3g无线监控结题报告

1 / 26 3g 无线监控结题报告 附件 2 2016 年 度 开 放 实 验 项 目 研 究 报 告 项 目 名 称： 项 目 负 责 人： 专 业： 学号： 学 院： 项 目 组 成 员： 指 导 教 师： 项 目 类 二一二年 11 月 20 日 目 录 摘 要 . 2 第 1 节 前 言 . 2 第 2 节 方案设计与论证 .2 / 26 . 4 调光模块 . 4 无线通信模块 . 5 第 3 节 设计方案及硬件电路结构 . 5 总体系统设计 . 5 主 控 模 块 的 选 择 及 硬 件 实现 . 6 处理器 . 7 存储系统 . 8 的存储系统 . 9 3 / 26 触摸屏系统 . 9 现 场 控 制 器 的 选 择 及 硬 件 实现 . 10 温 度 采 集 模 块 的 设 计 及 硬 件 实现 . 11 调 光 模 块 的 设 计 及 硬 件 实现 . 12 烟 雾 报 警 模 块 的 设 计 及 硬 件 实现 . 13 无 线 通 信 模 块 的 设 计 及 硬 件 实现 . 14 第 4 节 软件设计 . 17 主控模块的软件设计 . 17 触摸屏驱动实现 . 18 现 场 控 制 器 模 块 的 软 件 设4 / 26 计 . 21 温 度 采 集 软 件 实现 . 22 软件实现 . 24 烟 雾 报 警 软 件 实现 . 26 无 线 收 发 软 件 设计 . 26 的 SPI 通讯 . 26 发送 . 28 接收 . 29 第 5 节 系 统 测 试 与 结 果 分析 . 31 5 / 26 温度检测 . 31 系统功能调试 . 31 烟雾报警调试 . 32 第 6 节 项目成果 . 32 结束语 . 33 参考文献 . 34 附 录 . 35 无线家居监控系统 6 / 26 摘 要 本系统是以 AT89S52 为现场控制器，以 ARM 主控制器，它们辅以 CC1100 无线通信模块、温度传感器 DS18B20、烟雾报警模块、 PWM 调光模块组成，实现温度信号的无线传输以及显示、亮度 的无线传输显示和烟雾报警。系统使用 51单片机采集温度，亮度和烟雾报警信息，然后通过 CC1100无线模块将数据发射到 ARM； ARM 通过 CC1100 无线模块接收数据然后显示温度和亮度、也可以通过触摸屏来控制 51 单片机端的 LED 的亮度和对报警信号进行处理。最终完成了温度、亮度和烟雾信号的准确采集及 CC1100 的双向通讯，实现对家居的安防和控制。 第 1 节 前 言 许多人的概念里，智能家居这个词离我们的生活似乎异常遥远，只是存在于高科技展览会里的表演，或是富豪们向人们炫耀财富而展示的一种家居 装饰。事实上，近年来智能家居已开始一步一步走进越来越多的普通家庭。一套完整的智能系统一般包括保安、电话、影音、空调、灯光等几大子系统，价格上已可以被消费者所接受，业主完全可以根据自己的需要和喜好选择安装子系统，以满足自己居家的各种需求。 随着家居智能化系统的不断完善，我们想象中的家中布满线网的情形不会再有了，家里一个小小的的角落就可7 / 26 解决全部问题。安装一套智能家居，已经不再是一个概念，而是生活中切切实实可以享受到的高科技带来的便利生活体验。 目前智能家居市场上消费者接受程度最高的无疑是安防系统，一套完整的安防系统包括报警系统、视频监控和可视对讲。这些系统下又有许多分支系统，消费者一般根据不同要求和需要来选择安装，很少有人全部选择。 以最热销的报警系统为例，厨房安全警报和周边防范系统 90以上的业主都会选择，而选择这些系统的业主一般都是居住在别墅里，所以周边防范是最隐蔽最实用的安防系统。一般周边防范由四盏位于别墅四周的路灯构成，这些表面看起来普通的路灯实则具有红外线监控系统，能够根据穿过红外线的物体大小判断，进行警报。