无线车载视频监控系统

无线车载视频监控系统（精选9篇）

无线车载视频监控系统 篇1

随着WCDMA无线网络技术和数字视频压缩技术的发展, 在无线网络上传输视频和音频成为一种趋势, 南京市公路运输管理处 (南京市交通局运政稽查支队) 多方调研, 集思广益后推出了一套“无线视频监控系统”, 该系统具有其他无线监控系统无法比拟的功能和特点, 能够保证车辆移动过程的数据和音视频的正常通信, 完全符合移动通信的的严格要求, 是全数字化、智能化、网络化、系统化无线监控系统的典型代表。系统主要作用是能够将现场和指挥中心之间实时双向传输文字数据、音频、视频, 以提高指挥的准确性和及时性。新一代移动视频监控系统的移动特性是利用WCDMA技术进行视频数据的无线网络传输的新型系统。它采用了先进的视频压缩算法H.264、流媒体视频数据压缩技术无线传输网络解决方案, 是整合了WCDMA数据通讯功能和数字视频编码功能为一体化的便捷式的产品。它把摄像机图像经过视频压缩编码模块压缩, 通过智能无线通讯终端发射到WCDMA网络, 实现视频数据的交互、发送/接收、加解密、加解码, 链路的控制维护等功能。根据应用, 把实时动态图像及车载终端其他数据信息 (例如IC刷卡机和智能投币机的票额) 传输到距离用户最近的联通或移动通信网络。可以通过Internet从系统中控端得到实时图像信息。该系统整合了WCDMA网络和Internet网络的优势, 在空间和距离上产生了突破性拓展。

一、系统架构

(一) 系统主要部分简介

根据系统总体结构, 我们将本系统分为三个部分

1、车载监控部分

车载监控终端部分由摄像头、车载DVR、控制设备和无线路由器组成。摄像头负责采集视频数据并由车载DVR进行编码处理, 把编码后的数据通过模块化的无线路由器传送到远程指挥调度中心。

2、传输部分

传输部分主要采用无线和有线方式进行传输。

(1) 无线方式

在运动车辆上, 主要采用3G (即WCDMA) /Winmax进行视频传送, DVR采集并压缩视频信号后, 通过无线网络把压缩后的视频数据发送到指挥调度中心。而系统中完成DVR与IP网络通讯工作的就是无线路由器。无线路由器最大限度地提高系统的吞吐量, 使无线监控视频更加流畅, 无线路由器支持VPN隧道, 固定IP拨号, 双向认证的功能, 充分保证系统的安全性和稳定性。

(2) 有线方式

有线部分主要对监控中心可进行远程观看。

3、监控中心

在监控中心安装相应的服务器系统和平台软件, 实现对车辆、车场设备的统一管理, 并分发数据流和视频流供工作人员进行监控。实际应用系统中将包含多个服务器, 主要有管理服务器、录像服务器、流媒体转发服务器以及若干应用服务器, 每个应用服务供若干功能。

4、应用软件

工作人员通过客户端软件对本系统进行操作和管理, 根据用户权限获取相应的视频和其他相关信息, 同时也可通过本系统下达指令对司机进行极具现场感的远程指挥, 在紧急情况下可通过本系统对乘客进行指挥和引导。

5、系统互联

为进一步通过本平台和其他系统进行互联, 平台软件预留多个接口, 实现和公安、媒体、物流等行业的信息共享和联动。同时也具备向公众用户进行信息发布的功能。其他业务系统也可接入本系统, 实现各个系统的统一操作和有效联动, 达到1+1〉2的应用效果。

(二) 车载监控终端

车载智能终端 (即车载DVR) 采用专业车载设计, 适应汽车电源并采用高抗震设计 (结合机械减震、电子抗震和软件抗震专利) , 使用可抽取的普通2.5寸硬盘;具有多种模式安防监控录像功能 (手动、定时、报警联动) 和快速方便的查询回放模式, 产品具有高速USB2.0接口, 宽带网络接口, 方便数据备份。

车载智能终端既可以独立使用, 也可利用扩展内置GPS全球定位系统和WCDMA通讯模块, 构造无线视频监管系统, 进行远程调度管理和实时监控。

车载监控终端可以独立完成车上视频录音、录像、监控功能, 更可以进行扩展配置成具有无线网络监控管理的系统, 完善和提高管理部门对车辆的监管能力, 对重点区域、重点路线进行更加及时、紧密的监控。

整个视频监控管理系统软件平台分为两个主要部分:

1、服务器部分

实现对系统的管理和设置, 包含中心管理服务器、设备接入服务器、转发服务器、数据库服务器等, 各个服务器有机结合形成一个服务器组, 用户可根据需要做一定的裁减和部署以适应具体项目要求。

2、客户端软件

实现对系统中车辆视频和轨迹的实时监控、历史回放、报警设置、电子地图等功能。软件采用C/S和B/S兼顾的模式, 一般工作人员可采用B/S方式进行操作, 但功能相对简单, 系统管理人员可采用C/S方式进行操作以体现系统全部功能。可参见软件功能介绍。

(三) 软件功能介绍

1、功能区域

(1) 树状列表区域:在本区域可以获得当前已上报的车辆信息, 该信息由DVR通过无线信道上报。可以实时显示车辆的在线、报警等状态信息。

(2) 地图区域:地图区域用于GIS地图操作, 具有基本操作 (放大, 缩小, 移动、更换) 、地理数据测量、路径匹配、车辆轨迹定位和跟踪等功能。

(3) 视频显示区域:用于显示视频, 可选择多种显示方式, 如六画面、九画面等, 该窗口可以切换成报警设置、事件查询、录像查询等窗口。

(4) 信息显示区域 (窗口) :主要用于显示报警信息, 包含报警源、报警时间、报警类型等信息。

(5) 状态信息区域:提供车辆速度和位置等主要信息。

系统支持双屏显示, 地图和视频可分别显示在不同的屏幕上, 便于用户使用。在单屏时, 用户也可根据关注点的不同自行调整移动窗口的布局, 使视频或地图处于主画面位置。

2、主要功能

(1) 通过无线信道实现对车内、车外情况的视频监控和录像调看。

(2) 提供完善的矢量电子地图, 除基本的地图操作外, 还具备测量、编辑、查询、站点添加等高级功能。

(3) 通过GPS和GIS系统, 实现对车辆运行路线的监控和管理, 提供矢量电子地图供用户进行定位和查询, 系统可根据地图信息告知车辆附近标志性建筑物, 便于用户确定车辆位置。

(4) 对报警和异常迅速响应, 具备完善的视频联动功能, 提供车辆运行信息、轨迹信息和视频信息帮助工作人员进行分析和处理。

(5) 通过录像分析工具, 重现案发时刻的情况, 可根据报警事件进行查询以迅速定位可疑录像。可按照时间进行查询, 将同一辆车的多个通道同时进行播放, 便于工作人员对比分析, 支持快进 (最快高达100倍) 、慢放、倒放、逐帧播放。可以实现对多辆车辆的长时间录像数据进行备份、查找、播放的方便操作。录像本身命名体现出车辆信息、时间信息、通道信息, 在视频播放中也可以直观看到, 方便对文件的管理。

(6) 现有的场站网络资源有限, 大多采用拨号上网的方式, 系统支持DNS (动态域名解析) , 适合公共INTERNET特别是拨号上网的网络环境。

(7) 支持多种类型的普通DVR和IP CAMERA, 可实现在同一平台上对原有车站等处监控系统的接入。

(8) 具有完善的车辆管理信息, 可独立构建车辆和司机数据库, 便于工作人员查找重要信息。

各种车辆运行信息、轨迹信息和视频信息等形成统一报表, 供领导和工作人员定时查询

(四) 无线传输设计

现有无线网络主要有以下几种:

1、微波数据网传输技术

2、卫星通讯网技术

3、基于运营商的无线网络传输技术

4、无线局域网技术 (包含Wi MAX技术)

其中前两种技术由于运行成本过高, 不适合车辆应用。

基于运营商的无线网络传输技术也就是利用现有无线网络运营商的平台进行网络传输, 主要采用中国联通的GSM/WCDMA网络。通过分析数据发送所用时间, 获取无线网络的实时带宽, 并以此对视频编码参数和码流控制策略进行调整。

1、对数据包进行分析和纠错, 以适应无线网络误码高的特点。

2、增加缓冲池容量, 改变缓冲策略, 保证数据的平稳发送和接收。

3、在线路条件允许的情况下, 采用多路GSM/WCMDA信道捆绑的方式传输视频数据, 实现较好的视频效果。

视频数据传输优先采用组播方式, 并具有RTP/RTCP控制功能。在组播受限的场合下, 可通过流媒体转发服务技术, 在两个低带宽连接的子网络之间采用转发服务器以隧道方式进行视频数据的转发, 有效避免网络瓶颈, 流媒体转发服务器可级联并支持无线窄带网络。

二、3G无线监控视频系统

车辆发生事件较多, 车内视频录像的实时传输势在必行。3G业务开展后, 实现车辆3G视频传输, 通过服务器、电视墙进行视频存储和监控。

3G无线视频监控是采用成熟的WCDMA (3G) 无线网络, 集高清晰度变焦彩色摄像机、多功能解码器、无线传输模块于一体的新一代高科技监控产品。人性化的一体式设计减少了系统部件之间的连接, 提高了系统的可靠性, 简化了产品的安装, 轻巧灵活, 操作简单, 使用方便, 只要有WCDMA网络覆盖的地方, 现场用户只要打开电源开关, 多个授权用户便可通过手机、联网电脑同时观看视频图像。

从车辆内部监控存储的考虑, 由于车辆在路上行驶颠簸比较频繁, 间接地影响了监控存储的寿命。如何提高存储设备的寿命就成了重要的问题。

市场上车载监控大致上可以分为三种:1、可实时观看图像, 车内可以进行存储。2、只对车内部存储, 定期由公司人员进行复制和备份。3、采用FLASH盘, 进行存储

三种方式中第一种和第二种存储方式性价比最高, 可大大提高存储的时间。而且第一种而且可以进行实时的观看, 存储的格式可以达到D1格式。如果是第三种方式则存储时间短, 擦写的次数有一定的限制, 不适合视频录像存储。

参考文献

[1]田霞.基于3G网络的新型无线监控系统[J].2010 (, 36) .

