大型儀器設(shè)備遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3．4 電流檢測電路
為了減少服務(wù)器的存儲開銷，也同時為了減少網(wǎng)絡(luò)占用率，本系統(tǒng)特別設(shè)計(jì)了一種電流檢測電路來實(shí)時檢測用電設(shè)備的開啟和關(guān)閉狀態(tài)。
大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備采用220 V交流電源供電，因此，本系統(tǒng)采用5A／2．5 mA的交流電流互感器作為前端檢測元件，當(dāng)設(shè)備上電運(yùn)行和停止使用時可以檢測到電流的變化。電流互感器二次側(cè)的電流流過負(fù)載電阻可以轉(zhuǎn)換為電壓值，再經(jīng)過由放大器搭建成的比較器即可產(chǎn)生ARM處理器能夠識別的開關(guān)量。如圖4所示，本系統(tǒng)用到了兩個運(yùn)算放大器：前一個運(yùn)放用來加強(qiáng)帶載能力，比直接加電阻負(fù)載的相位差小，動態(tài)范圍大。負(fù)載電阻采用變阻器以滿足各類設(shè)備的不同額定電流要求。后一個運(yùn)放用作比較器，正向輸入端輸入的電壓信號與反向輸入端分壓電路電壓值比較并輸出相應(yīng)的電壓開關(guān)量?？紤]到輸出端是直接連接到ARM的GPIO口，因此宜采用不高于5 V的單電源供電運(yùn)算放大器。

3．5 外圍接口設(shè)計(jì)
NUC960的另一大特點(diǎn)就是提供了豐富的外圍設(shè)備接口，在本系統(tǒng)中主要用到了網(wǎng)絡(luò)通信接口、USB接口和UART串口等。
NUC960內(nèi)置以太網(wǎng)MAC控制器，該控制器具有相應(yīng)的DMA控制器，發(fā)送和接收FIFO，支持IEEE802．3協(xié)議，可以以半雙工或全雙工模式工作在10 M／100 Mb／s的傳輸速度上。本系統(tǒng)采用IP101作為物理接口收發(fā)器，向網(wǎng)絡(luò)層提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口。它提供了一個硬件中斷用以指示連接狀態(tài)、速度狀態(tài)和全／半雙工狀態(tài)。
同時，NUC960集成了USB2．0主設(shè)備控制器和USB2．0從設(shè)備控制器，可以支持USB0和USB1兩個設(shè)備。其中USB1只能作為主設(shè)備，而USB0則可以配置為主設(shè)備或者從設(shè)備。在本次設(shè)計(jì)中，NUC960的2個USB2．0接口均配置為主設(shè)備。USB0用作預(yù)留的USB設(shè)備擴(kuò)展接口，可以方便系統(tǒng)后期軟件開發(fā)時掛載U盤使用：USB1則用于與外圍設(shè)備SD卡進(jìn)行通信，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不佳或接收不到服務(wù)器的應(yīng)答信息時，系統(tǒng)可以將壓縮的圖像數(shù)據(jù)存儲到位于本地的SD卡中以作備用，防止數(shù)據(jù)丟失。
NUC960處理器片上還集成了3個串口，可以支持6至8位的數(shù)據(jù)傳送，其波特率可通過編程設(shè)置，另外也支持奇偶校驗(yàn)和幀出錯檢查功能。本設(shè)計(jì)使用了其中兩個串口，串口0用于當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試時與計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行通信；串口1用于與讀卡器進(jìn)行通信，讀取使用設(shè)備者的相關(guān)身份信息。

4 結(jié)論
本文提出了一種采用ARM和DSP雙核結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了對高校大型實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并對視頻畫面進(jìn)行壓縮、存儲和傳輸。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場畫面以25幀／秒的頻率進(jìn)行采集，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好的情況下，用戶可以通過Web-server觀看設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行畫面；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)阻塞時，系統(tǒng)在本地存儲壓縮圖像，每張圖片的存儲間隔最快可以達(dá)到1min，設(shè)備運(yùn)行的歷史圖像可以保存30天，基本滿足了高校實(shí)驗(yàn)室的管理要求。為了減少數(shù)據(jù)存儲量，系統(tǒng)通過電流檢測來選擇是否處理和存儲監(jiān)控畫面。另外，利用擴(kuò)展的讀卡器來記錄設(shè)備使用者的信息，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動化管理。實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性較高。考慮到SPCT6100最多能同時輸入4路信號，在今后的優(yōu)化過程中，亦可以考慮實(shí)現(xiàn)多路監(jiān)控，以便達(dá)到系統(tǒng)精簡和成本節(jié)約的目的。