而厨房安全警报则会自动测量厨房煤气浓度，一旦超标即可发出警报 ，并自动关闭煤气管道总阀门。 尽管智能家居在我国好几年前已经出现，但至今仍是防盗和监控这两个功能的接受 程度最高，这是由国情所决定的。由于系统的不同，造价也高低有差。虽然家庭安防系统偶尔有时会出现误报情况，但是随着科技的进步，相信精确率会越来越高。 在家居娱乐和电器控制方面，智能家居也有突出表现，包括背景音乐系统、数字网络客厅、家居综合布线、灯8 / 26 光控制和电器控制等功能在内的系统，使人们的生活从各个方面变得更加安全、舒适、简单。 娱乐和电器方面的智能家居系统必须要走 人性化路线，智能家居具有易于操作控制的特性，只要一块控制模板，就可以在家里的任意一个角落随意控制家里的电器、灯光、电脑。远程控制还可以做到使你在外通过电话控制家里电器的开关，或者在外地能够上网的地方对自家家居进行监控，就如同从前科幻片里的情节一般。 目前市场上，智能家居的主要接受人群仍然是一部分高端人群。业内人士认为，阻挠智能家居发展脚步的主要是价格和消费理念两方面的原因。智能家居还属于高档消费，一套系统要几万元不等。尽管接受度和认同度与以前相比已经大有提高，但仍主要局限于买别墅的高端人群和热爱生活、享受生活的年轻白领一族。 另外，目前许多人对智能家居系统功能的认识不足，许多设计师也缺乏相应的专业知识去向业主推广，导致一部分实际上有需求的业主对智能家居还一无所知。但是近年来，智能家居的普及度正在慢慢提高，随着国外同行业产品不断涌入我国，以及与国内智能家居行业的竞争加剧，客观上逐渐加大了宣传力度，并产生互补。今后我国的智能家居应走品质与服务并重的路线，未来智能家居发展前景广阔。 今天我们已经进入了一个无线技术无所不在的时9 / 26 代。在家中使用便利的无线电话；出门在外使用手机和远方的亲 人通讯；开车 GPS 系统为我们导航指路；工作中使用无线网卡可以随时随地的进行网上办公等等。 在信息和知识以成为社会和经济发展的战略资源和基本要素的时代，人们更加需要随时随地的获取信息，原来点对点的固定电话通讯方式已经远不能满足要求了。人们需要无线宽带通讯技术，来满足多媒体化、普及化、多样化、全球化和个性化的信息交流。无线技术给人们带来的影响是无可争议的。如今每一天大约有 15 万人成为新的无线用户，全球范围内的无线用户数量目前已经超过 2 亿。这些人包括大学教授、仓库管理员、护士、商店负责人、办公室经理和卡车司机等。他们使用无线技术的方式和他们自身的工作一样都在不断的更新。 随着无线通信技术的进步，无线通信和无线网络将迅速地向我们日常生活中的各个方面扩展。嵌入式的无线通信和无线网络正在向我们走来，以无线片上系统为核心的低功耗、小体积、低价格嵌入式无线通信和无线网络系统近年来得到的迅速地发展，已经产生了无数的新应用和新的市场。 在农工业生产和日常生活中，为保证各项工作在某恒定的温度和湿度范围内安全进行，对温度和湿度的测量具有极有重要意义。比如电力、电信设备及各类运输工具组件的过热故障预知 监控，空调系统的温湿度监控，医疗与健诊10 / 26 的温湿度监控，化工、机械、温室、大棚等。对这些场合的温湿度监控，如果采用人工的方式不仅消耗大量的人力、物力，而且实时性差，准确度地，特别在一些存在热源的生产基地，在短时间内温湿度可能发生剧烈的变化，无法采取人工进行准确的测量和管理，否则可能造成重大事故。如果采用有线传输方式将传感器与主控机相连必然使系统布线复杂、成本增加、故障率高且难以维修，而价格低廉、体积小、功耗低、性能稳定、传输距离长的无线通讯芯片的出现，使无线温湿度监控成为可能。 第 2 节 方案设计与论 证 调光模块 方案一：采用模拟调光 模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、 笨重和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的11 / 26 乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。 