[2]朱兆坦.论公共安全视频监控系统的现状及建设方向[J].信息网络安全, 2010, (06) .

[3]杨波, 廖建新, 吕新荣, 王纯, 张天乐.3G网络中流媒体缓存系统的设计与实现[J].计算机工程, 2007, (13) .

[4]刘睿强, 林涛.3G边缘问题小区切换策略的探讨[J].通信技术, 2011, (03) .

无线车载视频监控系统 篇2

正伟短信/GPRS无线LED一体控制卡应用文档

GPRS远程无线车载LED信息发布系统方案

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地址：上海市徐汇区漕宝路70号光大会展中心C座1102室 总机：021-64823049 021-64325603 021-64087245 传真：021-64087245-804 邮政编码：200233

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正伟短信/GPRS无线LED一体控制卡应用文档 GPRS远程无线车载LED信息发布系统方案

一、短信/GPRS无线LED一体控制卡概述

由于传统的LED 显示屏的信息输入只能通过数据线与电脑直接连接来进行, 因此对于传统LED显示屏来说不能满足远程信息实时发布的需要，因而不能构建大规模的联网式信息发布系统。基于此我司研究出短信/GPRS无线LED一体控制卡，基于短信/GPRS无线网络技术，提供通用LED 通信控制接口，实现对LED 显示屏的大规模的组网。无论是普通的文字条屏，还是大屏幕的图文屏，只要接上无线LED一体控制卡，就能马上打破传统LED显示屏的限制，成为能够大规模联网的无线LED信息显示屏。无线LED 信息显示屏是一种全新的信息媒体，一经面世，便被广泛的社会团体所接受，其“流动”显示和联网信息发布的特点更为广告界所推崇，成为一种全新的广告媒体。无论LED 显示屏放在何处，LED 显示屏的数量多少，系统的主控中心都能将信息准确、即时的发布到指定的某个或多个或全部的LED 显示屏上。无线LED一体控制卡能够极大的增强LED 显示屏作为信息显示载体发布信息的灵活性和实时性，为拓展LED 显示屏的应用发挥极大的功效。

短信/GPRS无线LED一体控制卡具备有线控制卡的显示功能，通过手机或者能上网的电脑给LED显示屏无线发送内容，傻瓜式的操作，广泛应用于各种门头屏，车载屏，气象屏等等LED单双色显示屏，受到用户广泛欢迎，有线控制卡的价位，无线的功能，省却布线和人工成本，傻瓜式的操作，省却培训和售后技术支持成本

二、网络拓扑结构

无线LED信息发布系统由LED显示屏、LED显示控制器（短信/GPRS无线LED一体控制卡）、和无线LED信息发布中心平台几个部分组成。控制中心通过LED显示信息发布软件，以GPRS 网络为数据传输载体，以无线数据传输单元和LED 显示控制器为LED 显示屏的接入终端，实现由控制中心远程向远程的无线LED显示设备发送图文信息。

无线传输LED显示屏应用示意图：

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系统组成及各部分特点：

A）：显示系统: 1．短信/GPRS无线LED一体控制卡

采用双MCU，一个只负责数据的处理。一个负责显示，这样大大的减少了显示MCU的开销，使此控制系统具备了很高的显示质量。

GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。短信/GPRS无线LED一体控制卡是我司针对LED显示屏设计的一款内嵌TCP/IP协议栈的LED一体控制卡，采用工业级的芯片。为用户提供一种新的控制卡。产品特点

* 标准工业级产品，满足工业标准，可用于恶劣工业现场环境； * 使用方便、灵活、可靠，多重技术保障产品高度稳定； * 支持双频GSM/GPRS 900M 1800M； * 内嵌TCP/IP协议，支持TCP协议； * 永远在线;* 可实现点对点，点对多点等灵活的组网方式；

* 短信/GPRS的远程控制功能，可用短信/GPRS进行信息发布； * 支持永远在线模式，断线自动重拨；

* LED显示屏接口：2个08接口，4个12接口 ； * DC5V，2000mA供电，具有节能模式；

* 内置看门狗，随时监控运行状态，保证产品稳定可靠的运行； * 抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求

2．显示屏体

显示屏体由各系统集成商自行采购

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显示屏体主要由显示单元板（包括显示驱动电路板）、电源和框架等组成。单元板是由LED模块组成的显示单元。LED模块内植有发光二极管管芯 1.车租车车内屏

显示面积：9.6cm*76.8cm

外框尺寸：13.5cm*80cm 出租车车顶屏

显示面积：9.6cm*76.8cm

外框尺寸：15cm*85cm

1、灯点

（1）使用超高亮度LED发光管，能充分保证显示屏的亮度，及整屏的均匀性。

2、外壳

（1）有多种专门为出租车及公交车设计的外壳。

(2)采用模组背开式，除灯点以外，可完全由背部维修。

B）：控制中心及客户端信息管理及发布软件

整个软件系统采用BS+CS架构设计，系统运行于互联网上。整个软件系统分为以下几部分：客户端管理软件、运营中心管理软件、中心数据库服务软件、GPRS中心服务软件及GPRS终端软件。

整个系统数据处于中心服务器上，用户端安装用户服务软件，用户通过用户帐号+密码访问登陆系统并从中心服务器上检索、建立、修改数据。通过对不同的用户设置不同的权限，来完成用户的管理。各用户所要发布的信息通过InterNet网络上传到服务中心，由中心完成数据校验、审核工作，然后把有效信息通过网络分发给各地方的显示屏上。中心监控人员可以通过中心数据库监控各用户端所发

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布的信息。

软件体系结构为三层体系结构，整个系统划分为多个层次，所有数据交换基于Web Services服务完成，服务进行了加密处理，只有取得了密钥及有相应的权限的用户才能登陆到系统，完成数据的交互。这样可以提高整个系统的安全性。系统把界面层、业务逻辑层、数据层分开设计，每两层间均有加密控制，以提高数据安全性。

三、GPRS无线LED系统特点：

（1）实时远程发布：传统LED显示屏只能固定地显示所控制器内存储的信息，如需发布新的信息只能通过电脑联机来更新信息。无线LED显示屏可以随时接收信息中心下发的信息。

（2）不受距离限制：传统电子显示屏只能在短距离内使用，一般只有数十米，无线LED显示屏只要无线GPRS网络覆盖的地方都可以使用，不受距离和位置的限制。

（3）组网规模大：传统LED显示屏的内容由电脑通过串口数据线发送，显示屏数量在规模上受到限制。无线LED信息发布系统通过GPRS无线网络来发送信息，采用TCP网络传输协议，终端联网数量不受限制可以多达上万个。

（4）安装简单方便实用：不用麻烦的有线工程施工，安装位置可灵活选择。（5）远程维护功能，可用网络或短信远程对产品进行监控，便于维护和检修。

（6）．先进性：充分利用计算机互联网络、移动无线通信系统、LED显示控制等先进技术，设计具有国内先进的无线LED信息发布系统。采用目前先进的系统软件平台及终端设备，不但能够无线LED信息联网发布需要，而且能够支持相关各个行业内部具体业务需要。

（7）可靠性：本系统的可靠性主要体现在三个方面：一是中心系统的可靠性，操作系统、数据库、中心服务系统等软件平台的可靠性；二是无线LED控制卡的可靠性，硬件故障率低，可以设置心跳包和短信远程重联机制。三是通信机制可靠，依托移动或联通GSM网络，数据传输高效可靠。

（8）扩展性：系统要有良好的扩展性，当终端数量增加、使用用户范围扩大、系统功能增加时，能够平稳升级，支持现有的各类无线通信接入，GSM系统，GPRS系统，并实现了这些系统的并网运行，今后通过开发和安装相应的通信接口协议即可实现其他未来通信系统的接入。

（9）实用性：整个系统的操作以方便、简洁、高效为目标，既充分体现快速反应的特点，又能便于操作人员进行信息处理和发布，便于管理层及时了解各项统计信息。

（10）保密性：对于系统的管理实行严格的权限管理，只有持有一定权限的密钥才能访问、监控、实施相应的管理、控制操作，确保系统安全可靠。

四、软件系统主要功能：

1．系统无限大支持无线LED显示屏数； 2．通信体制支持：短信/GPRS通信方式； 3．系统软件采用C/S结构或者B/S结构；

4.登录管理，用户权限管理，可定义不同的操作用户有不同的操作权限，实现用户分级管理； 5．支持LED显示屏设备信息管理功能，可实现分组管理；

6.支持栏目管理，可设置不同的栏目； 7.信息编辑：可灵活编辑信息播放方式，播放时间，信息有效期，可编辑字库及点阵文字信息及图片信息； 8．支持信息实时发送、定时发送、单发，群发，分组发送等；

9．强大的查询功能，可对用户、信息、设备、栏目、工作日志等等进行查询； 10．强大的显示屏控制功能，可校时、开关屏、亮度控制、同步控制等；

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五、系统应用

作为一种新的信息发布载体，无线LED信息发布系统具有广阔的市场和用途，主要应用如下：

小区楼院：将无线LED显示屏安装在小区、楼宇、院子入口处，作为小区信息公告牌，方便物业和居民发布物业通知、公益资讯、小区公告、气象信息、安全知识、交通提示、社区信息等，有助于社区信息的整合与传播，净化社区环境，提升社区形象；

政府部门：将无线LED显示屏安装在政府部门的办事大厅，作为政务公示栏，用来发布政府政策、公告公示、民意调查、应急通知、预警提示、气象信息、法规宣传等；无线LED显示屏可以成为气象、安全、交通、水利、消防、民政、公安、城管等行业部门信息发布与预警系统的标准终端。

