武俊鵬　劉書勇

摘要：本文通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合運(yùn)用知識(shí)和技術(shù)的能力。該項(xiàng)目致力于設(shè)計(jì)新一代小區(qū)監(jiān)護(hù)服務(wù)系統(tǒng)，它將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，視頻監(jiān)控技術(shù)，家居智能安全技術(shù)結(jié)合起來(lái)。

關(guān)鍵詞：綜合性實(shí)驗(yàn)；視頻監(jiān)控；家居安全；無(wú)線遙控巡邏車；車輛防盜；Windows XP Embedded

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1背景

隨著我國(guó)住宅建設(shè)的發(fā)展，智能化小區(qū)建設(shè)也得到了飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬及數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)已不能適應(yīng)新型智能化小區(qū)的要求。以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)以及信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)的應(yīng)用, 使得小區(qū)的智能化監(jiān)控成了現(xiàn)代化小區(qū)的標(biāo)志。

近年來(lái)，嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，使基于嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的開發(fā)設(shè)計(jì)占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。為培養(yǎng)具有適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的硬件“嵌入式技術(shù)”人才，哈爾濱工程大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成立計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。教師們圍繞著嵌入式方向，設(shè)計(jì)了若干項(xiàng)目，供學(xué)生選擇實(shí)踐，其中有幾個(gè)小區(qū)智能化服務(wù)方面的項(xiàng)目，完成情況較好，學(xué)生得到了鍛煉，實(shí)用性也很好。為參加2006年教育部和信息產(chǎn)業(yè)部主辦的“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽—嵌入式系統(tǒng)專題邀請(qǐng)賽（英特爾杯）”，把現(xiàn)有的幾個(gè)項(xiàng)目綜合在一起，再進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)，形成一個(gè)綜合性項(xiàng)目參賽，即“綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——小區(qū)智能監(jiān)護(hù)服務(wù)系統(tǒng)”，獲得了三等獎(jiǎng)。

本系統(tǒng)采用“研揚(yáng)GENE-8310工控板”作為中央監(jiān)控平臺(tái)核心，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，視頻監(jiān)控技術(shù)，家居智能安全技術(shù)，結(jié)合Windows XP Embedded操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了小區(qū)的無(wú)線視頻監(jiān)控、遙控巡邏，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)看護(hù)，車輛定位防盜報(bào)警以及家居安全監(jiān)控功能。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)

(1) 實(shí)時(shí)監(jiān)控三路視頻，可根據(jù)需要擴(kuò)充為多路視頻監(jiān)控；

(2) 視頻監(jiān)控最大延遲不超過(guò)10s；

(3) 車輛防盜報(bào)警裝置誤報(bào)率95%±3%；

(4) 視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)單路大小120MB/h±20MB/h；

(5) 中央監(jiān)控系統(tǒng)能在采用電池供電時(shí)持續(xù)工作2小時(shí)以上；

(6) 無(wú)線遙控巡邏車能在電池的驅(qū)動(dòng)下持續(xù)工作兩小時(shí)以上，并能在中央監(jiān)控平臺(tái)的控制下進(jìn)行前進(jìn)、后退，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止動(dòng)作；

(7) 住戶居家信息終端能與中央監(jiān)控平臺(tái)相互通信并正確顯示數(shù)據(jù)；

(8) 中央監(jiān)控平臺(tái)能與遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置相互通信并正確顯示數(shù)據(jù)；

(9) 中央監(jiān)控平臺(tái)能與無(wú)線遙控巡邏車相互通信并完成相關(guān)功能。

2.2系統(tǒng)功能

(1) 小區(qū)信息發(fā)布。該功能由住戶居家信息終端和中央監(jiān)控平臺(tái)共同完成，小區(qū)物業(yè)管理部門在中央監(jiān)控平臺(tái)以短信群發(fā)或針對(duì)單一用戶的方式向各住戶居家信息終端發(fā)送小區(qū)信息廣播，住戶居家信息終端成功接收后存儲(chǔ)等待用戶查看。

(2) 住宅火警、煤氣泄露報(bào)警。該功能由住戶居家信息終端和中央監(jiān)控平臺(tái)共同完成，當(dāng)用戶住宅內(nèi)的溫度、煤氣濃度等出現(xiàn)異常，住戶居家信息終端以短消息的形式將數(shù)據(jù)發(fā)送至中央監(jiān)控平臺(tái)，由中央監(jiān)控平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并在屏幕上顯示以向小區(qū)管理人員發(fā)出警告。

