集、压缩的web服务器，网络连接部分采用gprs方式。

2 系统设计

2.1 系统功能设计

（1）支持pal/ntsc合成视频捕捉和采集，可以接收ccd摄像头输出的模拟视频信号。

（2）对数字视频数据进行压缩以及编码处理。

（3）实时数据的a/d采集及处理。

（4）通过gprs提供无线网络进行数据的传送。

（5）具有良好的软、硬件接口，便于二次开发和集成到其它处理系统之中。

2.2 系统整体结构

系统整体的结构框图如图1所示，主要由主控制器、视频压缩模块、无线gprs传输模块和现场ad模块组成。在整个系统中，视频压缩模块合成视频捕捉和采集，然后送给主控制器进行压缩和编码处理；现场ad数据模块负责对现场进行实时数据采集并进行ad转换，然后送给主控制器；主控制器对视频和现场数据进行处理后通过无线gprs传输模块，把数据传送到远端的监控端。

图1 无线嵌入式远程监控系统

3 系统硬件设计

3.1 主控制器部分

主控制器以samsung2410的arm9处理器为核心，cpu工作频率达到203mhz；运行速度为1.1mbps，为272-fbga封装；拥有独立的16kb指令cache和16kb数据cache，大大提高了数据的处理能力；系统外扩64m sdram和64m nand flash为外接存储器，同时使用2个uart（通用异步串行口）接口与其它2个模块实现通信。主控制器把视频压缩模块和ad模块传送来的数据进行相关处理后，通过gprs模块传送到远方的监控端。

3.2 视频压缩模块

压缩模块的前端采用philip的saa7113芯片实现将ccd4路cvbs信号转化为符合itu656、yuv4∶2∶2格式的8位“vpo”总线输出，后端采用analog device公司的adsp-bf531（blackfin系列dsp），实现传输码率为8-180kbp/s的jepg静止图像编码或camec-i编码，参见图2。

图2 视频压缩模块框图

3.3 无线gprs模块

无线gprs模块采用siemens的mc55，选取适用于欧洲和亚洲的频段（900，1800和1900 mhz），它除了具有gsm模块原有的功能外还支持分组业务功能，内嵌tcp/ip协议6。它与s3c2410协同工作，共同完成数据的远程传输。语音和数据传输功能设计用于基于microsoft windows mobile平台的设备（smart phones and pocket pcs）， gprs（class 10）标准，支持pbcch，如图3所示。

图3 无线gprs模块框图

3.4 ad模块

现场数据采集的标准是4～20ma电流信号，但arm实际的a/d口接入是0～5v电压信号，以本系统采用专用的i/v信号隔离转换器实现4～20ma电流与0～5v电压信号的隔离及变换，iso系列隔离放大器是一种将模拟信号按比例进行隔离和转换的混合集成电路（ic）。主要应用领域：模拟信号数据采集，隔离传输及供电，工业现场信号隔离传输及变换，地线干扰抑制，信号远程无失真传输，仪器仪表与传感器信号的隔离变换。适应于本系统的需求。

4 系统软件设计

4.1 系统软件设计内容

系统软件结构图参见图4。

（1） 视频压缩模块控制程序；

（2） mc55控制程序；

（3） tcp/ip服务器程序；

（4） 远程监控端程序。

图4 系统软件结构图

4.2 软件开发平台技术分析

该项目拟采用的操作系统为微软的嵌入式操作系统windows ce，利用其开发环境platformbuilder4.2来进行系统平台的定制和裁剪。windows ce是一个32位、多线程、多任务的嵌入式实时操作系统，windows ce的体系结构采用独立于通常的程序设计语言并且和windows兼容的api的方式，这样可以保证windows ce的组件化和rom化，充分适应有限的存储空间和各种不同芯片的要求。windowsce是模块型的操作系统，这意味着可通过选择、组合和配置windows ce的模块和组件来创建用户版的操作系统。

5 结束语

本系统采用arm+dsp的主从结构，搭建了一个集视频压缩解码、数据采集和远程数据接收为一体的远程监控系统，为无线监控提供了一个很好的解决方案，所采用的jpeg编码方式与实际的gprs带宽比较匹配。