门店超市：将无线LED显示屏安装在商店门头、超市入口、大厅、货架处，用于发布导购提示、供求信息、价格行情、促销打折、新品推介、商家推荐、客户问候等，是商家引导顾客的媒体和信息传播的窗口，有助于吸引消费者，促进商家信息的传播。

交通车站：将无线LED显示屏安装在车站候车室、收费站、站台中作为电子公告屏，用于发布公交信息、天气预报、各类广告、即时新闻、交通路况、票务情况、临时通知等；

交通车辆：将无线LED显示屏安装在公交车辆、城市出租车、地铁车辆和铁路列车上，用于发布城市新闻、天气预报、交通路况、商业信息等；

广告传媒：将无线LED显示屏可嵌入到广告灯箱、户外广告、招牌门牌、路牌中用于发布即时广告和信息，可以有效提升整体广告效果，扩大广告受众率。

农业农村：将无线LED显示屏安装到各村、镇重要场所，作为农村供求信息栏，用于发布农业科技、农业政策、应急广播、市场信息、供求信息、气候信息、病害防治等；

宾馆酒店：选用带有牌价栏的无线LED显示屏安装在前台、大厅等处，用于发布房价信息、公告通知、气象预告、消费指南、欢迎语等；

学校医院:将无线信箱作为电子公告栏，用于发布服务指南、收费公示、预防提醒、会议通知、学术活动、供求信息等。

六、公司简介

上海正伟数字技术有限公司（Shanghai Zhengwei Digital Technology Co., Ltd.）注册于上海高新技术开发区，是上海市科委审定的科技企业。公司专注于嵌入式系统领域的技术创新和产品开发，专业提供嵌入式网络领域、无线网络领域和嵌入式计算系统领域的软硬件产品及技术服务。

正伟拥有专业的研发技术人员和优秀的营销团队，并具有从专科到博士不同学历的良好人才结构。公司与众多系统集成商、学校政府研究所在器件供货、产品经销、技术创新等方面形成了良好的合作伙伴关系。正伟在嵌入式控制、2G-4G（GPRS/CDMA/EVDO/HSDPA）无线通信、GPS卫星定位及嵌入式软件开发等技术领域拥有核心技术，并提供了一系列高品质的产品。

“无线技术 引领未来”,正伟从2003年初开始敏锐的意识到GPRS/CDMA等无线技术是市场和技术发展的大趋势，无线网络将不可避免地渗透到人与人，人与机器，机器与机器通信的每一个角落，无线技术所带来的信息流通及随之而来的系统决策科学化，决策高速化，及系统自我决策化将极大的影响人们的生活，正伟积极的投入了这个过程，立志将无线网络应用到每一个角落，提出了“网络天下，沟通世界”的宏伟目标！

数年来精益求精，兢兢业业，上海正伟成功的把无线产品应用到长城内外大江南北，以及台湾、澳大利亚、南非等国内外数十个行业，并获得一致好评。

我们获得了国家创新基金支持，参与了上海市河流污水处理，上海灾害天气预警系统，上海浦东市政宣传系统，上海松江精神文明宣传系统，上海静安景观灯控制系统，上海高架情报板系统，上海停车信息发布系统，上海徐汇交通指示系统，药监局药品快速反应系统，新疆农业信息发布系统，内蒙电力监控系统，云南气象信息系统，安徽车载信息系统。。等等。部分产品项目得到了上海晨报和中央电视台CCTV的广泛报道，我们与上海海事大学在港口管理物流信息决策等领域达成技术合作和人才培养。

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凭借其技术、人才、管理优势，本着“踏实创新，追求卓越”的企业精神，正伟数字锐意进取，勇于创新，力争成为嵌入式网络领域和无线通信领域领先的设备提供商和服务提供商。“正人正事，伟心伟业”是公司永恒的信念和追求。客户应用短信/GPRS无线LED一体控制卡项目图片：

嵌入式无线视频监控系统的研究 篇3

关键词：无线视频监控；视频压缩；视频驱动程序；监控软件；

中图分类号：TP339 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0000-01

目前，计算机技术的不断的发展使得一些高科技的产品不断的问世，这也使得全社会的信息化程度不断的提升，也带动了视频的监控系统的飞速的发展，目前无线视频监控系统已经从以往的公共场合范围发展到了企业、交通、甚至家庭的场合，如今交通的智能化、家庭的安全都离不开无线视频监控系统。在计算机不断发展的同时也带动了无线通信技术的发展，如今无线通信技术已经发展到了第4代，其中第三代的无线通信技术发展最为完善，也为视频的监控系统发展提供了心的傳输路径，目前视频的监控技术和无线传输的技术相结合更加完善了无线视频的布网，是的无线视频监控点的布网更加的灵活不受限制了，与以往的有线视频监控相比具有成本上的优势。使用也更加方便，这就使视频监控进入一个新的发展阶段。由于电缆的价格昂贵也使得这种电缆型视频监控系统价格非常高，由于这种高昂价格的限制，一些专家开始研究嵌入式的网络视频服务监控系统，这种嵌入式系统的远程视频系统中使用高速的处理器芯片作为核心部件，比如DSP、ARM等核心处理器，这样可以通过USB进行数据的采集，采集的这些图像信息通过处理器的高速处理在经过JPEG的压缩，然后再通过高频的传输模块进行无线的发送和接受视频数据，视频的数据通过串口的网络传送给服务器终端，最后服务器对图像进行处理，通过显示器进行显示。

一、视频监控的现状及发展趋势

视频监控系统是一种新型的数据图像采集系统，它能够对指定的场景进行定时的采集，采集的信息包括图像信息和音频信息，这些信息采集完以后就可以通过固定的方式进行传输，进入安全的防范系统。这种视频监控系统广泛的应用在一些公共场合和一些热点地方，能够对以上的地方进行实时的监控，能够实时的看清楚各个地方所发生的一切，除了一些公共场合以外一些企事业单位也慢慢的引入视频监控系统，对厂区的各个地方进行防范，目前交通方面应用也非常广泛，如今随着计算机技术的不断的发展，以及图像技术和通信技术的不断的发展都为视频监控系统的发展提供了良好的基础，在这种大的环境下视频监控系统也取得了长足的进步，也慢慢的实现了网络化、智能化。

视频监控系统在我国发展比较晚，在上世纪80年代以来开始在我国慢慢的兴起，然后进入了飞速的发展阶段，主要有以下几个阶段：

第一个阶段，模拟监控，模拟监控就是我们常说的闭路电视监控系统，其采集的信息全部是模拟信号，监控的摄像头直接把采集的模拟信号传送到监控中心，然后监控中心把采集的模拟信号进行显示，监控中心还可以把模拟信号进行存储。

第二阶段，准数字化监控，准数字监控系统主要是通过刻录机进行延时模拟的录像机，可以实现把原来的模拟信号转化为数字录像。

第三个阶段就是数字监控，主要是通过数字硬盘录像机，把硬件和软件结合在一起组成嵌入式系统，这种结构紧凑的系统稳定性很高，而且成本大大降低。

第四个阶段：远程网络视频监控系统。这种视频监控系统与以往的一些监控系统相比最大的有点，就是稳定性可靠，它集中了以往视频监控系统的优点，从数据采集要数据的传输都十分可靠，数据主要通过IP的网络进行传输，传输到后台监控系统，监控中心对信息进行处理和分析，最后通过显示器进行显示，这种远程视频监控系统支持很多传输的方式，还具有很强大的组网的能力。

二、无线视频监控系统的总体结构

本文所研究的嵌入式无线视频监控系统主要是由嵌入式终端和后台监控中心组成，嵌入式视频监控系统的采集压缩，然后对采集的信号进行一系列的处理，最后利用网络把信息发送到后端的监控中心中，后台的监控中心利用一些特定的软件把对视频的数据进行显示，同时监控中心可以对监控终端进行远程控制整个嵌入式终端由视频采集模块、视频压缩模块、主控模块和传输模块构成。

三、无线视频监控软件整体思路

在本论文的设计中，为了保证实时传输采用了基于UDP的网络传输。整个视频监控软件最大可以同时接收并显示9路视频数据，通过接收视频数据包中的控制信息来确定接收的视频数据属于哪一个监控终端。每一路的视频处理流程是类似的，整个监控软件可以分为四个模块：视频缓冲模块、视频接收模块、视频解压模块及控制指令模块。在视频缓冲模块中，每个视频数据流都有自己的缓冲区，缓冲区是由连续的帧缓冲区组成的，并构成一个先进先出的环形队列结构；每个帧缓冲区的状态根据其是否存储有完整的视频帧可分为满和空；接收到的数据包在对应的帧缓冲区内进行组帧和缓冲，并在对应数据流的缓冲区中形成一个帧队列，先接收到的帧为队列首，后接收到的帧为队列尾。视频接收模块负责从网络中接收视频数据包，并根据包头中的控制信息将视频数据包存储到相应视频流缓冲区的队尾的帧缓冲区中。在视频解压模块中，每个视频流都对应一个视频压缩。

四、结束语

嵌入式视频监控在我国各个行业都广泛的应用，虽然这种监控嵌入式的视频监控系统不断的进行完善但还存在一些不足，由于网络的带宽问题以及信息压缩问题，这也使得视频的稳定有有待改进。本文主要是简单的分析了嵌入式视频监控系统的发展和硬件的组成，在软件方面也进行简单的介绍，虽然在这种系统中还有一些改进的可能，随着视频监控系统的数字化和智能化的发展，还可以利用一些高新的技术比如：传感器技术、控制器技术等进行连接，实现更高的分辨功能，这样就更加智能，这种系统还能够对异常的情况进行检测，在以后的发展中这种技术都会被慢慢的利用，甚至还有一些报警的功能，这些功能的实现是由充分技术保障的。同时视频传输的实时性有待进一步提高，这需要视频监控所涉及的各方面技术的共同进步。

参考文献：

[1]刘富强.数字视频监控系统开发及应用[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]李鹏，郭宝龙.H.264视频编码的嵌入式系统实现[J].电子科技，2006（04）：11-13

[3]余兆明.图像编码标准H.264技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.