(3) 無(wú)人巡邏。此功能由自移動(dòng)巡邏車和中央監(jiān)控平臺(tái)共同完成，小區(qū)管理人員在管理中心通過(guò)中央監(jiān)控平臺(tái)向自移動(dòng)巡邏車發(fā)送指令，由自移動(dòng)巡邏車按照指令要求進(jìn)行巡邏，同時(shí)可以根據(jù)小區(qū)實(shí)際地形編制程序進(jìn)行自主巡邏。在巡邏過(guò)程中，由車載數(shù)傳電臺(tái)將所采集的視頻信號(hào)發(fā)送至中央監(jiān)控平臺(tái)并在屏幕上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。此功能可以減輕小區(qū)保安的巡邏負(fù)擔(dān)，在一定程度上節(jié)約了人力資源成本。

(4) 視頻監(jiān)控。此功能由視頻采集攝像機(jī)和中央監(jiān)控平臺(tái)以及流媒體服務(wù)器共同完成，視頻采集攝像機(jī)采集的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)流媒體服務(wù)器進(jìn)行處理后在中央監(jiān)控平臺(tái)上顯示出來(lái)，監(jiān)控圖像可根據(jù)需要在多路視頻源中實(shí)時(shí)選擇、切換。同時(shí)，視頻監(jiān)控也可針對(duì)小區(qū)中有特殊監(jiān)控需要的部分住戶，在為其加裝了視頻采集終端并連入流媒體服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)后，用戶既可在獲得授權(quán)的前提下訪問(wèn)指定IP對(duì)其指定地點(diǎn)進(jìn)行視頻監(jiān)控，也可為流媒體服務(wù)器開發(fā)Web站點(diǎn)。

(5) 特殊人群定位。此功能由遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置和中央監(jiān)控平臺(tái)共同完成，主要針對(duì)小區(qū)中的特殊群體(如小孩和有一定記憶障礙的老人等)的監(jiān)護(hù)需求而設(shè)計(jì)，攜帶遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)裝置的用戶，其所處位置的GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)將會(huì)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)傳回中央監(jiān)控平臺(tái)，中央監(jiān)控平臺(tái)主控程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換后，在中央監(jiān)控平臺(tái)的電子地圖上以光標(biāo)的形式將坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的地點(diǎn)在地圖上的位置顯示出來(lái)，以方便用戶的查找與追蹤。此功能也可作為小區(qū)物業(yè)管理部門的一項(xiàng)特殊業(yè)務(wù)，由專門工作人員為提出監(jiān)護(hù)需求的小區(qū)住戶提供監(jiān)護(hù)服務(wù)。

(6) 車輛防盜報(bào)警。此功能由中央監(jiān)控平臺(tái)和車輛防盜報(bào)警裝置共同完成，主要針對(duì)車輛防盜進(jìn)行設(shè)計(jì)。在車輛上安裝車輛定位防盜報(bào)警裝置后，當(dāng)有人未經(jīng)許可非法啟動(dòng)車輛并行駛超過(guò)一定距離后，車輛定位防盜報(bào)警裝置會(huì)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)以短消息的形式將警告發(fā)送到用戶的手機(jī)上，同時(shí)在中央監(jiān)控平臺(tái)的電子地圖上定位該車輛位置并進(jìn)行跟蹤。同時(shí)，此裝置可根據(jù)實(shí)際使用需要擴(kuò)展功能，如擴(kuò)展為采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，可做為銀行系統(tǒng)的運(yùn)鈔車實(shí)時(shí)追蹤的解決方案。

2.3系統(tǒng)方案

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)和功能，本系統(tǒng)提出了如下設(shè)計(jì)方案：

中央監(jiān)控平臺(tái)由GENE-8310和Windows XP Embedded操作系統(tǒng)構(gòu)成，同時(shí)，針對(duì)所需功能開發(fā)對(duì)應(yīng)的軟件在中央監(jiān)控平臺(tái)上運(yùn)行，軟件通過(guò)預(yù)先定義的協(xié)議通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)終端進(jìn)行通信。系統(tǒng)分為以下五個(gè)部分：

(1)中央監(jiān)控平臺(tái)；(2)遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置；(3)車輛定位防盜報(bào)警裝置；(4)住戶居家信息終端；(5)無(wú)線遙控巡邏車

