大型儀器設備遠程視頻監控系統的硬件設計

3．4 電流檢測電路
為了減少服務(wù)器的存儲開(kāi)銷(xiāo)，也同時(shí)為了減少網(wǎng)絡(luò )占用率，本系統特別設計了一種電流檢測電路來(lái)實(shí)時(shí)檢測用電設備的開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)。
大多數的實(shí)驗儀器設備采用220 V交流電源供電，因此，本系統采用5A／2．5 mA的交流電流互感器作為前端檢測元件，當設備上電運行和停止使用時(shí)可以檢測到電流的變化。電流互感器二次側的電流流過(guò)負載電阻可以轉換為電壓值，再經(jīng)過(guò)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(kāi)關(guān)量。如圖4所示，本系統用到了兩個(gè)運算放大器：前一個(gè)運放用來(lái)加強帶載能力，比直接加電阻負載的相位差小，動(dòng)態(tài)范圍大。負載電阻采用變阻器以滿(mǎn)足各類(lèi)設備的不同額定電流要求。后一個(gè)運放用作比較器，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的電壓開(kāi)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的單電源供電運算放大器。

3．5 外圍接口設計
NUC960的另一大特點(diǎn)就是提供了豐富的外圍設備接口，在本系統中主要用到了網(wǎng)絡(luò )通信接口、USB接口和UART串口等。
NUC960內置以太網(wǎng)MAC控制器，該控制器具有相應的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。本系統采用IP101作為物理接口收發(fā)器，向網(wǎng)絡(luò )層提供標準的數據接口。它提供了一個(gè)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(shí)，NUC960集成了USB2．0主設備控制器和USB2．0從設備控制器，可以支持USB0和USB1兩個(gè)設備。其中USB1只能作為主設備，而USB0則可以配置為主設備或者從設備。在本次設計中，NUC960的2個(gè)USB2．0接口均配置為主設備。USB0用作預留的USB設備擴展接口，可以方便系統后期軟件開(kāi)發(fā)時(shí)掛載U盤(pán)使用：USB1則用于與外圍設備SD卡進(jìn)行通信，當網(wǎng)絡(luò )環(huán)境不佳或接收不到服務(wù)器的應答信息時(shí)，系統可以將壓縮的圖像數據存儲到位于本地的SD卡中以作備用，防止數據丟失。
NUC960處理器片上還集成了3個(gè)串口，可以支持6至8位的數據傳送，其波特率可通過(guò)編程設置，另外也支持奇偶校驗和幀出錯檢查功能。本設計使用了其中兩個(gè)串口，串口0用于當系統調試時(shí)與計算機連接進(jìn)行通信；串口1用于與讀卡器進(jìn)行通信，讀取使用設備者的相關(guān)身份信息。

4 結論
本文提出了一種采用ARM和DSP雙核結構的遠程視頻監控系統設計方案，實(shí)現了對高校大型實(shí)驗儀器設備的遠程監控，并對視頻畫(huà)面進(jìn)行壓縮、存儲和傳輸。經(jīng)過(guò)實(shí)驗測試，本系統實(shí)現了對設備運行現場(chǎng)畫(huà)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(hù)可以通過(guò)Web-server觀(guān)看設備的實(shí)時(shí)運行畫(huà)面；當網(wǎng)絡(luò )阻塞時(shí)，系統在本地存儲壓縮圖像，每張圖片的存儲間隔最快可以達到1min，設備運行的歷史圖像可以保存30天，基本滿(mǎn)足了高校實(shí)驗室的管理要求。為了減少數據存儲量，系統通過(guò)電流檢測來(lái)選擇是否處理和存儲監控畫(huà)面。另外，利用擴展的讀卡器來(lái)記錄設備使用者的信息，實(shí)現了設備的自動(dòng)化管理。實(shí)驗表明，本系統運行穩定、可靠性較高?？紤]到SPCT6100最多能同時(shí)輸入4路信號，在今后的優(yōu)化過(guò)程中，亦可以考慮實(shí)現多路監控，以便達到系統精簡(jiǎn)和成本節約的目的。