无线车载视频监控系统 篇4

针对上述问题,本文设计并实现了一种基于WCDMA和CDMA2000 EVDO系统的车载式双模视频监控系统,该双模系统依托WCDMA和CDMA2000 EVDO移动通信公众网实现视频监控,便捷实用,系统中合理调度双模同时传输,和传统的单模系统相比,有多方面的优势。本文重点介绍该视频监控系统的整体设计,给出嵌入式设备车载监控终端的硬件设计,详细介绍了监控中心的软件设计,之后对整个系统进行了测试,并记录了测试结果。

1 车载视频监控系统结构

车载双模无线视频监控系统组成框图如图1所示。

系统包括车载式双模视频监控终端,CDMA2000和WCDMA系统基站和3G核心网络,Internet和后台监控中心。

车载双模监控终端利用模拟摄像头完成对所需监控视频的采集,将视频数据进行H.264编码压缩处理,通过CDMA2000和WCDMA 3G无线通信模块实现监控视频和其他信息例如GPS信息等向监控中心的上传,同时接收监

控中心的信息和指令,实现对视频信息的分割、封装、调度和管理。

WCDMA系统基站和核心网、CDMA2000系统基站和核心网都是借助于公众网络,接入Internet网络建立车载视频监控终端和视频监控中心的通信链路,完成两者之间的视频传输以及信令交互等。

视频监控中心完成对车载视频监控终端采集传输的视频信息进行组合、解码、视频恢复和实时显示,同时完成对车载视频终端的调度和管理。

2 车载双模视频监控终端设计

车载视频监控终端系统组成结构图如图2所示。

1) 核心处理模块。

车载视频监控终端系统CPU选用具有ARM+DSP双内核的OMAP3530[5],可兼顾设备的数据处理强度大、调度和控制功能要求高的需要。DSP内核对视频信号的压缩处理能力强,主要完成对H.264视频进行编码压缩,ARM内核完成系统的整体控制和对DSP运算结果的访问。

2) 电源模块。

电源管理选用与OMAP3530匹配的TPS65930芯片智能管理整体系统的电能供应。设备对外提供适配器电源接口,通过汽车车载逆变器供电。

3) 多媒体数据采集模块。

音频数据由MIC部分负责采集一路音频数据,将模拟信号用差分输入方式送入TPS65930中,然后用I2S数据总线把采样后的数字信号传输到OMAP3530中。视频数据由模拟摄像头采集,通过BNC数据线连接核心处理模块,传送数据到OMAP3530中。音频数据和视频数据,在OMAP3530中都以DMA方式进行数据的搬移,搬移到DDR中后。在DSP端以H.264标准对视频数据进行压缩,以G729标准对音频数据进行压缩。把压缩后的数据进行本地存储(用USB总线传送到移动硬盘)或者发送到控制中心。

4) GPS模块。

用GPS模块的唤醒功能可以实现对终端的定时定位和不定时定位。通过无线信道将定位卫星采集到的当前终端的地理位置信息、时间信息等发送到GPS模块,然后通过UART芯片传送到核心处理模块中,解析后保存在内存当中。终端程序通过解包、判断并提取出GPS信息之后,然后将这些信息与图像信息一起封装在一个结构体中,最后通过无线网络发送模块将信息发送到监控中心。

5) 数据发送模块。

选用中兴通讯公司的MC8630 CDMA2000通信模块和华为技术有限公司的EM770W WCDMA通信模块作为系统无线网络数据发送模块。利用USB接口和MIC2551A芯片连接处理模块和发送模块,通过对发送模块操作AT指令实现网络数据传输。

3 视频监控中心设计

视频监控中心是整个监控系统的中枢神经,管理、调度整个监控系统的合理运行,指挥视频终端按要求实时进行监控。本监控中心系统采用Microsoft Visual C++6.0开发[6],分功能进行模块化,最后按需求整合实现视频监控中心系统。

3.1 监控中心系统结构

如图3所示,视频监控中心主要分为7个功能模块。

1) 监听、建立通信链路。

该模块用于监听是否有视频监控终端请求链接,通过正确信息交互后,与相应视频监控终端建立通信链路,建立心跳包,实时监听终端是否处于连接状态。

2) 监控数据接收。

该模块用于通过UDP网络传输协议将监控终端上传的数据正确接收下来,然后保存在缓存队列中,以待后续处理。

3) 监控数据处理、显示。

该模块用于将监控数据中的视频数据和GPS信息分别提取出来。对视频数据进行解码、恢复,然后和GPS信息组合,经过相应处理后实时显示在监控中心主页面中,并且按需求保存监控视频。

4) 影像回放。

该模块用于对保存的监控视频进行回放。

5) 网络信息实时显示。

该模块用于对整个视频传输系统的网络信息进行显示,包括监控中心接收每个终端对应的传输速率kbit/s、f/s(帧/秒)、收到的总字节等信息,可用作实时观察每个监控终端的传输情况。

6) 双向语音通信。

该模块用于与监控终端进行实时语音通信,以此可用作指挥,管理。

7) 调度、管理指令下发。

该模块用于通过TCP协议对监控终端下发控制命令,例如设想头的切换,数据传输方式改变等。

8) 系统配置。

该模块用于整个系统的相关参数修改、配置。

3.2 监控中心应用程序设计

根据双模视频监控系统监控中心实际需求,本文给出了主要部分监控中心系统流程图,如图4所示。

首先视频监控中心不断监听是否有视频监控终端请求连接。当监听到有终端请求连接后,为其进行资源配置,并且建立心跳包链接,时刻监测视频监控终端与监控中心连接是否正常,如果视频监控终端断开,监控中心释放为其配置的资源。

建立心跳链接后,监控中心正常接收视频监控终端传输的监控数据。通过CDMA2000和WCDMA双模传输的数据需要接收保存进缓存内,考虑通过双模传输,需要对到达数据顺序进行调整。

对数据进行提前并解析,根据系统自定义的数据包格式,根据数据包头信息,分别提前出GPS信息、时间和视频数据,然后将提前的数据进行三个方面的工作:

1) 传递给程序主页面进行实时的监控显示;

2) 根据时间信息保存成文件,以待影像回放所用;

3) 统计计算监控数据信息,用于实时显示网络情况,包括kbit/s、f/s、丢包率等,同时利用调度算法,合理分配双模传输资源,下发反馈信息给视频监控终端,控制终端合理调度双模进行最大化数据传输。

3.3 关键技术实现

1) 通信链路。本系统中监控中心对监控终端的监听管理、信令控制等信息的交互采用TCP网络协议传输。TCP网络控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议,能够保证信息的完成传输。监控数据采用UDP网络协议传输,UDP是面向数据报的传输层协议,建立在IP协议上,提供一种无连接的高效率的服务,时延短,但不保证数据的可靠性,系统中视频数据要求实时性高而不要求数据绝对可靠,所以采用UDP协议传输。

2) 监听管理。监听终端请求,通过套接字TCP接口函数建立监听程序,首先通过socket函数创建TCP协议套接字,配置地址结构体SOCKADDR_IN,然后调用bind函数绑定相关信息,WSAAsyncSelect函数设置响应事件为FD_ACCEPT,最后调用listen函数实现监听,recv函数接收数据。主要代码如下:

SOCKET m_tcpSock=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); SOCKADDR_IN addrSrv;

addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY); addrSrv.sin_family=AF_INET;

addrSrv.sin_port=htons(m_ini.nTcpPort);

bind(m_tcpSock,(SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR);

WSAAsyncSelect(m_tcpSock,m_hWnd,WM_TCPIMG,FD_ACCEPT);

listen(m_tcpSock, 5);

建立心跳包链接也利用TCP套接字函数,同时通过SetTimer函数创建定时器,在响应函数OnTimer中定时发送TCP数据(心跳包)给终端,根据TCP套接字函数返回值判断链接是否正常,如果终端断开,则释放为其分配的系统资源。

3) 监控显示。将监控显示功能封装成ActiveX控件[7],监控中心通过调用该控件实现多终端监控信息的实时显示。利用VC++6.0建立MFC ActiveX工程实现显示控件,控件主要对外部程序提供3个接口。void ReSet()接口函数主要负责对占用资源的重置,释放;void ShowStream(byte* StreamBuf, long StreamLen)接口函数用于接收视频数据,第1个参数填写保存视频数据的内存地址,第2个参数填写地址长度,函数中调用H.264解码库,对视频数据进行解码,并保存进内存中;void SetGpsMem(double lon, double lat)接口函数用于接收解析后的GPS经纬度信息。接着在控件内部调用Invalidate()函数触发OnDraw(CDC*pdc,const CRect& rcBounds, const CRect& rcInvalid)显示视频信息和滚动的GPS信息。OnDraw函数中具体代码如下:

BmpInfo->bmiHeader.biWidth = iWidth;

BmpInfo->bmiHeader.biHeight = iHeight;

BmpInfo->bmiHeader.biBitCount = 24; pdc->SetStretchBltMode(STRETCH_DELETESCANS);

StretchDIBits(pdc->m_hDC,0,0,rcBounds.Width(), rcBounds.Height(),0,0,iWidth,iHeight,m_RGBbuf,mpInfo, DIB_RGB_COLORS,SRCCOPY);

CString str1="",str2="";

str1.Format(_T("经度=%15.9lf"),m_longitude);

str2.Format(_T("纬度=%15.9lf"),m_latitude);

pdc->SetTextColor(RGB(255,0,0));

pdc->SetBkMode(TRANSPARENT);

pdc->TextOut(m_nWidth,5,str1);

pdc->TextOut(m_nWidth,25,str2);

m_nWidth += 2;

RECT rect;