其中中央監(jiān)控平臺(tái)和遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置、車輛防盜報(bào)警裝置以及住戶居家信息終端進(jìn)行通信時(shí)，由于其數(shù)據(jù)量小，且不需要保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸鏈路，采用TC35i通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)以短消息的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。而中央監(jiān)控平臺(tái)在與自移動(dòng)巡邏車進(jìn)行通信時(shí)，有較大的數(shù)據(jù)流量而且需要保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸鏈路，采用數(shù)傳電臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)。數(shù)傳電臺(tái)在使用中具有傳輸帶寬高，傳輸距離可調(diào)的特點(diǎn)。方案總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

2.3.1視頻監(jiān)控方案

視頻監(jiān)控系統(tǒng)沒有采用常用的工業(yè)用監(jiān)控卡進(jìn)行視頻采集，而是采用Viewcast公司OsPrey 200流媒體卡實(shí)現(xiàn)，主要是由于工業(yè)用監(jiān)控卡一般開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，需要有專門的軟件進(jìn)行配套，不易將其集成到應(yīng)用軟件中，而且，其開發(fā)成本相對(duì)較高，同系統(tǒng)預(yù)期目標(biāo)中提出的提供一種低成本的小區(qū)智能化系統(tǒng)建設(shè)方案不一致。我們?cè)趯?duì)比了多種流媒體卡后，選擇了Viewcast公司的OsPrey流媒體卡，該卡的特點(diǎn)是圖像采集時(shí)對(duì)CPU的占用率非常低，使流媒體服務(wù)器有更多的系統(tǒng)資源可以用來(lái)進(jìn)行流媒體的編碼和發(fā)布，而且其支持一機(jī)多卡不但為視頻監(jiān)控?cái)U(kuò)展監(jiān)控終端提供了可能，也使得視頻監(jiān)控的擴(kuò)展成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)。

基于Windows Media Services進(jìn)行流媒體的采集、編碼和發(fā)布。流媒體編碼器對(duì)所采集數(shù)據(jù)加時(shí)間戳后存儲(chǔ)，可使用戶查詢指定時(shí)間指定位置的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)主要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，也有部分視頻數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)傳輸。

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)分為兩部分，小區(qū)監(jiān)控局域網(wǎng)和外圍監(jiān)控廣域網(wǎng)。小區(qū)監(jiān)控局域網(wǎng)主要針對(duì)小區(qū)監(jiān)控設(shè)備架構(gòu)專用網(wǎng)，保證不占用視頻數(shù)據(jù)的傳輸帶寬。外圍監(jiān)控廣域網(wǎng)主要針對(duì)小區(qū)中需對(duì)自己家庭進(jìn)行監(jiān)控的特殊用戶提供授權(quán)監(jiān)控功能，該類型用戶可在小區(qū)為其加裝視頻采集終端和分配用戶監(jiān)控權(quán)限后監(jiān)控授權(quán)監(jiān)控地點(diǎn)。

由于視頻信號(hào)采集占用了較多的系統(tǒng)資源，GENE-8310不提供監(jiān)控板擴(kuò)展所需的多個(gè)PCI總線插槽，因此未將其集成到中央監(jiān)控平臺(tái)，而是單獨(dú)由一臺(tái)流媒體服務(wù)器來(lái)完成，服務(wù)器的主要功能是將通過(guò)各無(wú)線/有線監(jiān)控?cái)z像機(jī)采集到的視頻信號(hào)進(jìn)行編碼、壓縮后，通過(guò)802.11g無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送給中央監(jiān)控平臺(tái)，同時(shí)對(duì)所收集到的視頻信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.3.2通信實(shí)現(xiàn)方案

為了保證中央監(jiān)控平臺(tái)能識(shí)別各終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過(guò)約定的格式定義了中央監(jiān)控系統(tǒng)同各終端之間的通信方式，根據(jù)需要的功能定義了如下6種通信協(xié)議：

(1) 天氣預(yù)報(bào)廣播(中央監(jiān)控系統(tǒng)→住戶居家信息終端)

01 00 2008 06 20 00 01 27 00 XXXXXX

01 - 功能1(不需要更改)

00 - 分隔符(不需要更改)

2008 - 年

06 - 月

20 - 日

00 - 天氣：00晴 01陰 02雨 03雪 對(duì)應(yīng)家庭終端上的天氣符號(hào)

01 - 溫度的符號(hào) 00正 01負(fù)

27 - 溫度的絕對(duì)值

00 - 分隔符

XXXXXX - 提示信息

(2) 信息廣播(中央監(jiān)控系統(tǒng)->住戶居家信息終端)

02 00 XXXX XXXX XXXX ... XXXX 0000 YYYY YYYY ...

