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灌装设备基于ARM9系统的远程图像无线监控的设计

>   对于图象监控体系,用户每一每一提出如许的功效需求:希望可以或许监控距离较远的对于象。这些个对于象可能漫衍在郊区、远山,荒原或其他无人值守的场合;别的,希望可以或许获取比较清晰的监控图象,但对于图象传输的及时性要求并不高,很较着,用传统的PC机加图象收罗卡的方式很难满足如许的需求。 >>    在镶嵌式领域,ARM9系列微措置惩罚器在高性能和低功耗方面供给了最佳的性能,因此选用ARM9镶嵌式措置惩罚器S3C2440预设使成为事实了一个长途图象光线监控体系通过这个体系,可以远在千里之外节制一个摄像机举行图象收罗并回传。如果这个摄像机有一个485接口的云台,还可以通过互联网长途节制摄像机的取景角度、镜头拉伸、聚焦等功效.>>    除开获取图象数据.体系还供给了多路开关节制和数据收罗功效,可以连接温度、湿润程度等各类传感器和节制红外夜视灯等其他外部设备的开关状态。最后,通过GPRS或CDMA无线通讯模块及Internel互联网将数据传至不论什么处所>>1 体系预设>>    本体系接纳三星公司的S3C2440镶嵌式措置惩罚器和arm-linux2.4.26操作体系;S3C2440使用ARM920T内核,主频是400MHz;除开集成通用的串口节制器、USB节制器、A/D转换器和GPIO等功效之外,还集成了一个摄像头接门(CAMIF)(这个接口是长途图象收罗的焦点部门)。体系在S3C2440措置惩罚器的节制下,从CCD摄像机收罗模拟视频信号,然后颠末编码、DMA传输到内存缓冲,接着由software对于内存中的数码视频数据举行压缩和打包.最后通过通讯单位将图象以IP包的方式发送到监控中心的服务器。全般体系的硬件布局道理如图1所示> align=center sizset="4" sizcache="3"> 组图:监控设备>>1.1 图象采集样品接口>>    S3C2440的摄像头接口(CAMIF)支持ITU-R BT.601/656 YCbCr8比特标准的图象数据输入,最大可采集样品4096×4096像素的图象。摄像头接口可以有两种标准样式与DMA节制器举行数据传输:一种是P端口标准样式,把从摄像头接口采集样品到的图象数据转为RGB数据,并在DMA节制下传输到SDRAM(一般这种标准样式用来供给图象预览功效);另一种是C端口标准样式,把图象数据按照YCbCr4:2:0或4:2:2的格式传输到SDRAM(这种标准样式主要为MPEG-四、H.263等编码器供给图象数据的输入)。上述两种工作标准样式都允许设置一个剪辑窗口,只有进入这个窗口的图象数据才气够传输到SDRAM。上述过程可用图2申明。> align=center sizset="5" sizcache="3"> 组图:监控设备>>    S3C2440的摄像机接口接收ITU标准的图象数据,不克不及直接接收CCD摄像机输出的模拟视频信号,因此还需要1片SAA7113视频解码芯片。SAA7113可以输入4路模拟视频信号,通过内部寄存器的差别设置可以对于4路输入举行转换,输入可认为4路CVBS或2路S视频(Y/C)信号,输出8位“VPO”总线,为标准的ITU656、YUV 4:2:2格式。对于SAA7113初始化需要通过I2C 总线举行,而S3C2440内部集成的I2C节制器恰恰可使成为事实这个过程。S3C2440的摄像机接口与SAA7113的连接道理如图3所示。> align=center sizset="6" sizcache="3"> 组图:监控设备>>    SAA7113 的CE 引脚与S3C2440 的一个GPIO 引脚相连,如容许以节制SAA7113的工作状态。当无需收罗图象时,将该GPIO口输出低电平,使SAA7113芯片处于低功耗状态,节省电能的耗损。对于照图2和图3可以看出,SAA7113芯片就是图2的“外部图象传感器”。它向镶嵌式体系的摄像机接口供给了采集样品到的标准ITU视频数据。