GetClientRect(&rect); //获取客户窗口矩形区域

if(m_nWidth>rect.right-rect.left) //文字重头开始

{m_nWidth=0;}

主界面中调用现实空间效果图如图5所示。

4) 双模调度。监控中心接收监控终端通过WCDMA和CDMA2000 EVDO(以下简称W和C)2个模块传输的数据,并进行统计计算,实时分析出2个模块的传输情况,确定个模块合理的传输比例,并将信息和命令反馈给监控终端。监控终端根据收到的监控中心的反馈信息进行发送模块的选择:根据反馈信息、进行视频数据包的序列分队,调整W模块和C模块的传输比例RW/RC进行数据传输。设监控终端传输数据集合为undefined,2个模块传输速率比值为n=RW/RC,根据监控中心反馈信息,调整n值,将M按n∶1的比例进行分队,重新分配队列后W模块发送数据为MW={(D1,D2,…,Dn),(Dn+2,Dn+3,…,D2n+1),…,(D(k-1)(n+1)+1,D(k-1)(n+1)+2,…,D(k-1)(n+1)+n)},C模块发送数据为undefined。算法流程图如图6所示。

4 应用测试

车载双模视频监控系统测试主要通过系统运行时由监控中心网络信息实时显示获得。监控中心配置如下:Windows XP操作系统,CPU AMD AthlonII X2 250 Processor 3.01 GHz,内存2 Gbyte。监控中心实时显示效果如图7所示。

外场测试参数,车速30~40 km/h,传输视频格式为CIF,每次行车时间15 min,行车地域为城市,车载终端视频采集帧数20 f/s,单模为WCDMA,双模为WCDMA+CDMA2000 EVDO,记录数据由监控中心实时显示网络数据获得,性能结果如表1所示。

由表1可以看出,在各方面参数设置相同情况下,基于双模传输的车载视频监控系统,通过调度算法充分利用两种3G网络进行数据传输,相比于单模视频传输有效地提高了视频传输质量。

5 结束语

结合国内3G应用的快速发展和视频监控的广泛应用,本文提出了一种基于3G网络WCDMA和CDMA2000 EVDO的车载式双模传输视频监控系统设计方案,在实践中经过测试分析,相比于传统单模视频监控系统,具有更大的发送速率,对单一网络依赖性小、稳定性高,传输质量好的特点,对安防、勘测、生产调度、抢险救灾等领域具有重要的现实意义,并能创造良好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]袁勇,蔡运富,常国柱.无线双模视频传输设备的硬件设计与实现[J].电视技术,2010,34(2):64-82.

[2]潘国良.简易视频会议系统的设计与实现[J].微电子学于计算机,2008,21(2):56-58.

[3]颜菲菲,高胜法,刘晓兰.远程视频监控系统的安全可靠性研究[J].计算机工程与设计,2007,26(9):2494-2496.

[4]夏振华,张正炳.基于3G移动通信的无线视频监控的设计[J].电视技术,2010,34(9):95-98.

[5]TI.OMAP35X applications processor[EB/OL].[2010-03-01].http://focus.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/oamp3530.pdf.

[6]侯俊杰.深入浅出MFC[M].2版.武汉:华中科技大学出版社,2001.

车载蓝牙无线免提系统 篇5

蓝牙是无线通信技术的一种, 随着无线通信技术的发展, 人们已经适应无线通信技术对车载系统的影响与渗透。但是, 目前的车载蓝牙设备一般都是依靠显示屏来完成人机交互, 使用的过程中司机必需查看显示屏来确定来电人的信息, 这样就会导致司机分心, 从而导致交通事故发生。因此, 从司机的安全性考虑, 完善的车载免提系统应避免利用显示屏改用语音播放代替, 以减少交通事故的发生率。

2 硬件电路设计

本系统硬件部分主要分以下四个部分:蓝牙模块、TTS语音模块、按键模块, ARM控制单元。如图1。

2.1 蓝牙模块

本文的蓝牙模块采用蓝牙车载免提 (BC04) 模块, 支持所有符合蓝牙1.0、1.1、1.2和2.0规范的手机, 针对不同的蓝牙手机, 蓝牙模块会自动切换不同的Profile[2,3]。通过串口1与ARM7主控器相连主要完成的任务是与带蓝牙功能的手机之间进行通信, 并将语音信号进行消除回音和降噪声处理。

2.2 TTS语音模块

语音合成单元通过串口0与主控器相连负责把从主控制器得到的文本进行语音信号的转换。

2.3 按键模块

用于识别按键和对按键进行相应的处理。

2.4 ARM控制单元

ARM7的主控MCU芯片LPC2131与蓝牙模块和TTS语音合成单元分别进行异步串行通信的控制, 来协调整个系统各部分之间的通信和控制。

3 系统软件部分设计

本系统选用μC/OS-II操作系统, 将其移植到ARM7的主控MCU芯片LPC2138上。在main中创建所有的任务、信号量和消息邮箱[4]。软件系统结构图如图2。

3.1 初始化蓝牙模块任务

初始化蓝牙模块任务主要负责发送匹配指令与手机进和行匹配、初始化蓝牙模块接听的声音、接听方式设置为免提、下载手机或SIM卡的电话本之后再创建其它的任务。因本任务只执行一次就可为节省资源, 所以最后删除自身。

3.2 按键处理任务

设有按键扫描和按键处理两个任务来被系统所调用, 按键扫描任务就是为了识别出哪一个按键的哪种按法, 然后将识别出的这个按键的按法转化为一个键码值, 最后将这个键码值通过按键消息队列的形式传送给按键处理任务主要是针对调节系统音量大小声以及数字键和功能键的识别最后做出相应的处理。

3.3 来电提示任务

来电提示任务主要在来电话时产生中断进行号码匹配 (此处采用KMP算法进行匹配, 有效的提高了匹配速度) 并把人名信息或电话号码以邮箱形式发送给语音模块任务。

3.4 语音模块任务

语音模块任务主要通过调用OSMbox Pend (Com Mbox, 0, &err) 接收来自任务三的邮箱信息并且通过串口0向语音模块发送编码信息使语音模块读出人名信息。之后向任务五发送接挂机信号量。

3.5 接挂机任务

当按下接听或挂断键时, 就产生中断。在中断中调用OSSem Post (havecall1) 来唤醒接挂机任务, 同时清除中断标志。接挂机任务通过OSSem Pend (havecall1, 0, &err) 获得信号量。按K1向蓝牙模块发送接听命令, 按K2向蓝牙模块发送挂断命令以进行相应的处理。

4 结论

本文叙述了在ARM7的主控MCU芯片LPC2131上移植μC/OS-II来实现车载免提电话的设计。结果能够实现接听, 挂断与拨打电话并且能够语音播报出人名。经过测试系统稳定可靠、实时性得到提高、操作方便、成本低。

参考文献

[1]任哲.嵌入式实时操作系统μC/OS-II原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.

[2]马建等.蓝牙核心技术及应用[M].北京:科学出版社, 2005.

[3]李文元.无线通信技术概论[M].北京:国防工业出版社, 2006.

车载无线数字通信系统设计 篇6

1 系统设计

根据车载无线数字通信系统所要实现的功能, 本设计以STM32F103微处理器作为系统核心, 并且扩充液晶显示器、触摸屏、键盘、无线对讲模块、RDA5820电台模块、GPS模块、GSM模块等接口电路。系统具体实现功能有车载对讲、FM电台、车载电话、短信收发、全球定位。车载通信系统通过液晶触摸屏以及键盘进行简单的人机交互, 键盘或触摸屏用于选择工作模式, 而液晶屏则可以显示车载通信的内容和实时定位的数据信息。整个系统具有功耗低、集成度高、稳定性好等特点。因此, 在硬件的选型上要以高效、稳定、性价比高为出发点。系统组成框图1所示, 车载无线数字通信系统节点硬件结构框图2所示。

2 无线对讲模块

为了提高对讲距离以及可靠性, 本系统采用了深圳市尚瑞思电子有限公司研发的一款无线语音对讲及数传模块S R-F R S-1W350。该模块性价比极高, 内置高性能射频收发芯片BK4811、微控制器及射频功放。BK4811是一个时分双工的FM无线收发器, 工作频率为127MHz~525MHz。该收发器单片集成了高性能的频率综合器、模数转换器、数模转换器, 并具备先进的数字信号处理能力。该模块提供AT指令接口, 通过这些指令可以对模块进行通讯和控制。外控制器STM32F103可以通过标准的异步串行接口 (RS232) 通讯来设置模块工作参数并控制整个模块的收发。

2.1 FM电台模块

本模块选择由RDA Microelectronics公司研发的RDA5820高集成度的立体声FM收发芯片, 不仅完美地完成电台功能, 而且还可以接收FM广播, 集成度高, 低功耗, 尺寸小。该部分采用以STM32F103为核心的控制器, 通过自带的IIC总线, 编程写控制字实现了RDA5820模块的电台功能 (收发模式的选择, 频率的设置等) 。结合外围电路按键以及显示, 信号放大, 音频的输入输出等。组成简易且性能稳定的FM电台系统。

2.2 GSM模块与GPS模块

为了提高GS M模块的品质, 本系统采用了S IMC OM公司SIM900A模块方案。SIM900A模块支持TTL标准的串口通讯标准, 非常方便地使用STM32F103微处理器来控制, 通过串口向模块发送AT指令就可以实现。AT指令包括一般性AT指令、SIM卡相关指令、网络注册指令、语音功能指令、短信操作应用指令、TCP/IP应用指令、ppp拨号指令、MMS指令、FTP&HTTP等指令。

2.3 软件设计

按照本系统的总体设计方案, 软件设计主要分为两大部分:车载通信系统各子模块软件设计和系统总体软件设计。各子模块的软件功能分别是无线对讲、FM电台、车载电话、短信以及实时定位。车载系统的总体软件应该具备车辆行进过程中的即时通信以及实时定位功能。

3 结语

本文从无线数字通信特点出发, 结合工程实际中环境对通信系统硬件电路设计和软件设计的影响, 介绍了一种车载数字通信系统的设计方法。实际测试结果表明:该系统性能稳定、工作可靠、功能强大, 基本可以解决车载通信的问题。

参考文献

[1]王琪, 李茂富, 等.通信原理[M].电子工业出版社, 2011.