02 - 功能2(不需要更改)

00 - 分隔符(不需要更改)

XXXX XXXX XXXX ... XXXX - 標(biāo)題，4位一個(gè)漢字

0000 - 分隔符

YYYY YYYY ...→- 正文

(3) 報(bào)警(住戶居家信息終端->中央監(jiān)控系統(tǒng))

03 00 01

03 - 功能3(不需要更改)

00 - 分隔符(不需要更改)

01 - 報(bào)警信息01火警02煤氣03緊急呼叫

(4) 請(qǐng)求GPS位置信息(中央監(jiān)控系統(tǒng)->遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)裝置、車輛定位防盜報(bào)警裝置)

04

04 - 功能4(不需要更改)

(5) 返回坐標(biāo)(遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)裝置、車輛防盜報(bào)警裝置→中央監(jiān)控系統(tǒng))

05 00 XXXXXXXXXXXXXXXXYYYYYYYYYYYY YYYYYY

05 - 功能5(不需要更改)

00 - 分隔符(不需要更改)

XX(16位) - 經(jīng)度

YY(18位) - 緯度

(6) 車輛被盜報(bào)警(遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)裝置、車輛防盜報(bào)警裝置→中央監(jiān)控系統(tǒng))

06 00 XXXXXXXXXXXXXXXXYYYYYYYYYYYY YYYYYY

06 - 功能6(不需要更改)

00 - 分隔符(不需要更改)

XX(16位) - 經(jīng)度

YY(18位) - 緯度

2.3.3遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置方案

此裝置主要由TC35i模塊以及GPS模塊組成，兩者通過(guò)高速儀表用繼電器與MCU STC 89LE516AD進(jìn)行通信。系統(tǒng)程序中對(duì)接收到的GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并編碼成協(xié)議約定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送到中央監(jiān)控平臺(tái)。中央監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)約定的協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并將坐標(biāo)在電子地圖對(duì)應(yīng)的位置顯示出來(lái)。

2.3.4車輛定位防盜報(bào)警裝置方案

此裝置與遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置相同，主要由TC35i模塊以及GPS模塊組成，兩者通過(guò)高速儀表用繼電器與MCU STC 89LE516AD進(jìn)行通信。系統(tǒng)根據(jù)功能需要，在滿足報(bào)警條件時(shí)被觸發(fā)，TC35i通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)中將STC 89LE516AD按照協(xié)議解析過(guò)的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央監(jiān)控平臺(tái)。同時(shí)，中央監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)約定的協(xié)議進(jìn)行解碼，并將數(shù)據(jù)中的GPS坐標(biāo)信息在中央監(jiān)控平臺(tái)的電子地圖對(duì)應(yīng)的位置上顯示出來(lái)。

2.3.5住戶居家信息終端方案

采用TC35i GSM模塊和中央監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，DS1820B作為溫度采集傳感器，STC 89LE516AD做為微控制器，顯示部分使用采用了RA8820控制器的240x128 LCD，同時(shí)在此終端的設(shè)計(jì)中預(yù)留了串行接口，可以根據(jù)電表、水表的特點(diǎn)來(lái)編制程序?qū)崿F(xiàn)無(wú)線抄表功能，也可為信息家電功能的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)钠脚_(tái)。

2.3.6無(wú)線遙控巡邏車方案

自移動(dòng)巡邏車采用履帶行走，選用2個(gè)6V/50W直流減速電機(jī)，可以適應(yīng)一般地形的移動(dòng)需要。通過(guò)一塊系統(tǒng)板接收由數(shù)傳電臺(tái)得到的指令，控制電機(jī)和云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

電機(jī)在減速箱的配合下可以提供足夠的扭矩，使車身通過(guò)左右驅(qū)動(dòng)輪的不同扭矩，完成前進(jìn)、后退、原地左轉(zhuǎn)和原地右轉(zhuǎn)等動(dòng)作。云臺(tái)部分的結(jié)構(gòu)通過(guò)限位開關(guān)的控制，允許攝像機(jī)在水平方向上轉(zhuǎn)動(dòng)350度，可以從各不同方向接受視頻信息。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1硬件實(shí)現(xiàn)

