基于Internet的智能視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)電路模塊設(shè)計(jì)

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　在人類社會(huì)即將進(jìn)入信息化社會(huì)的今天，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展極大地改變著人們的生活方式，而人們生活方式的改變又反過來對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力提出更高的要求。從傳輸介質(zhì)來看，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)走過了原始的模擬數(shù)據(jù)量傳輸，進(jìn)入了全數(shù)字傳輸?shù)臅r(shí)代。隨著基于不同傳輸媒介及其多種方案的出現(xiàn)和發(fā)展。從視頻采集方式來看，目前最主流的視頻采集芯片就是DSP了，由于DSP芯片的眾多優(yōu)點(diǎn)，使其在視頻采集和處理領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)著名的視頻監(jiān)控設(shè)備供應(yīng)商?？低暫痛笕A所使用的主要芯片就是DSP。從視頻編碼方式來看，圖像壓縮編碼方法繁多，發(fā)展也相當(dāng)迅速，經(jīng)典編碼方法如Huffman編碼、算術(shù)編碼、預(yù)測(cè)編碼、變換域編碼等。歸納起來主要有 H.261、H.263、H.264，JPEG標(biāo)準(zhǔn)以及MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)等。在視頻編碼中使用H.261編碼方式是最普遍之一。

　　主控電路模塊設(shè)計(jì)

　　在ARM9和ARM11后的就是當(dāng)下最熱門的ARM-Cortex內(nèi)核，該內(nèi)核是ARM公司最新的內(nèi)核，增加了眾多的中斷控制器，內(nèi)核效率更高，單位執(zhí)行代碼效率也更高，Cortex系列分為三個(gè)子系列有A系列，R系列，M系列。A系列主要面向應(yīng)用類的，更加高端，主頻也更快等優(yōu)點(diǎn)；R系列主要面向于實(shí)時(shí)控制，主要有響應(yīng)特別快等優(yōu)點(diǎn)；而M系列主要面向微控制器，特點(diǎn)是低功耗，低成本，適合低端控制場(chǎng)合。

　　主控電路采用TI公司的Stellaris系列的LM3S8962，由于我們考慮了是自己制板，因此我們的MCU做成了最小系統(tǒng)板，主控芯片的電路如下。

　　圖4-1 主控芯片

　　攝像頭電路設(shè)計(jì)

　　本課題所采用的攝像頭是數(shù)字接口的，因此接線很簡(jiǎn)單，八根數(shù)據(jù)線與攝像頭的灰度圖像輸出信號(hào)，MCU直接通過GPIO口來讀取數(shù)據(jù)。行中斷和場(chǎng)中斷的信號(hào)線需要加電容和電阻濾波，否則可能引起中斷不穩(wěn)定。

　　圖4-2 攝像頭接口電路

　　熱敏電阻傳感器電路設(shè)計(jì)

　　熱敏電阻一般分為正溫和負(fù)溫兩種，根據(jù)其靈敏度不同，采用合適的熱敏電阻在合適的場(chǎng)合使用，如果需要精度很高的話可以采用PT-100鉑電阻，需要電橋電路配合信號(hào)處理，并且需要非線性校正，而我們的方案是的同工電阻分壓通過AD來采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)易的處理之后就可以通過上位機(jī)顯示。

　　圖4-4 溫度傳感器電路

　　時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

　　時(shí)鐘電路采用外部的DS1302電路，由于ARM內(nèi)部也集成了RTC，因此本系統(tǒng)中可以使用兩套時(shí)鐘，該時(shí)鐘有外部鈕扣電池供電，不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)掉電而停止運(yùn)行，時(shí)鐘芯片與主芯片通過串行通信進(jìn)行配置和傳輸數(shù)據(jù)，使用很方便。

　　圖4-5 時(shí)鐘模塊

　　存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)

　　Flash存儲(chǔ)器是目前使用很廣泛的存儲(chǔ)元件，這種存儲(chǔ)器可以將大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)在內(nèi)部而掉電不丟失數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用的是一顆2MByte的Flash存儲(chǔ)器，這塊Flash使用的時(shí)候非常的簡(jiǎn)單，通過SPI接口，只需要配置初始化后，就可以按頁對(duì)其進(jìn)行操作，每一頁都有512Byte的容量，這個(gè)存儲(chǔ)器主要是用來存儲(chǔ)一些關(guān)鍵參數(shù)的，暫時(shí)不提供視頻圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，因?yàn)橐曨l圖像太大，直接通過以太網(wǎng)傳到電腦上進(jìn)行存儲(chǔ)。

　　電源電路設(shè)計(jì)

　　電源模塊是一個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)好的穩(wěn)定的電源才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，因此我們這里采用了多級(jí)濾波，并且采用了優(yōu)質(zhì)的LM7805和LM1117穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5V和3.3V電源。

　　圖4-7 電源模塊

　　以太網(wǎng)接口電路設(shè)計(jì)

　　以太網(wǎng)接口RJ45，這是一個(gè)非常關(guān)鍵的器件，因?yàn)閺腗CU出來的差分信號(hào)很容易受干擾，一定需要一個(gè)隔離變壓器來實(shí)現(xiàn)隔離，而且在實(shí)際調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)隔離變壓器到MCU的引腳不能超過5cm，否則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定，表現(xiàn)的狀態(tài)就是和電腦的聯(lián)網(wǎng)不穩(wěn)定，最后的解決方法就是PCB中注意布線就可以了。

　　圖4-8 以太網(wǎng)接口

　　基于對(duì)嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的背景研究，本設(shè)計(jì)提出了一個(gè)簡(jiǎn)易可行的方案，以熱釋電紅外傳感器來檢測(cè)是否有人靠近，如果沒有人靠近處于休眠狀態(tài)可以節(jié)電；當(dāng)有人靠近設(shè)定區(qū)域的時(shí)候，傳感器輸出信號(hào)，ARM處理器接收到信號(hào)立刻做出響應(yīng)，觸發(fā)內(nèi)部的電路和程序，馬上開啟監(jiān)控?cái)z像頭進(jìn)行監(jiān)控，然后數(shù)據(jù)經(jīng)過以太網(wǎng)媒介傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的PC端，PC端接到視頻數(shù)據(jù)之后馬上進(jìn)行解析并且顯示，同時(shí)可以將現(xiàn)場(chǎng)的問題和其他的數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸過來，并且可以設(shè)置蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。