3G 无线网络监控方案 前言 随着网络迅猛发展，有线网络在很多场合和场所已经难以满足联网的需要，对于无线网络的要求越来越膨胀，同时对于无线网络的要求越来越严格， 3G 无线网络的出现大大改善了无线网络传输下的带宽极差的现象，同时，基于原有的传统无线网络下的监控方式也得到了根本的改变。 营业厅监控的认知度和自动化体现的越来越 先进。作为一个传统意义的产业，公司企业对营业厅这个行业的发展非常重视，为了促进和规范营业厅安全规范作业，加强对营业厅人员自动化管理，出台了很多规范。然而，许多营业厅的消防安全意识淡薄，存在很多安全隐患，一旦发生安全事故，将造成重大人员伤亡。 我们根据营业厅经营模式的特点和有关政策法规的要求，本着积极、严谨的态度，设计出一套完整的数字视频远程网络监控管理系统。该系统功能强大、界面友好、操作简易、图像清晰、音频还原度高，清晰悦耳，并且能够有效的管理监控系统工作的情况并记录下来，最终进行监控管理软件的 统计工作。每套该前端监控系统都具有独立的视频监看、双向语音对讲、探头报警功能。该系统当中的前端系统12 / 26 将采集到的视频、语音、报警信号，通过我公司自主开发的“网络摄像机”网络摄像机，编码转换成网络数字信号。然后通过营业厅已有的网络连接，将视频、语音、报警信号上传至监控管理中心，达到规范管理的作用。 “网络摄像机”是我公司为了满足用户把高清晰的声音、视频数字化远程传输而专门设计的音视频编、解码产品。“网络摄像机”充分考虑远程监控需求的特点，结合了我公司在视频技术方面的优势和最新 IT 技术，旨在为用户提供一 个专业的、高性价比的远程视频解决方案。 应用“网络摄像机”产品可以在无需任何动土工程的情况下非常简单的实现模拟 CCTV 向网络视频系统升级。先进的 IT 技术保证所有硬件 24 小时无间断工作，异常自动恢复功能保证即使出现任何人为、意外、技术中断也能立即重新工作或者自动连接，可通过远程网络进行控制管理、升级、实现了远程管理维护，极大的方便了工程商和用户的调试和使用。 采用“网络摄像机”构成的远程监控系统，为管理部门提供了一套有效的营业厅监管工具。在社会上树立起营业厅作业安全、文明、健康的良好形 象。促进了文化建设与高新科技的结合，把营业厅等行业发展成为功能丰富多彩、内容健康有益的数字文化家园。 二、系统设计目标 13 / 26 在进行网络监控系统设计的时候，依照别墅区对该系统的基本需求，本着架构合理、安全可靠、产品 主流、低成本、低维护量作为出发点，并依此为别墅区提供先进、安全、可靠、高效的系统解决方案。 架构合理： 就是要采用先进合理的技术来架构系统，使整个系统安全平稳的运行，并具备未来良好的扩展条件。 稳定性和安全性：这是别墅区最关心的问题，只有稳定运行的系统，才 能确保别墅区网络监控系统平稳运行。系统的技术先进性是系统高性能的保证和基础，同时可有效地减少使用人员和系统维护人员的麻烦。良好的可扩展性则是为了用户的发展考虑。随着别墅区安防系统应用时间的增长，未来对安防系统的要求会更高。可扩展性保证当用户有更多的要求时，引入的新设备可以顺利地与本次配备的设备共同工作，进一步扩展与提高系统的性能。 产品主流：系统是否采用当今主流产品，关系到系统的整体质量和未来能否得到良好技术支持以及完整的技术文档资料。 低成本低维护量： 指力争有良好的性能 价格比，所采用的产品应是简单，易操作，易维护，高可靠度的。 系统是否具有优良的性能价格比是判断一个系统优劣条件的重要依据。系统的易操作和易维护性是保证非专业14 / 26 人员使用好一个系统的条件。高可靠度是保障系统运行的基本要求，也是易维护性的保障。 