3.1.1中央監(jiān)控平臺(tái)硬件實(shí)現(xiàn)

(1) 電源及在線充電器的實(shí)現(xiàn)

GENE-8310與液晶屏和其它配件組成系統(tǒng)后功耗較大，電源的設(shè)計(jì)對(duì)我們提出了巨大的挑戰(zhàn)，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、功耗以及便攜性等多方面要求，系統(tǒng)中采用了鋰離子電池組作為后備電源。

鋰離子電池是目前應(yīng)用最為廣泛的電池，它根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的要求可以做成扁平長(zhǎng)方形、圓柱形、長(zhǎng)方形及扣式，鋰離子電池的額定電壓為3.6V(有的產(chǎn)品為3.7V)。充滿電時(shí)的終止充電電壓與電池陽(yáng)極材料有關(guān)：石墨陽(yáng)極材料為4.2V；焦炭陽(yáng)極材料為4.1V。不同陽(yáng)極材料的內(nèi)阻也不同，焦炭陽(yáng)極的內(nèi)阻略大，各種陽(yáng)極材料其放電曲線也略有差別。鋰離子電池的終止放電電壓為2.5V～2.75V。低于終止放電電壓繼續(xù)放電稱為過(guò)放，過(guò)放對(duì)電池會(huì)有損害。為了防止鋰離子電池過(guò)度放電，在系統(tǒng)中，為每組電池配備了保護(hù)板，當(dāng)放電電流過(guò)大或過(guò)度放電時(shí)，保護(hù)板會(huì)截止電池的放電。

鋰離子電池不適合用作大電流放電，過(guò)大電流放電時(shí)會(huì)降低放電時(shí)間(內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產(chǎn)工廠給出最大放電電流，在使用中應(yīng)小于最大放電電流。鋰離子電池對(duì)溫度有一定要求，工廠給出了充電溫度范圍、放電溫度范圍及保存溫度范圍。

鋰離子電池對(duì)充電的要求非常高，它要求精密的充電電路以保證充電的安全。終止充電電壓精度允差為額定值的±1%(例如，充4.2V的鋰離子電池，其允差為±0.042V)，過(guò)壓充電會(huì)造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池充電電流應(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠的建議，并要求有限流電路以免發(fā)生過(guò)流(過(guò)熱)。一般常用的充電率為0.25C～1C(C是電池的容量，如C=800mAh，1C充電率即充電電流為800mA)。在大電流充電時(shí)往往要檢測(cè)電池溫度，以防止過(guò)熱損壞電池或產(chǎn)生爆炸。所以需要根據(jù)電池特有的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這也是制作充電電路中的難點(diǎn)之一。

鋰離子電池充電分為四個(gè)階段：當(dāng)電壓小于2.4V時(shí)進(jìn)行預(yù)充電，由于系統(tǒng)中每組電池均有保護(hù)板，當(dāng)放電使電池的電壓降至3V以下時(shí)，自動(dòng)截止放電，所以這個(gè)階段在充電器的設(shè)計(jì)中未體現(xiàn)。當(dāng)電池電壓在2.4V-4.2V之間時(shí)進(jìn)行恒流充電，接近終止電壓時(shí)改為恒壓充電。最后，當(dāng)充電電流小于一特定值時(shí)，改為脈沖充電。

在充電器中，使用了開關(guān)電源來(lái)提供需要的電壓、電流，配合一塊控制電路板對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)視并實(shí)時(shí)調(diào)整充電進(jìn)程。

(2) 中央監(jiān)控平臺(tái)硬件構(gòu)成

研揚(yáng)GENE-8310工控板一塊；640*480TFT液晶屏一塊；液晶屏驅(qū)動(dòng)電路板一塊；256M DDR 266內(nèi)存一條；2G KINSTON 52XCF卡一塊；西門子TC35i GSM模塊一塊；數(shù)傳電臺(tái)一個(gè)；供電電池一組。

3.1.2遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置硬件實(shí)現(xiàn)

由于STC89C58只有一個(gè)串口，而GPS和TC35i均需要通過(guò)串口與MCU通信，為解決這個(gè)問(wèn)題，系統(tǒng)中使用了交換機(jī)用高速繼電器進(jìn)行串口的切換，如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置原理框圖

