基于ARM9的远程图像无线监控系统的设计
作者:亚慱体育APP在线下载 发布时间:2022-09-19 03:55
本文摘要:对图像监控系统,用户经常明确提出这样的功能市场需求:期望需要监控距离很远的对象。这些对象有可能产于在郊区、深山,荒原或者其他无人值班的场合;另外,期望需要提供较为明晰的监控图像,但对图像传输的实时性拒绝并不低,很显著,用传统的PC机特图像采集卡的方式很难符合这样的市场需求。

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对图像监控系统,用户经常明确提出这样的功能市场需求:期望需要监控距离很远的对象。这些对象有可能产于在郊区、深山,荒原或者其他无人值班的场合;另外,期望需要提供较为明晰的监控图像,但对图像传输的实时性拒绝并不低,很显著,用传统的PC机特图像采集卡的方式很难符合这样的市场需求。在嵌入式领域,ARM9系列微处理器在高性能和低功耗方面获取了最佳的性能,因此搭配ARM9嵌入式处理器S3C2440设计构建了一个远程图像光线监控系统通过这个系统,可以远在千里之外掌控一个摄像机展开图像收集并传送。

如果这个摄像机有一个485模块的云台,还可以通过互联网远程控制摄像机的取景角度、镜头剪切、探讨等功能.除了提供图像数据.系统还获取了多路电源掌控和数据采集功能,可以相连温度、湿度等各类传感器和掌控红外夜视灯等其他外部设备的电源状态。最后,通过GPRS或CDMA无线通信模块及Internel互联网将数据传至任何地方1系统设计本系统使用三星公司的S3C2440嵌入式处理器和arm-linux2.4.26操作系统;S3C2440用于ARM920T内核,主频是400MHz;除了构建标准化的串口控制器、USB控制器、A/D转换器和GPIO等功能之外,还构建了一个摄像头接门(CAMIF)(这个模块是远程图像收集的核心部分)。

系统在S3C2440处理器的掌控下,从CCD摄像机收集仿真视频信号,然后经过编码、DMA传输到内存缓冲器,接着由软件对内存中的数字视频数据展开传输和包.最后通过通信单元将图像以IP包在的方式发送到监控中心的服务器。整个系统的硬件结构原理如图1右图1.1图像取样模块S3C2440的摄像头模块(CAMIF)反对ITU-RBT.601/656YCbCr8比特标准的图像数据输出,仅次于可取样40964096像素的图像。摄像头模块可以有两种模式与DMA控制器展开数据传输:一种是P端口模式,把从摄像头模块取样到的图像数据改以RGB数据,并在DMA掌控下传输到SDRAM(一般这种模式用来获取图像预览功能);另一种是C端口模式,把图像数据按照YCbCr4:2:0或4:2:2的格式传输到SDRAM(这种模式主要为MPEG-4、H.263等编码器获取图像数据的输出)。

上述两种工作模式都容许设置一个剪辑窗口,只有转入这个窗口的图像数据才需要传输到SDRAM。上述过程能用图2解释。S3C2440的摄像机模块接管ITU标准的图像数据,无法必要接管CCD摄像机输入的仿真视频信号,因此还必须1片SAA7113视频解码芯片。

SAA7113可以输出4路仿真视频信号,通过内部寄存器的有所不同配备可以对4路输出展开切换,输出可以为4路CVBS或2路S视频(Y/C)信号,输入8位VPO总线,为标准的ITU656、YUV4:2:2格式。对SAA7113初始化必须通过I2C总线展开,而S3C2440内部构建的I2C控制器正好可以构建这个过程。

S3C2440的摄像机模块与SAA7113的相连原理如图3右图。SAA7113的CE插槽与S3C2440的一个GPIO插槽连接,这样可以掌控SAA7113的工作状态。当须收集图像时,将该GPIO口输入低电平,使SAA7113芯片正处于低功耗状态,节省电能的消耗。对照图2和图3可以显现出,SAA7113芯片就是图2的外部图像传感器。

它向嵌入式系统的摄像机模块获取了取样到的标准ITU视频数据。这些数据经过DMA的P端口或C端口控制传输到了内存,这样就可以在内存中对图像数据不作更进一步的加工处置。

1.2取样模块驱动图像取样模块的驱动按照Linux视频设备驱动的模型V4L(videoforLinux)撰写了SAA7113与S3C2440摄像机模块的驱动。驱动用于C端口模式与DMA展开通信。

取样1帧图像之前,首先设置取样图像的分辨率和剪辑窗口大小等参数,然后设置DMA控制器采访的视频取样输入缓冲器的内存地址,接着就可以通过设置S3C2440的CAMIF模块掌控寄存器启动1帧图像的收集。当收集完了1帧图像时,CAMIF模块不会自动启动1次C端口的DMA通信,把收集的图像数据传遍内存。传输完结后,不会产生一个C端口的中断,通报驱动1帧数据取样和传输完结。具体来说,这个驱动必须构建以下功能:初始化S3C2440的CAMIF模块的时钟寄存器。

主要是根据SAA7113的外接晶振频率设置摄像机时钟方波寄存器(CAMDIVN)。该寄存器的0~3位是方波系数,其计算方法是:CAMCLK_DIV=UPLL/(CAMCLK*2)-1(初始化代码额编者注)配备CAMIF模块的取样参数。