我司将本着上述设计原则，来进行别墅区网络监控系统的设计。并将严格按照国际惯例并结合本单位的技术实力与工程经验，进行别墅区监控系统整个工程所用设备的整体方案设计工作。 三、系统设计原则、依据 设计原则 根据别墅的总 体结构，该别墅监控系统分为别墅室内监控和室外监控两部分，并充分考虑现场实际情况，前端别墅室外监控系统设计采用高清晰度 3G 无线网络摄像机与高清晰一体球机相结合，同时在监控点较为分散的地方采用室外型网络恒速球进行前端视频的采集和编码，视频传输采用抗干扰视频线，控制信号传输采用带屏蔽专用控制电缆，保证视频信号和控制信号的准确传输； 前端别墅室内监控系统设计采用高清晰度迷你型室内红外恒速球来进行监控。如下图所示： 3G 无线网络摄像机可通过 3G 网络进行直接传输，通过 3G 网络接入 internet 网 络中，转发服务器可通过internet 网络获取到 3G 网络数据，并且将前端网络摄像机的数据进行转发。 3G 无线网络摄像机的音、视频数据到了转发数据服15 / 26 务器后，监控中心的所有监控终端与集中管理中心与 3G 无线网络摄像机将没有任何联系，不再直接请求数据访问，而是直接访问转发数据服务器，转发数据服务器将所有前端监控点的音、视频数据分发给监控中心的网络视频解码器和网络视频解码器。 系统特征： a、 先进性： 在投资费用许可的情况下，系统采用当今先进的技术和设备，一方面能反映 系统所具有的先进水平，另一方面又使系统具有强大的发展潜力，以便该系统在尽可能的时间内与社会发展相适应。 b、 可靠性： 系统最重要的就是可靠性，系统一旦瘫痪的后果将是难以想象的，因此系统必须可靠地、能连续地运行，系统设计时在成本接受的条件下，从系统结构、设备选择、产品供应商的技术服务及维修响应能力等各方面均应严格要求，使得故障发生的可能性尽可能少。即便是出现故障时，影响面也要尽可能小。 c、 安全性： 对于安全防范系统，其本身的安全性能不可忽视，系统设计时，必须采取多种手段 防止本系统各种形式与途径的非法破坏。 d、 可扩充性： 16 / 26 系统设计时应充分考虑今后的发展需要，系统应具有预备容量的扩充与升级换代的可能。 e、 规范性： 由于本系统是一个严格的综合性系统，在系统的设计与施工过程中应参考各方面的标准与规范，严格遵从各项技术规定，做好系统的标准化设计与施工。 一切应从实际出发，使智能系统具有较高的实用效能。这也是智能建筑在当今之所以能迅速兴起并发展的关键所在。 设计依据 本方案设计根据甲方常规要 求，并遵循以下国家相关部门制定的设计规范要求。主要包括： JGJ/T16-92民用建筑电气设计规范 GB/T50314-2000智能建筑设计标准 GB50174-93电子计算机机房设计规范 GB50057-94建筑物防雷设计规范 GBJ232-92电气装置安装工程施工及验收规范 GB4943-95信息技术设备的安全 GB/T75-94安全技术防范规范工程技术 规范 GB50198-94民用数字网络监控网络系统工程技术规范 17 / 26 发展商对数字网络监控系统的总体要求 四、总体设计 需求分析 利用现代的高科技技术手段，组成全方位防范系统是十分必要的。本方案主要针对别墅网络监控系统来设计。 网络监控系统分为模拟系统和数字系统两种，这两种系统的区别主要在于管理与储存部分使用的形式不同。对于模拟系统来说一般是由矩阵主机，前端摄像机，监视器，控制器，解码器，云台和传输控制电缆等组成；数字系统是 由3G 无线网络摄像机主机，显示器，前端摄像机，控制器，解码器，云台和传输控制电缆等组成。本方案建议采用 3G 无线网络摄像机系统。 网络监控系统也是管理人的系统，可以为别墅环境创造高度监督及顾客需求过程全实时记录，由此可以大大降低监督人员的数量及劳动强度，同时降低了经营成本；网络监控系统还可以调用以前的工作录像记录，同时也可为商场管理人员分析顾客对其所经营商品的欢迎程度，提高经营品牌创造了条件。 