復(fù)位電路采用簡(jiǎn)單的RC復(fù)位，其電路如圖3所示。

圖3 復(fù)位電路

晶振使用22.1184MHz，配合兩個(gè)33pF電容接地，如圖4所示。

圖4 晶振電路

M2576是一個(gè)高效率、開關(guān)型5V穩(wěn)壓的芯片，其輸入電壓范圍達(dá)7-40V。電路如圖5所示。

圖5 5V電源電路原理圖

RS-232通信中邏輯電平與TTL電路的定義有所不同，使用MAX232進(jìn)行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換。其中，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)TX接單片機(jī)的TXD腳，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)TXRX_232接單片機(jī)的RXD腳。RS232_T和RS232_R分別接DB9串口頭的第2、3針。電路圖如圖6。

圖6 RS-232通信電路原理圖

3.1.3住戶居家信息終端硬件實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過(guò)各種傳感器的比較及結(jié)合我們系統(tǒng)的具體情況，我們選擇了DALLAS公司的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為本系統(tǒng)的測(cè)溫元件。

3.1.4無(wú)線遙控巡邏車硬件實(shí)現(xiàn)

無(wú)線遙控巡邏車采用履帶式仿坦克外形，車載監(jiān)控?cái)z像機(jī)在電機(jī)的帶動(dòng)下可做水平350o物理旋轉(zhuǎn)。在攝像機(jī)廣角鏡頭的作用下保證監(jiān)控視無(wú)死角。巡邏車和控制中心采用數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行通信，得到運(yùn)行指令后，主控板控制電機(jī)按要求進(jìn)行動(dòng)作。

云臺(tái)設(shè)計(jì)為一個(gè)自由度，既繞中心以-175～+175度轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)云臺(tái)使用L298芯片，并配合PWM調(diào)速為其選定最佳的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。在巡邏車上設(shè)計(jì)加工了2塊電路板：控制板和驅(qū)動(dòng)板。為了不使電機(jī)干擾控制電路，電機(jī)和驅(qū)動(dòng)板之間使用了光偶隔離，還對(duì)電源進(jìn)行了處理，使之基本互不干擾。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理如圖8。

圖8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖

3.2軟件實(shí)現(xiàn)

3.2.1Windows XP Embedded(XPE)操作系統(tǒng)的定制

針對(duì)GENE-8310及本系統(tǒng)所需要的功能創(chuàng)建和部署 XPE運(yùn)行時(shí)映像的開發(fā)過(guò)程包括七個(gè)主要步驟，分別說(shuō)明如下：

(1) 在GENE-8310系統(tǒng)板上運(yùn)行目標(biāo)設(shè)計(jì)器,得到包含GENE-8310的系統(tǒng)硬件資源的xml格式的文件；

(2) 根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，選擇XPE系統(tǒng)存儲(chǔ)媒介，本系統(tǒng)選擇了2.5寸5400rpm筆記本硬盤作為系統(tǒng)的存儲(chǔ)媒介。格式化硬盤，生成command文件；

(3) 將步驟1生成的xml格式的設(shè)備列表移到開發(fā)系統(tǒng)，然后運(yùn)行配置生成器腳本，創(chuàng)建基本配置。根據(jù)需要將系統(tǒng)所需功能組件添加到該配置中；

(4) 對(duì)所生成的組件進(jìn)行相關(guān)性檢查，確保各組件之間不存在沖突和組件不缺少運(yùn)行所需的文件；

(5) 生成XPE鏡像文件；

(6) 將生成的XPE鏡像文件拷貝到步驟2中格式化好的硬盤中；

(7) 在GENE-8310中啟動(dòng)XPE系統(tǒng)，執(zhí)行First Boot Agent后運(yùn)行系統(tǒng)；

(8) 系統(tǒng)在實(shí)際 應(yīng)用過(guò)程中如果不滿足使用的需要，可從第3步開始再次定制XPE操作系統(tǒng)。

在定制的過(guò)程中，針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用集成了高級(jí)電源管理功能，可以保證系統(tǒng)有更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。中央監(jiān)控平臺(tái)軟件配置為Shell啟動(dòng)，進(jìn)入系統(tǒng)后直接運(yùn)行。系統(tǒng)使用Minlogon登陸模式，進(jìn)入時(shí)間大約60s。Minlogon是XPE系統(tǒng)的組件，用它代替Winlogon可以有效地節(jié)省內(nèi)存占用，減少步長(zhǎng)，提高XPE的啟動(dòng)速度。Minlogon沒有用戶的概念，只能以System用戶登陸Windows。由于系統(tǒng)程序本身在Shell狀態(tài)下運(yùn)行，而中央監(jiān)控系統(tǒng)軟件使用需要進(jìn)行身份認(rèn)證，身份認(rèn)證的過(guò)程其實(shí)就是起到登陸XPE系統(tǒng)的認(rèn)證作用，保證了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.2.2中央監(jiān)控平臺(tái)軟件開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