[2]宋宇飞, 沈卫康, 宋红梅.数字信号处理[M].清华大学出版社, 2011.

[3]曹雪虹, 张宗橙.信息论与编码[M].清华大学出版社, 2009.

[4]谭浩强.C语言程序设计 (第四版) [M].清华大学出版社, 2012.

无线车载视频监控系统 篇7

近几年, 全国各地发生的多起执法纠纷表明, 现场执法遭遇的问题已越来越趋复杂化。执法部门执法的透明度和公正度越来越受到广大民众的关注, 在应对各类流动性或突发性事件时, 遇的到“取证难”、上级指挥信息沟通难等问题, 其主要表现在以下几个方面。

(1) 网络覆盖不全面。城市治安监控点绝大多数是采用的有线监控, 且存在很多监控盲区。 (2) 现场取证难。无法全程记录执法过程, 容易引发执法纠纷等。 (3) 远程指挥调度难。远程指挥中心无法获取执法现场具体情况 (如照片、视频信息) , 影响了重要事件的快速决策与指挥调度。

2 车载视频监控系统架构

车载视频监控系统设计分为端移动取证设备、传输网络、后端中心管理平台和监控指挥中心4部分构成部分, 车载视频监控系统结构如图1所示。

2.1 前端系统设计

前端硬件子系统是系统的信息节点, 主要由车载主机、摄像机、GPS模块、4G天线、驾驶员报警按钮组成等设备组成。在车顶安装车载云台, 作为目标摄像机, 用于跟踪拍摄事件关键点和采集目标特征信息;在车内安装一个高清摄像机, 作为前景摄像机, 用于记录事件发生的整体行为过程。音视频信息通过车载主机进行编码存储, 同时可通过4G网络, 将信息传输至中心管理平台, 实现前后台的互动。

2.2 视频传输网络

传输网络是系统的纽带, 包含4G无线通信传输链路和IP固网传输链路两部分, 4G网络将不同的固定和无线平台及跨越不同频带的无线网络连接起来, 并支持高速移动环境下高速数据传输能力, 将前端采集的信息等, 由4G无线通信模块经网关送入固网传输到监控中心, 实现前后台实时信息交互。

2.2.1 4G在无线视频监控领域的优势

在无线车载监控应用中, 车辆收集的数据信息必须依赖无线通信技术, 当前无线监控采用WIFI、微波、3G等无线接入方式, 其传输距离小, 灵活性差, 广阔区域覆盖成本高, 带宽有限等局限性, 不具备大规模广域视频监控覆盖能力;4G网络采用了OFDM (正交频分复用技术) 、MIMO (多输入多输出) 、AMC (自适应编码调制) 、SDR (软件无线电) 、IPv6等关键技术, 使得4G网络可以提供更快的接入速率、更低的时延, 这对提高无线视频监控系统的可靠性及视频质量非常重要, 其主要优势如下:

(1) 通信速度更快:传输速率是3G网络的10倍, 下行峰值可达100Mbps、上行峰值可达50Mbps, 比现有的3G网络更加快速、更加稳定, 该速率可以满足多监控终端的数据传输需求, 解决无线视频传输速率的瓶颈。 (2) 全IP核心网:支持有线及无线接入, 采用的无线接入方式和协议与核心网协议、链路层是分离独立的。在高速运动情况下可提供2~100Mbit/s的数据传输速率, 利于保证无线视频监控数据的实时性。 (3) 覆盖区域广:在高速移动时, 提供大于100kbps的接入服务, 满足车载视频的监控应用需求。 (4) 更好的兼容性:4G应该接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G平稳过渡等特点, 以完成对多种用户的融合。在不同系统间无缝切换, 传送高速多媒体业务数据。

2.2.2 流量控制

虽然4G的带宽有了很大的提高, 但是总体的网络资源还是比较有限, 且资费还比较昂贵, 为了节约4G资费, 节省网络资源, 更好的使用4G网络。系统采用流媒体技术解决多路并发访问的问题, 降低多路并发访问给前端4G传输造成重复流量和计费, 确保每路视频在任何时候均只输出1路码流。

每路视频需消耗的流量与视频的分辨率和帧率密切相关, 设每路图像占用x Mb码流, 每天有t小时上传图像计算。则每天需要4G流量 (上行) Y=x Mb/s/8*3600秒*t小时*1天/1024, 每路图像所需4G流量对比如表1所示。

2.2.3 网络安全

4G网络无线传播的优势及开放性的特征, 无线传播的数据很可能被截取, 给一些敏感视频数据带来一定风险, 因此, 要保证视频数据在链路上的安全性传输, 主要方法如下: (1) 视频信息加密。对网络传输信息, 采用加密措施, 包括视频信号的加密、控制信令的加密, 保障信息安全。 (2) 专网传输。监控系统通过专网传输, 与外网物理隔离, 避免传输网络遭受攻击和破坏。 (3) 防火墙隔离。对监控中心服务器平台网络接入进行防火墙隔离, 只允许指定端口、指定地址访问指定的服务, 防止非法入侵。

2.3 后端中心管理平台

后端中心管理平台是系统核心所在, 其相关设备安装在监控中心机房, 主要包括流媒体分发子系统、集中存储子系统等构成, 它们共同形成数据运算处理中心, 主要完成各种数据信息的交互, 集管理、交换、处理、存储和转发于一体, 实现视频实时浏览、存储与视频转发如图2所示。

2.3.1 流媒体分发子系统

流媒体服务器作为视频监控联网系统中最主要的视频资源管理服务器, 用于多客户端复用相同现场图像的流媒体转发管理, 缓解网络带宽紧张的区域。

流媒体服务器负责汇聚视频监控前端、显示设备、用户终端调用图像的流媒体转发任务。视频图像调用均从流媒体服务器上获取实时图像视频流, 流媒体服务器直接访问前端图像采集设备, 单节点内部采用流媒体进行视频转发给存储服务器进行存储;同时转发给客户端和解码器, 实现视频流的实时浏览。同级别节点可直接从对方流媒体服务器中获取图像, 也可以从上级节点的流媒体服务器转发获取。

2.3.2 集中存储子系统

存储视频信息由流媒体服务器转发存储, 为确保应急指挥等紧急情况下有效资料的长期保存及统一管理, 考虑系统容量、安全性、稳定性, 流媒体服务器转发给存储服务器的视频信息, 采用磁盘阵列集中存储方式, 并通过磁盘冗余的方式对数据提供安全保障。

2.4 监控指挥中心

2.4.1 显示子系统

显示子系统主要由解码器、大屏控制器、大屏显示器应用软件平台等组成, 实现对高清视频及GIS系统图形的显示、切换和控制。系统可根据图像监控的需要设置显示策略、报警联动策略, 根据时间、各种触发命令设定各种显示方式和轮询方式, 以达到对执勤车辆的分布情况和事发现场全面掌握, 实现远程现场指挥调度、快速高效处理各类突发事件等一系列管理、控制功能。

2.4.2 语音对讲子系统

语音对讲系统是调度指挥系统对于突发事件进行协调处理、信息分析以及指令下达的重要工具, 实现指挥中心与执法人员的直接交流, 成为最有效的信息发布, 协调指挥的手段之一如图3所示。

在一些突发情况下, 指挥中心需要第一时间对现场人员下达指令。领导和中心工作人员可通过麦克风采集语音信息, 经过调音台传输至用户PC, 用户PC通过客户端软件, 将语音信息通过服务器转发至现场车载设备上, 现场人员通过车载设备内置扬声器获取指挥中心发布的语音指令。

通过拾音器将现场人员的语音信息传输至无线车载设备中, 经过数字编码后, 通过4G无线网络传输至中心管理平台的服务器, 监控指挥中心用户PC客户端通过服务器获取现场语音信息, 通过声卡输出后至调音台, 调音台语音信息通过音响进行播放。实现对讲的同时, 可配合GPS定位和电子地图, 指挥中心可向最近的执法人员和车辆下达指令, 实施调度, 进行远程指挥和交流。

3 系统的主要功能设计

(1) 图像实时传输预览:在执法过程中, 通过移动4G网络, 车载系统拍摄的画面可实时上传监控指挥中心, 且随时可远程调取每前端移动取证终端的实时图像在大屏或电脑上显示, 能保证现场情况第一时间传回监控中心;能够在监控中心远程布防、设防、调控前端摄像机角度, 监控画面可单/多画面任意切换预览。

(2) 实时语音对讲功能:车载设备内置麦克风及扬声器, 通过平台与现场人员实现语音对讲, 进行远程指挥和交流。

(3) 电子地图与GPS定位功能:在执法工作中, 对执法车辆的位置掌控是不可或缺的。车载监控设备内置GPS模块, 在依靠4G无线网络向中心传输视频的同时, 可以将GPS信息直接上传到平台数据库中, 加上中心平台的电子地图功能, 可以在电子地图上看到车辆所在具体位置及车速信息, 极大的提高了车辆运行的安全性和调度的便捷性。

(4) 实时监控执行车辆:为了加强执行车辆的管理, 可限定车辆的行驶路线、区域范围、执法过程中不能随意停车。监控中心可能预先设定限制的路线及行驶区域范围, 一旦车辆辆驶出限定的范围或违规停放, 监控中心将自动发出相应报警信息。

(5) 手机监控:手机监控主要是利用手机终端的移动性, 用户可以随时在手机或者PAD上调阅感兴趣的视频资源, 来解决视频监控以往只能在监控中心或者办公室浏览视频的问题, 及时发现问题解决问题。

(6) 报警联动功能:对于执法车辆, 一旦遇到特殊情况, 执法人员只要按下报警开关, 平台监控中心就能同时收到报警信息, 这样, 就能及时地调看前端实时图像, 实现远程指挥决策。