主要是输出源图像数据的格式、输入的图像格式、取样的窗口大小、DMA的采访地址等参数。这里定义了一个结构,用作存储与CAMIF模块涉及的配备信息:structs3c2440_camif_cfg_t{intsrc_x;//输出的源图像宽度intsrc_y;//输出的源图像高度intdst_x;//输入的目标图像宽度intdst_y;//输入的目标图像高度intdst_fmt;//输入的目标图像数据格式intpre_x;//预览地下通道(P端口模式)输入的图像长intpre_y;//预览地下通道(P端口模式)输入的图像低intpre_fmt;//用于地下通道(P端口模式)时划为1__u16bypass;//为1时回应不落成按比例的图像缩放/增大__u16ycbcr;//输出图像的YcbCr顺序structs3c2440_camif*dev;//设备的系统信息};上述这些配备信息最后是与一系列的寄存器相关联的。

这个结构为读/写出寄存器获取了一个明晰的、集中于的存储缓冲器。关上、重开和掌控摄像机的接口函数。这3个接口函数是按V4L规范撰写的,其原型如下:①关上摄像机接口函数:staticintv4l_cam_open(structvideo_device*v,intmode);②掌控摄像机接口函数:staticintv4l_cam_ioctl(structvideo_device*v,unsignedintcmd,void*arg);③重开摄像机接口函数:staticvoidv4l_cam_close(structvideo_device*v);中断处置接口函数。

该中断处理函数在用于C端口模式已完成1帧图像收集后被调用。函数原型定义如下:staticvoids3c2440_camif_isr_c(intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs);加载图像数据的构建函数。该函数通过devrdy的值辨别1帧图像若无收集切换完结。

如果该值置1,则回应取样完结,这时就可以从图像数据的缓冲器中拷贝数据到用户的存储空间;如果为0,则函数转入堵塞或回到EAGAIN标志。偷偷地托一下,devrdy的值是在中断处理函数中设置的。(构建代码额编者注)1.3图像数据的传输S3C2440的CAMIF模块处置获得的1帧图像数据较为大,还要经过更进一步的传输才能合适展开网络数据传输。

S3C2440处理器内部没获取硬件的图像压缩编码器,但因为它的主频较高,可以用于软件来展开图像压缩。考虑到CPU的处置能力和对单帧取样图像的清晰度有较高的拒绝,使用基于线性余弦转换算法(DCT)的JPEG/MJPEG方式对图像数据展开传输编码。

1.4图像数据的传输通信单元分担了图像的数据传输任务。在本系统中,有两种通信单元可供使用。一种是GPRS/CDMA无线传输模块。

它们通过串口与S3C2440处理器相连接,在以太网络传输线缆无法铺设的环境中可以用于这种通信方式。它的缺点是通信比特率小,传输速度快,但是如果对实时性拒绝不低,也需要传输高清晰的静态图片。另一种通信单元是10MHz的CS8900a以太网络传输模块。

它可与局域网相连接,然后将监控图像发送到局域网的监控服务器或者通过网关发送到互联网上。这种通信方式速度低,实时性好,但监控现场要加装有线的以太网络。

1.5摄像机云台的掌控摄像机的云台掌控模块使用RS485通信方式。因S3C2440内部只有RS232的控制器,为此用于MAX485芯片设计了一个RS232到RS485的切换模块。该电路原理如图4右图。

图4中RS485的数据流方向由GPE13口的电平展开掌控。2系统软件的设计系统软件包括下位机软件、服务器软件和客户端软件。下位机软件部署在远程图像监控设备上。

这个软件作为一个Linux的城主进程启动,负责管理传输取样到的图像数据,并把传输后的图像包,然后通过Socket通信方式上传遍监控服务器。如果用于GPRS/CDMA无线传输模块,上位机软件在系统启动已完成后,就自动展开PPP电话号码,创建起一条TCP/IP的通信管道。客户端软件部署在一台相连到互联网的PC机上,它获取给最终用户网页监控画面,设置监控参数等功能。服务器软件也部署在一台相连到互联网的计算机上。

这台计算机在互联网上有相同的IP或者域名,服务器软件作为一个后台进程启动,为客户端和远程图像监控设备之间的通信起着一个桥梁的起到。因为远程监控设备的IP地址是动态的,无法被客户端必要传输速率,因此就必须服务器作为双方通信的中间桥梁。下位机软件通过驱动程序获取的模块,在远程图像监控设备中已完成硬件的初始化、掌控等功能,同时又负责管理图像的传输和传输。

它是所有设备的掌控中枢,因此这里侧重叙述下位机软件的工作流程,如图5右图。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必须时才工作,所以这些设备在初始化时都是插入电源的。下位机程序加载留存在设备上的设备ID号(该ID号是唯一的),以及监控服务器的域名/IP地址和端口,然后下位机程序作为Socket相连的客户端主动与监控服务器进行相连。相连顺利之后,送来出有设备的ID号。

这时如果有监控的客户端想查阅某个远程监控设备的图像,只要向监控服务器发出请求,告诉他服务器要相连的设备ID号,服务器就不会根据这个ID号对应的Socket句柄,为客户端和远程监控设备创建一个Socket相连地下通道。3总结远程图像无线监控系统在高压输电线路的覆冰监测中获得了顺利的应用于。在野外全天候环境下,主动精确地监测高压输电线路覆冰厚度,同时收到预警处置信息,从而有效地防止了断缆事故的再次发生。

远程图像监控技术是随着计算机技术、数字通信技术、网络技术、自动控制技术以及LSI、VLSI集成电路的发展而发展的,而基于ARM9嵌入式处理器的本系统正是这些技术学科互相交叉和融合发展的集中体现。实践证明,ARM9处理器的低功耗、高性能和多功能的特性符合了远程图像监控的许多类似市场需求,是构建远程图像监控的很好自由选择。

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