网络监控系统应该说是跨学科跨行业的系统工程，以功能要求的不同可分为以下几个方面： 1） 2） 18 / 26 3） 4） 前端摄像系统 视频传输系统 视频控制系统 视频显示和记录系统 摄像部分是网络监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”，它把监视的内容变为图像信号，传送控制中心的监视器上，摄像部分的好坏及它产生的图像信号质量将影响整个系统的质量。 传输部分是系统的图像信号通道。 控制部分是整个系统的“心脏”和“大脑”，是实现整个系统功能的指挥中心。 显示部分一般是由几台或多台监视器组成，它的功能是将传送过来的图像一一 显示出来。 网络监控系统的粗略结构图如下图所示： 监控系统结构图 1、摄像部分 摄像部分一般安装在监视现场 ,它一般包括 3G 无线网络摄像机、镜头、防护罩、支架等。它的作用是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号，将电信号转换为数字信号，通过普通网线即可实现传输。 镜 头 常用的镜头种类包括：手动 /自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头两种。定焦镜头分为标准镜头和广角镜头两种。定焦镜头的适用范围如下： 19 / 26 手动光圈镜头 -所需监视的环境照度变化不大，如室内。 便携箱式 3G 无线视频监控系统 第一章 系统设计 万盛华便携箱式 3G 无线视频监控系统，适用于各种应急救援指挥过程、抢险现场或其它特殊情况的现场处理和控制。现场情况需要实时而迅速地传回监控中心，而事发地点又通常具有不确定性，便携实时监控系统发挥出强劲的技术优势和灵活反应能力，通过无线视频技术将现场情况及时传回监控中心，便于远程指挥和调度，可以极大地缩短反应时间，便于快速远程调度指挥。 一 . 技术设计要求 1)利用成熟的 3G 无线网络进行实时视频传输 2)前端采集、传输设备可以便携使用 3)支持中心组网、分级管理 4)支持电视墙观看视频 5)支持无线观看视频 6)要求设备可以全天候在各类环境中传输现场视频至监控监控中心或者其他联网单位 7)支持 RS485/RS232，多路工业标准的控制 I/O，可外接现场传感器设备数据，通过 3G 设备转发数据到中心服务器数据库或指定平台等。 20 / 26 二 . 应用目标设计要求 突发事件：当发生突发事件时，到达现场后，通过便携无线视频采集传输系统 ，第一时间将现场实际情况传送到监控中心。联合处理：在到达现场过程中和处理现场事件时，通过便携无线视频采集传输系统可将现场实时过程上传和中心录像，结合三大运营商的 3G/2G 网络，确保处理过程及时有效。远程指挥：通过便携无线视频采集传输系统实时监控周边现场情况，监控中心根据现场情况进行远程监控管理和指挥。 第二章 3G 无线便携视频监控系统简介 深圳市万盛华科技发展有限公司针对上述需求，采用国际领先的视频处理技术和三大运营商的 3G 无线移动通讯技术，研制生产的万盛华 3G 无线网络视频监控系统 产品，能够在移动环境中，支持以无线方式提供流畅的、高清晰度的视频传输，能够实时为事件现场提供高性能、高可用性、低成本的 3G 无线网络视频解决方案，搭建视频监控系统、语音传输系统和紧急调度系统。 一 . 系统组成 万盛华 3G 无线便携视频监控管理系统由监控中心单元、 3G 无线网络单元、 3G 无线便携无线视频采集传输单元组成。监控人员和领导可使用电视墙、 PC、笔记本等，通过有线和方式无线观看视频、调度指挥。 21 / 26 监控中心单元 监控中心单元配置 1 台计算机服务器，安装 WSH 网络视 频监控系统软件，具有公网固定 IP 地址和宽带接入。