(7) 平台分级管理:系统采用多级权限控制管理, 按实际的管理架构对每个用户赋予不同的权限和级别, 用户的权限主要分为功能操作权限和设备操作权限两部分, 只有被授权的用户方可进行操作, 权限可以被赋予, 也可以被收回。

4 结语

随着4G无线通信技术的发展, 4G车载视频监控将广泛应用于城管、公安、校车、公交、长运、物流等行业。

参考文献

无线车载视频监控系统 篇8

车载视频智能监控是智能交通领域的一个重要研究课题,它能方便用户实时、直观地监控车辆安全情况。传统的车载视频监控系统一般采用固定的PC监控方式,因而需要在指定的地点,并且在有专用网络设备支持的情况下才能对目标现场进行监控,这大大限制了监控系统的应用范围和灵活性[1]。近些年随着移动互联网的普及,市面上也出现了移动车载视频监控的解决方案,但是又存在视频画质不理想、整体用户体验较差的问题,同时车辆的移动性也对网络资源利用率提出了更高的要求。

本文在Android平台下提出了车载视频智能监控的解决方案。利用该方案,通过实现NAT穿透和P2P、C/S混合网络架构,提高了网络健壮性和资源利用率;通过设置缓冲区和调用FFmpeg多媒体解码框架,提高了高清实时监控性能。实践表明该方案能适应不同网络条件,满足了实际项目播放需求,具有良好的用户体验。

1 系统整体结构

本系统是基于Android平台开发的车载视频监控系统。该系统主要由三部分组成,即车载端、视频传输网络和监控端。系统整体框架如图1所示。

车载端基于Android平台开发,首先车载端会采集视频数据,然后对采集的数据进行H.264编码和实时传输协议(Real-time Transport Protocol,RTP)封包处理,最后将处理后的视频数据通过网络传输到监控端;视频传输网络基于点对点网络(peer-to-peer,P2P)和客户机、服务器结构(Client/Server,C/S)的混合网络架构,其传输方式会优先选择P2P连接,当P2P连接无法对网络地址转换(Network Address Translation,NAT)成功穿透而连接失败后,再通过中转服务器进行数据中转,有效节省网络带宽,提高网络资源利用率;监控端基于Android平台开发,首先监控端在异步线程接收到网络传来的包数据,并对这些数据进行RTP解包和FFmpeg解码,最后将解码后得到的图像通过Image View实时更新显示给监控者。

2 系统实现原理

2.1 视频车载端

2.1.1 视频采集和编码

视频采集过程中,预览图像会占用大量内存,内存占用过大会导致内存溢出,严重时会造成程序崩溃,本系统通过Camera.Preview Callback的on Preview Frame回调函数,实时截取每帧视频流数据,并以set Preview CallbackWith Buffer(Camera.Preview Callback)的方式使用上述回调,提供一个字节数组作为缓冲区,用于保存预览图像数据,以有效管理预览图像时内存的分配和销毁。

移动网络的带宽有限,为了呈现高质量的监控画面,需要实现高编码压缩比。H.264充分地利用了各种冗余来达到高效的数据压缩比率,同时还具备高质量流通的图形,采用高度负责的算法,使其成为当前在低码率下压缩比率最高的视频编码标准[2]。所以本系统通过H.264技术来进行数据编码。

2.1.2 视频封包

数据包到达时间随机性是视频数据传输中很关键的问题,本系统采用RTP[3]协议来负责视频数据封包,利用数据包的时间戳、发送序号等字段来控制数据流的传输。

但如果RTP包大于最大传输单元(Maximum Transmission Unit,MTU),会导致底层协议任意拆包,这会使RTP包被分割后丢失的可能性增大,以致影响接收端数据的恢复,因而一般采用对网络抽象层(Network Abstract Layer,NAL)单元进行分类处理,共有单一NAL单元模式、组合封包模式和分片封包模式3种封包策略。

本系统因不存在音频数据,而H.264 NAL单元都含有较大数据量,故没必要采用组合封包模式。本系统将RTP包长设定为1 024 B,将超过1 024 B的NAL单元采用分片封包模式,不超过的采用单一NAL单元模式。

2.2 视频传输网络

视频传输网络在监控系统中占有至关重要的地位,视频数据传输质量的好坏直接影响了监控系统的使用效果。本系统采用面向无连接的用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)来负责视频传输工作,并在传统C/S模式的基础上混合P2P传输技术,减少网络带宽的消耗,提高网络资源利用率。网络传输的简要工作流程如图2所示。

2.2.1 心跳机制

系统网络传输的数据发送和接收都是通过SOCKET来进行,但倘若此SOCKET是断开状态,则在发送和接收数据时就不能保证数据能有效到达,所以本系统通过搭建状态服务器来管理各车载端和监控端的在线状态(即SOCKET连接状态)。状态服务器会进行如下操作:

(1)启动新线程A1,监听端口4112,接收车载端每隔30 s发来的心跳包,处理心跳包中的JSON数据并更新内存N2中车载端的状态。

(2)启动新线程A2,监听端口4113,接收监控端每隔30 s发来的心跳包,处理心跳包中的JSON数据并更新内存N1中监控端的状态。同步返回监控端对应的车载端的JSON格式的数据集合,以便监控端在界面上更新车载端的状态显示。

(3)启动新线程A3,每隔60 s执行一次,循环N1中的监控端和N2中的车载端,根据时间戳判断监控端或车载端是否已掉线,如掉线则更新对应的内存中的状态。

2.2.2 NAT穿透

在实际网络环境下由于IPv4地址短缺,使得许多客户机都是通过NAT技术来共用一个公网IP地址[4]。NAT隐藏了参与构建P2P网络的大量用户节点,使得NAT穿透往往是制约P2P成功连接的关键。

NAT[5]可分成圆锥型NAT和对称型NAT两种类型。对于圆锥型NAT,本系统采用UDP对NAT的简单穿越(simple traversal of UDP through NAT,STUN)方式能很好地解决UDP穿透问题,但因STUN方式对于对称型NAT不能提供有效的外部IP地址和端口号,所以无法成功穿透。

针对无法穿透对称型NAT的缺陷,本系统采用基于端口预测的方法来解决,能够在较多的场合尽可能地建立P2P连接。本系统对项目中存在的对称型NAT网络环境进行分析发现,对称型NAT对于从内部网络依次接收到的新连接,分配的输出端口大致有两种情况:

依照空闲端口按序连续分配的情况。因为在穿透过程中,车载端两次数据的发送间隔不会很长,NAT为其分配的新输出端口号相对于其原端口号的偏移量是一个较小范围内的正数,因此系统可以在监控端执行端口探测,当收到车载端对该UDP报文的回复就意味着穿透成功。

在一定端口范围内随机分配的情况。虽然车载端NAT两次输出端口号间的偏移量具有随机性,并且不同的设备和网络环境也会产生较大的区别,但实际上每次分配的端口号之间都会具有一定的函数关系或统计上的关联性。因此,可以通过研究其分布特性来预测,实施试探性穿透。

2.3 视频监控端

2.3.1 视频解包

由于网络传输时受到MTU的限制,因此视频数据在发送时被分割成一个个独立的数据包进行传输。监控端收到这些数据包后,必须按一定规则将这些包重新组合还原,然后才能进行解码播放。但当网络传输不稳定时,系统易出现包乱序和丢包现象。

对于包乱序处理,当监控端收到的RTP数据包没有正确排序时,本系统就需要按照包序列号进行重排。本系统在内存中建立双向链表来充当缓冲区,当接收到数据包后就按包头的序列号插入至对应位置。比如,接收到一个序列号SN=3的RTP包,就从链表尾开始搜索并插入到2、4节点中间。本系统缓冲区的最大长度设置为30时,能起到较好的缓冲效果,同时也能避免对设备内存造成较大负担。

对于丢包处理,在H.264编码标准中,共定义了I帧、P帧、B帧3种帧。I帧为关键帧,存放完整的数据;而P、B帧是辅助帧,存放运动矢量或边缘信息,需要对关键帧进行参考。所以,本系统在数据传输过程中,如关键帧数据丢失,对其他的P帧和B帧数据都会造成影响,因此必须将关键帧连同其他相关帧全部舍弃。如果辅助帧数据丢失,只会对当前帧数据产生影响,则只需将当前帧直接舍弃。

2.3.2 视频解码和播放

Android自带的Media Player支持的媒体格式仅局限于Open Core中所支持的媒体格式。FFmpeg是一种包含音视频录制、转换以及编解码等功能的开源解决方案,其支持包括H.264在内的多种编码格式的编解码,具有较高的执行效率。

系统采用交叉编译的方式将FFmpeg引入到Android中来实现H.264解码,FFmpeg编译模块编译生成libffmpeg.so文件之后,供Android系统的Java本地接口(Java Native Interface,JNI)层调用。

libffmpeg.so文件的调用较为复杂,本系统采用重新编译生成一个so文件进行调用。这个so文件包含的是jni方法,这些方法能通过Java层进行调用,而方法中用到的函数则来自于libffmpeg.so文件。

首先需要编辑android.mk文件,文件具体内容如下:

成功编译android.mk文件后需编辑com_act1_H264.c文件,此文件包含本地定义的方法,这些方法调用ffmpeg解码库函数,可解码H.264格式的视频数据。

com_act1_H264.c文件编辑成功后,就可执行ndkbuild语句进行编译,编译完将生成libffmpegutil Decode.so库文件。

在项目中通过如下语句加载libffmpegutil Decode.so库文件。

libffmpegutil Decode.so库文件载入完毕后,就能通过调用本地定义的方法解码视频数据。本地定义解码函数如下所示:

在解码成功后生成的Bitmap需要实时显示,所以Image View作为图像容器类必须进行实时更新。如果实时更新UI界面的大量工作放在主线程进行,可能会造成线程阻塞、视频卡顿等问题。因此本系统另启子线程来完成数据的接收和解码等耗时操作。视频解码播放流程如图3所示。

目前,上海某公司已采用此系统进行试用,监控端显示界面如图4所示。

3 系统性能测试

本系统针对100M带宽Wi Fi、4G、3G这3种不同网络条件进行了系统性能的综合测试,监控端视频图像分辨率为640×480,每种网络条件分别测试20次,计算平均值。以Android监控端统计的网络时延、抖动、丢包率和整体P2P连通率作为系统性能的考量依据。Wi Fi、4G、3G下系统测试结果如表1所示。

从表1可以看出,该系统在3种网络条件下都能实现较低的时延、抖动、丢包率和较高P2P连通率,能满足监控的高清实时性能需求。

4 结论

移动互联网时代的到来为车载视频智能监控系统在智能交通领域的发展升级带来了新的机遇。针对传统车载监控系统存在的高清实时性能较差、网络资源利用率低的问题,本文提出一种基于Android平台的车载视频智能监控解决方案,采用P2P和C/S混合网络架构,并利用多线程分别解决视频的接收、解码,通过缓冲机制解决视频卡顿问题。经过实验测试验证,本系统能适应不同网络条件,能实现以较满意的网络资源利用率和视频监控质量对车辆进行实时监控。

参考文献

[1]李佳毅,徐晓辉,苏彦莽,等.基于Android平台的智能温室视频无线监控系统[J].农机化研究,2013,35(8):188-191.