这些个数据颠末DMA的P端口或C端口节制传输到了内存,如许就能够在内存中对于图象数据作进一步的加工措置惩罚。>>1.2 采集样品接口驱动>>     图象采集样品接口的驱动按照Linux视频设备驱动的模型V4L(video for Linux)编著了SAA7113与S3C2440摄像机接口的驱动。驱动使用C端口标准样式与DMA举行通讯。采集样品1帧图象之前,首先设置采集样品图象的分辩率和剪辑窗口大小等参量,然后设置DMA节制器访问的视频采集样品输出缓冲的内存地址,接着就能够通过设置S3C2440的CAMIF接口节制寄存器启动1帧图象的收罗。当收罗完1帧图象时,CAMIF接口会自动启动1次C端口的DMA通讯,把收罗的图象数据传到内存。传输竣事后,会孕育发生一个C端口的间断,报信驱动1帧数据采集样品和传输竣事。具体来说,这个驱动需要使成为事实以下功效:>>    初始化S3C2440的CAMIF接口的时钟寄存器。主如果按照SAA7113的外接晶振频率设置摄像机时钟分频寄存器(CAMDIVN)。该寄存器的0~3位是分频系数,其计较方法是:>>CAMCLK_DIV=UPLL/(CAMCLK * 2)-1>>(初始化代码略— — 编者注)>>    设置CAMIF接口的采集样品参量。主如果输入源图象数据的格式、输出的图象格式、采集样品的窗口大小、DMA的访问地址等参量。这搭界说了一个布局,用于储存与CAMIF接口相干的设置信息:>>struct s3c2440_camif_cfg_t {>>int src_x; //输入的源图象宽度>>int src_y; //输入的源图象高度>>int >>dst_x; //输出的目标图象宽度>>int dst_y; //输出的目标图象高度>>int dst_fmt; >>//输出的目标图象数据格式>>int pre_x; //预览通道(P端口标准样式)输出的图象宽>>int pre_y; >>//预览通道(P端口标准样式)输出的图象高>>int pre_fmt; //使用通道(P端口标准样式)时设为1>>__u16 bypass; >>//为1时暗示不启用按比例的图象放大/由大变小>>__u16 ycbcr; //输入图象的YcbCr顺序>>struct s3c2440_camif >>*dev; //设备的体系信息>>};>>    上述这些个设置信息最终是与一系列的寄存器相干联的。这个布局为读/写寄存器供给了一个清晰的、集中的储存缓冲。>>    打开、关闭和节制摄像机的接口函数。这三个接口函数是按V4L规范编著的,其原形如下:>>① 打开摄像机接口函数:>>static int >>v4l_cam_open(struct video_device *v,int mode);>>② 节制摄像机接口函数:>>static int >>v4l_cam_ioctl(struct video_device *v,unsigned int cmd,void *arg);>>③ 关闭摄像机接口函数:>>static void v4l_cam_close(struct video_device *v);>>    间断措置惩罚接口函数。该间断措置惩罚函数在使用C端口标准样式完成1帧图象收罗后被调用。函数原形界说如下:>>static void >>s3c2440_camif_isr_c(int irq,void *dev_id,struct pt_regs *regs);>>    读取图象数据的使成为事实函数。该函数通过dev→rdy的值判断1帧图象有没有收罗转换竣事。如果该值置1,则暗示采集样品竣事,这时就能够从图象数据的缓冲中拷贝数据到用户的储存空间;如果为0,则函数进入梗阻或归回EAGAIN标记。趁便提一下,dev→rdy的值是在间断措置惩罚函数中设置的。(使成为事实代码略——编者注)>>1.3 图象数据的压缩>>    S3C2440的CAMIF接口措置惩罚获患上的1帧图象数据比较大,还要颠末进一步的压缩才气适合举行网络数据传输。S3C2440措置惩罚器内部没有供给硬件的图象压缩减编制码器,但因为它的主频较高,可使用software来举行图象压缩。