用户根据机房安装配置的情况，选择配置交换机、路由器、防护墙等机房设备。 监控中心 3G 无线网络单元 1. 传输网络 无线网络单元，可以采用： b.中国移动的 TDSCDMA c.中国电信的 EVDO d.中国联通的 WCDMA e.三种 3G 技术的任一种无线技术或 f.三种无线技术同时使用 2. 3G 无线网络比较 a.中国联通 WCDMA： 全称为 Wideband CDMA，这是基于 GSM 网发展出来的3G 技术规范，是欧洲提出的宽带 CDMA 技术，它与日本提出的宽带 CDMA 技术基本相同，目前正在进一步融合。该标准提出了 GSM GPRS EDGE WCDMA 的演进策略。 b.中国电信 CDMA2000： CDMA2000 是由窄带 CDMA 技术发展而来的宽带 CDMA22 / 26 技术，由美国主推，该标准提出了从 CDMA IS95 CDMA20001x CDMA20003x 的演进策略。 CDMA20001x 被称为代移动通信技术。 CDMA20003x 与 CDMA20001x 的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。 c.中国移动TD-SCDMA ： 全称为 Time Division-Synchronous CDMA，是由我国大唐电信公司提出的 3G 标准，该标准提出不经过代的中间环节，直接向 3G 过渡，非常适用于 GSM 系统向 3G 升级。 频率比较： 中国移动 TD-SCDMA：上行 1880-1920MHz，下行2016-2025MHz。补充频率 2300 2400MHz。 中国联通 WCDMA：上行 1920-1980MHz，下行2110-2170MHz。补 充 频 率： 上行 1755-1785MHz，下行1850-1880MHz。 中国电信 CDMA2000：上行 825-835MHz，下行 870-880MHz； 补 充 频 率 ： 上 行 885-915MHz ，下行930-960MHz。 网络带宽 3G 提供更高的带宽，当手机处于静止状态或者以步行速度移动时，最高可达到 384 Kbps，车内可达 128 Kbps，固定场合则达到 2 Mbps。 一般用户仅有 128Kbps 速率，商业用户才能享有货真价实的 384Kbps 或以上带宽。 3G 带宽为共享带宽。 频、视频会议、传真、电子邮件、局域网接入，并23 / 26 为用户提供短信、语音信箱、来电显示、呼叫转移、呼叫等待、呼叫保持、电话会议、限制用户组、呼叫限制、预付费等多种附加功能。 BGAN 是一个 3GPP 包交换和电路交换的网络，兼容第 3 代手机系统，其所有提供的服务都基于 UMTS技术。 3G 无线便携视频采集传输单元 3G无线便携视频采集传输单元配置 3G无线视频采集传输终端、针孔摄像机、耳麦 /无线耳麦、备用电池及充电设备。 系统 组网示意图 二 . 系统工作流程 启动 3G 无线便携视频采集传输终端，设备按照设定的参数自动运行，通过摄像头进行视频采集，无线视频采集传输终端对摄像机采集的水平进行压缩编码。同时连接运营商的 3G 无线网络，建立数据链路。视频传输设备通过 3G 无线链路将编码后的视频信息实时传送到监控监控中心的视频管理服务器，运行在视频管理服务器的视频处理程序将接收到的视频信息重新合成，通过发布程序进行视频实时发布。用户根据权限，使用客户端软件，就可以观看实时的视频、双向语音交互。 系统性能 1. 图像性能指标： 24 / 26 正常模式：分辨率为 352 288 或 704 576，最高可达 25 帧 /s， 16Bit 色 一般情况下视频图像保证无水纹 2. 视频转发程序性能指标 单机版服务器系统软件支持多终端并发传输。如需支持更多终端并发数量，采用 WSH 分布式系统管理软件平台 支持