[2]罗欢,谢云,李丕杉.基于Android智能电视的视频监控的设计[J].电视技术,2013(22):85-87.

[3]PERKINS C.Rtp:Audio and video for the internet[M].Addison-Wesley Professional,2003.

[4]SRISURENSH P,NETWORKS J,EGEVANG K.Traditional IP network address translator(traditional NAT),RFC 3022[Z].IETF,2001.

收割机车载无线通信系统的研究 篇9

多数先进的收割机均带有电子辅助系统,如本系统的车载母体—割前脱粒收割机,安装了实时测产系统,其要测量的数据有:收获物的质量数据、收割机行走路线信息和机车脱粒轮转速等信息。各个电子测量装置本身会采集到不同的数据,这些数据由下位机采集上来后上传给上位机。驾驶员在收割机驾驶室中利用这些实时获得信息,指导收割或春耕。收割机配套的电子系统采用分立连接或者总线方式将数据上传到驾驶室中。有线的数据传输布线复杂、通信频率低、干扰严重,无线数据通信优势明显。本系统是专为割前脱粒收割机电子测产系统设计的车载无线通信系统,在电子测产系统中,它负责接收收割机下位机各个测量单元实时数据,下位机利用MAX1479芯片作为无线发送模块。

1 系统总体设计

该车载无线通信系统总体设计结构如图1所示。

系统由PIC18F452最小系统、无线射频接收芯片MAX7042和无线发射射频芯片MAX1479组成。该系统通过单片机协调各个模块工作,发送模块实时的检测收割机所处环境是否发生变化,一旦产生有价值信息,发送模块即开始向上位机发送信息。当MAX7042收到数据后,它会实时地将信息反馈给单片机,单片机按照发送机的编码方式进行解码处理,并且将得到的信息送至人机交互界面,提示收割机驾驶员目前收割机所处地块的具体收成情况和相关地况信息。

2 系统硬件

2.1 PIC18F452单片机

PIC18F452是一款带有10位AD的高性能增强型闪存单片机。其优化的C语言编译器架构与指令集配合32Kflash程序存储空间,1.5K片内数据存储空间以及256字节的数据EEPROM使其可以完成大代码量的复杂任务;10MIPS的处理速度,自带8*8单周期硬件乘法器使其可以更快地实时响应处理各个单元的任务;3个外部中断,4个内部定时器以及UART,SPI,I2C丰富的总线资源使其在与外部芯片模组通信过程中有更大的优势。其内部自带的单片机休眠仍可工作的10位AD可以实现系统的低压检测并实现欠压复位。带有独立的片内RC振荡器的看门狗定时器(Watchdog Timer)可保证运行系统可靠。同时,其2.0～5.5V宽电压工作范围,低功耗设计小于0.2μA的典型待机电流也是其一大特点。

2.2 无线通信芯片组MAX1479和MAX7042

发射芯片选择Maxim公司的无线传输芯片MAX1479。该芯片特点有:采用微型3mm×3 mm的16引脚QFN封装,3 V工作电压,汽车级温度范围(-40～+125℃)、快速开启振荡器(200μs)、高效功率放大器和自带锁相环PLL,支持ASK,OOK和FSK调制方式,可调节的FSK偏移,超低功耗(常温下系统待机电流仅为0.2 nA),可编程的时钟输出。下位机结构简单,通过IO口配置选择与上位机同步的308MHz通信频率,按照FSK调制方式发送单片机发送过来的传感器相应数据。下位机模块电路原理图如图2所示。模块安装在各个待测量监测点,由3 V锂电池供电。射频芯片的晶振频率为13.56 MHz,发射方式为FSK,RF频率为308MHz,系统采用曼彻斯特编码提高数据发射的可靠性。

MAX7042接收器的FSK灵敏度优于-110dBm,可用以替代需要达到类似灵敏度的外部LAN,减小整体系统成本。MAX7042内部还包括片上44dB(典型值)的图像抑制混合器,因而可以省去很多应用中的SAW滤波器。MAX7042的工作电压为3.3V或5V,可低至2.4V。

该超外差接收器中需要的所有有源元件,包括一个低噪声放大器(LNA)、本地振荡器(LO)、图像抑制(IR)混合器、全集成锁相环(PLL)、低噪声FM解调器、带接收信号强度指示器(RSSI)的10.7MHz IF限幅放大器、3V电源稳压器,用于模拟基带、数据恢复电路的差分峰值检测数据解调器。

MAX7042在关断模式下消耗电流仅20nA,进入接收模式时为6.4mA。根据选配的元件不同,MAX7042可接收高达66kbps数据率(NRZ)、从芯片关断到正常发送数据的时间不超过250us。在电源开合应用中,这种快速转换可以使系统从关断转换到接收模式的时间最短。原理图如图3所示。

按照MAX7042推荐电路设计RF部分电路。按照下位机MAX1479通信频率配置FSEL1和FSEL2为低电平,设定两者的通信频率为308MHz。通过EN管脚使能MAX7042,单片机通过DATA口读取MAX7042接收到的数据,通过manchester解码方式解码整合数据。

下位机将数据以射频数据帧的形式发送给上位机。系统采用FSK调制时,数据帧的组成是:4位前同步(preamble)码、8位ID,接着4位前同步码;4位报头(Header)、用户数据和2位结束码(EOM)。其中,前同步码规定为4位连续曼彻斯特编码的“1”或“0”,用来恢复系统同步时钟;报头标识用户数据开始,用户数据紧跟其后,没有任何延迟;EOM由2位非归零编码(NRZ)的连续的“1”或“0”组成。用户数据前面的20位码串是由射频接收芯片规定的,称为“前导码”。本设计的前导码为十六进制FAB6F4。数据帧发送必须由EOM结束,而不能简单地终止射频信号。鉴于同一收割地可能长时间处于基本不变的状态,在这种情况下连续发送很多次数据的必要性不大,因此本设计采用了长、短帧结合的数据发送方案具体帧格式如图4所示。

3 系统软件设计

系统上电复位之后,发送模块即进入睡眠状态。其利用内部定时器,按照固定的周期产生中断,其output引脚每隔4s产生一个下降沿触发唤醒单片机。PIC18F452单片机进入中断,在中断服务程序中进行数据采集,同时进行发射控制处理。如果采集值是一个新的最大或最小值(处于发送周期内)就存入RAM,否则就把计数器加1。再返回停止模式在连续10次唤醒后(40 s),模块把它的状态发送给接收机模块。分析存储的实时信息的最大值和最小值间的差异,如果这个差值超过了存储在ROM中的最大差值(△max),模块即就进入快速发送模式,每隔800～900ms发送255个数据帧。

无线接收模块程序要实现的主要功能是:模块本身初始化;对射频接收芯片的控制;对接收到的状态信息进一步的数据处理(包括数据播报、异常状态报警等)。接收模块主要包括主程序设计和蔼数据接收子程序设计两个部分。

接收模块的主程序流程,如图5所示。

微处理器内部的时基模块能够产生周期中断,微处理器周期性的检查上传的相关数据。在每次周期中断时验证是否收到发送模块发来的数据,如果收到就清除报警标志位。当长时间没有收到某个发送模块的数据时,数据接收超时标志将置位,从而触发报警程序,提醒驾驶员主机不能正常接收该某个发送模块信息。

该系统硬件资源丰富,软件协调各个部分充分发挥其功能。系统上电后首先开始执行初始化程序,由单片机读取各个模块上电后工作状态,并初始化设定各个模块,定时检测实时数据,最后进入系统休眠状态等待唤醒事件的发生。

4 结论

本设计最终安装在割前脱粒收割机中,在实际运行中能够根据不同的地貌和不同地域收成情况不断地实时反应信息。该装置起到了辅助收割人员了解地况及地域收成的作用,同时本系统综合考虑系统成本、性能、可扩展性、开发周期及方便农机人士使用等各个方面的因素要求,最终确定以PIC18F452为核心控制芯片,以MAX1479和MAX7042作为无线通信组的解决方案。实际的开发过程证明了系统硬件软件能够满足系统高性能、低成本的设计和操作简单的要求,同时具备了较强的可扩展性和一定技术前瞻性。

摘要：随着社会的发展进步,农作物的收割过程越来越现代化。为此,为割前脱粒收割机设计了一款以PIC18F452单片机为核心的车载无线通信系统。该系统利用MAX7042和MAX1479作为无线数据接收发射芯片,并且收发系统均具有低功耗的待机唤醒模式。单片机处理发送和接收过程的编码和解码控制,系统无线传送数据稳定可靠,为收割机电子测产系统数据正确高效的传送提供帮助。