監(jiān)控中心的軟件系統(tǒng)運(yùn)行于.NET平臺(tái)下，采用C#.NET編寫。C#是一種精確、簡(jiǎn)單、類型安全、面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，很適合快速開發(fā)與部署。

監(jiān)控中心后臺(tái)采用了MS Access數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，使用標(biāo)準(zhǔn)的ODBC接口與程序進(jìn)行通訊。考慮到小區(qū)實(shí)際的用戶數(shù)量與需要記錄的信息量，系統(tǒng)中沒有使用SQL Server等大型專用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，而是使用了桌面型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，這樣不僅降低了系統(tǒng)成本還使程序更加靈活。由于標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)大都支持SQL99語(yǔ)言，在有需要的情況下，可將本系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)方便的升級(jí)到其它高級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

軟件主要包括身份認(rèn)證、信息發(fā)布、電子地圖、監(jiān)視巡邏、設(shè)置四大部分。四部分又根據(jù)功能劃分為天氣預(yù)報(bào)、小區(qū)信息、特殊人群監(jiān)控、車輛防盜、視頻監(jiān)控、遙控巡邏、小區(qū)住戶設(shè)置、GPS監(jiān)控點(diǎn)、攝像機(jī)設(shè)置共九個(gè)功能模塊。其軟件結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目綜合性較強(qiáng)，運(yùn)用了嵌入式系統(tǒng)、通信、機(jī)械設(shè)計(jì)等多領(lǐng)域技術(shù)和知識(shí)，通過(guò)本項(xiàng)目的制作，可加強(qiáng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)的能力，通過(guò)分工協(xié)作，可大大提高學(xué)生大型項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作語(yǔ)言文字表達(dá)等各方面能力，有利于培養(yǎng)電類高素質(zhì)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫增昌. 數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)在住宅小區(qū)中的應(yīng)用[J]. 山東建筑電氣,2005,(01).

[2] 師俊宏. 智能家居中的安全防范系統(tǒng)[J]. 上海建設(shè)科技,2006,(05).

[3] 游燕,隨善坤. 一種智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)科技信息,2005,(12).

[4] 陳剛,李葉紫,胡輝. 基于GSM的車輛防盜搶系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電氣自動(dòng)化,2005,(06).

[5] 尚軍. Windows XP Embedded及其開發(fā)過(guò)程[J]. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī),2007,(10).

[6] 馬寧,董蓉霞. Windows XP Embedded嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 測(cè)控與通信,2007,(01).

[7] (美)Kevin Hoffman,Lonny Kruger著. C# .NET技術(shù)內(nèi)幕[M]. 董梁,高猛,譯. 北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[8] 微軟公司,東方人華編著. C#編程技術(shù)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[9] 李軍編著. 51系列單片機(jī)高級(jí)實(shí)例開發(fā)指南[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

[10] 賴麒文編著. 8051單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用[M]. 北京:科學(xué)出版社,2002.

[11] (美)麥克(Steve Mack)著; 流媒體寶典[M]. 刑栩嘉,王佟,趙峪,等譯. 北京:電子工業(yè)出版社,2003.

[12] 鐘玉琢,向哲,沈洪編著. 流媒體和視頻服務(wù)器[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2003.

[13] 肖磊. 流媒體技術(shù)與應(yīng)用完全手冊(cè)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2003.

[14] 耿德根,詹衛(wèi)前,李青編著. 單片機(jī)創(chuàng)新開發(fā)與機(jī)器人制作[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

[15] (美)金梅爾(Paul Kimmel)著. C#編程深度探索[M]. 金旭日,伊尚鋒,徐焱,譯. 北京:清華大學(xué)出版社,2003.

[16] 研揚(yáng)科技GENE—8310用戶手冊(cè)[Z].