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大型仪器设备远程视频监控系统的硬件设计

发布时间:2020-06-30 17:42:43 阅读: 来源:焊锡机厂家

摘要:为了有效地管理高校中分布范围广、运行周期长的大型实验仪器设备,设计出一种采用嵌入式ARM处理器和DSP处理器双核结构的视频监控系统,详细分析了视频采集压缩、数据存储和设备上电检测等主要硬件模块的设计方案。系统实现了对大型实验设备的远程化监控和自动化管理功能,为高校设备管理提供了一种可行的解决方案。关键词:ARM;DSP;远程视频监控;硬件设计 目前,国家对高等教育的重视程度不断提高,对高等院校的科研资金投入不断增加。各类高校的科研条件得到很大的改善,许多高校都引进或购置了大型的实验用仪器设备。这些仪器设备往往较为昂贵,且对使用条件要求较高。高等院校及科研院所的实验室大多采用计算机管理系统进行管理,但此类管理系统一般都只局限于对设备账目的日常化管理,是一种静态的管理。而对设备的使用状态及完好情况、使用设备的计时收费、实验教学情况监控、实验室电源系统的控制以及实验室安全等方面缺乏完整的监控管理系统。因此,设计一种针对高校大型仪器设备的远程视频监控系统是很有意义的。通过这一系统,设备管理人员能够实现对仪器设备的远程监控和自动化管理。当设备故障时,亦可通过观看先期存储的使用状态录像来判断故障原因,减少了维修时间和维修成本。1 总体方案设计1.1 处理器介绍 数字信号处理器(DSP)凭借强大的运算处理能力被广泛应用在视频图像处理等运算密集的场合,而嵌入式微处理器(ARM)以其强大的控制能力广泛应用于网络服务等外围控制的场合。在本系统中,以ARM作为主处理器芯片,完成各种控制和网络传输功能;采用DSP作为从设备单元处理器,完成数据采集和分析处理的工作。ARM单元和DSP单元构成监控系统的双核架构,并通过数据总线将DSP上处理的数据发送给ARM进行传输或存储。 本系统采用芯唐公司的NUC960作为主处理器芯片。NUC960是一款以16/32位ARM926EJ-S为内核的精简指令集微处理器。该内核提供了8 kb指令高速缓存和8 kb数据高速缓存,并包含一个完整的存储器管理单元(MMU)。NUC960集成了丰富的片上资源,包括10 M/100 Mb以太网MAC控制器、EBI总线单元和用于外围设备通信的PCI总线接口等。NUC960提供嵌入式Linux系统所需的虚拟存储功能,尤其适用于各种要求高性能和低功耗的嵌入式产品中。 同时,本系统采用SPCT6100作为从处理器DSP芯片。SPCT6100是一款高性能多媒体数字信号处理器,主要用于监控系统中的编解码。它采用H.264视频编解码技术,并包含四路视频输入、一路音频输入和一路音视频输出。特别地,SPCT6100包含有两种接口类型,即PCI(外围器件接口)和HPI(主机接口)。通过这两种接口,SPCT6100可以方便地集成到各种嵌入式系统中。1.2 系统总体结构 系统的整体框图如图1所示。NUC960上运行嵌入式Linux操作系统,实现整个监控系统的协调控制和网络功能等;SPCT6100通过数字信号处理算法,实现数据的分析、处理和传输。为了尽可能多的保留NUC960外围接口,且考虑到芯片引脚特点,NUC960与SPCT6100之间采用PCI总线进行数据通信。

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在本系统中,从外接的CCD摄像头采集到的视频模拟量信号经由A/D转换进入SPCT6100进行数字信号处理。NUC960通过PCI总线读取经过处理后的数字量信号,并将压缩的数据通过校园网络传送到服务器。当网络阻塞或服务器故障时,NUC960可以将数据存储在本地的存储器芯片上。设备管理人员可以通过Web-server查看设备当前的运行画面,也可以调取存储在服务器上的设备早期运行画面。 考虑到本系统主要面向高校实验室的仪器设备,为了方便校园信息化管理,NUC960扩展的UART串口可以连接读卡器,系统可以通过读取校园卡来记录使用实验设备人员的信息。另外,本系统还实现了设备上电检测的功能,即当实验设备开始上电运行时,系统才开始处理和存储视频信号;当实验设备关闭时,系统停止处理数据。这样即可消除大量的冗余数据,节省服务器开销。

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