考虑到CPU的措置惩罚能力和对于单帧采集样品图象的清晰度有较高的要求,接纳基于失散余弦变换算法(DCT)的JPEG/MJPEG方式对于图象数据举行压缩减编制码。>>1.4 图象数据的传输>>    通讯单位承担了图象的数据传输使命。在本体系中,有两种通讯单位可供使用。一种是GPRS/CDMA无线传输模块。它们通过串口与S3C2440措置惩罚器相连接,在以太网络传输线缆难以铺设的环境中可使用这种通讯方式。它的缺点是通讯带宽小,传输速率慢,可是如果对于及时性要求不高,也能够或许传输高清晰的静态图片。另一种通讯单位是10MHz的CS8900a以太网络传输模块。它可与局域网相连接,然后将监控图象发送到局域网的监控服务器或通过网关发送到互联网上。这种通讯方式速率高,及时性好,但监控现场要安装有线的以太网络。>>1.5 摄像机云台的节制>>    摄像机的云台节制接口接纳RS485通讯方式。因S3C2440内部只有RS232的节制器,为此使用MAX485芯片预设了一个RS232到RS485的转换接口。该电路道理如图4所示。> align=center sizset="7" sizcache="3"> 组图:监控设备>>    图4中RS485的数据流标的目的由GPE13口的电平举行节制。>>2 体系software的预设>>    体系software包含下位机software、服务器software和客户端software。下位机software部署在长途图象监控设备上。这个software作为一个Linux的看守保护进程启动,负责压缩采集样品到的图象数据,并把压缩后的图象打包,然后通过Socket通讯方式上传到监控服务器。如果使用GPRS/CDMA无线传输模块,上位机software在体系启动完成后,就自动举行PPP拨号,成立起一条TCP/IP的通讯管道。客户端software部署在一台连接到互联网的PC机上,它供给给最终用户浏览监控画面,设置监控参量等功效。服务器software也部署在一台连接到互联网的计较机上。这台计较机在互联网上有固定的IP或域名,服务器software作为一个后台进程启动,为客户端和长途图象监控设备之间的通讯起到一个桥梁的作用。因为长途监控设备的IP地址是动态的,无法被客户端直接寻址,因此就需要服务器作为双方通讯的中间桥梁。>>    下位机software通过驱动步伐供给的接口,在长途图象监控设备中完成硬件的初始化、节制等功效,同时又负责图象的压缩和传输。它是所有设备的节制中枢,因此这搭着重描述下位机software的工作流程,如图5所示。> align=center sizset="8" sizcache="3"> 组图:监控设备>>    为了省电,一些像SAA7113、摄像机和夜视红外灯等大功耗的器件和设备只有在需要时才工作,以是这些个设备在初始化时都是断裂电源的。>>    下位机步伐读取保存在设备上的设备ID号(该ID号是独一的),和监控服务器的域名/IP地址和端口,然后下位机步伐作为Socket连接的客户端主动与监控服务器举行连接。连接成功之后,发送设备的ID号。这时如果有监控的客户端想要查看某个长途监控设备的图象,只要向监控服务器拍发请求,告诉服务器要连接的设备ID号,服务器就会按照这个ID号对于应的Socket句柄,为客户端和长途监控设备成立一个Socket连接通道。>>3 总结>>    长途图象无线监控体系在高压送电路线的覆冰监视检测中获患上了成功的应用。在野外全天候环境下,适时精确地监视检测高压送电路线覆冰厚度,同时拍发预警措置惩罚信息,从而有效地避免了断缆变乱的发生。>>    长途图象监控技能是随着计较机技能、数码通讯技能、网络技能、自动节制技能和LSI、VLSI集成电路的成长而成长的,而基于ARM9镶嵌式措置惩罚器的本体系正是这些个技能学科彼此交叉和融合成长的集中表现。实践证明,ARM9措置惩罚器的低功耗、高性能和多功效的特性满足了长途图象监控的许多特殊需求,是使成为事实长途图象监控的大好选择。>
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