El diseño y la implementación de la estación de monitoreo es el foco de todo el sistema de monitoreo remoto inalámbrico. La capacidad y precisión de la estación de monitoreo para procesar información y datos afectarán el rendimiento final de todo el sistema. En todo el proceso de desarrollo, el diseño de la estación de monitoreo es la parte con mayor carga de trabajo y mayor tiempo. La estación de monitoreo está ubicada en el lugar de trabajo y únicamente completa la recolección, procesamiento y control de datos. Las tareas son relativamente simples y fijas, y no requieren un escritorio grande para completarlas. Teniendo en cuenta el ahorro de energía y la facilidad de implementación, la mayoría de las estaciones de monitoreo son sistemas integrados. Según las funciones de todo el sistema de monitoreo remoto inalámbrico, así como los requisitos de procesamiento de datos y capacidades de control de sensores, la complejidad del diseño de la estación de monitoreo y la tecnología específica utilizada son diferentes.
Diseño basado en microcontrolador
MCU es la primera opción para la mayoría de sistemas integrados. Debido a los ricos periféricos y las buenas capacidades de control integradas en el chip, el microcontrolador está naturalmente hecho a medida para sistemas integrados y ocupa la mayor participación en el mercado integrado.
El esquema de diseño basado en microcontrolador es generalmente adecuado para sistemas de monitoreo remoto con bajos requisitos de procesamiento de datos y pequeña cantidad de cálculo. El microcontrolador puede ser una computadora de gama baja de 4 bits o una computadora de 8 bits, como la 8051, o un chip especializado con funciones más potentes, como la serie MSP430FE42X. El microcontrolador se utiliza principalmente para el control del sistema de la estación de monitoreo. La memoria fuera del chip generalmente es RAM, EEPROM y Flash. Los dispositivos de E/S son generalmente interfaces hombre-máquina que se utilizan para el diseño y la depuración, como teclados y pantallas LCD. Los sensores son generalmente micrófonos, cámaras, parlantes y servomotores. La implementación de interfaces de comunicación inalámbrica es relativamente compleja. Los códecs son opcionales y normalmente innecesarios para datos de baja velocidad. Dependiendo de las tareas de procesamiento del sistema y el tipo de información, el códec puede elegir diferentes núcleos, como CMX639 (para audio) o LD9320, o puede implementarse con dispositivos lógicos programables. El software de la estación de monitoreo se puede implementar directamente en C o lenguaje ensamblador, y el software de la aplicación también se puede desarrollar en un sistema operativo en tiempo real. Para microcontroladores de gama baja de 4 u 8 bits con capacidades de control bajas y sistemas simples, generalmente se utiliza el método de escribir programas de control directamente.
Diseño basado en DSP
Como todos sabemos, DSP tiene sólidas capacidades de procesamiento digital y tecnología madura. Hay muchos chips de uso general y especial que pueden manejar diversas operaciones. La estación de monitoreo diseñada y desarrollada con DSP como núcleo puede completar el procesamiento de datos de alta velocidad y garantizar los requisitos en tiempo real del sistema.
Este esquema de diseño es generalmente adecuado para sistemas de monitoreo con grandes requisitos de procesamiento y cálculo de datos, altos requisitos en tiempo real y requisitos de capacidad de control relativamente bajos. A diferencia de los sistemas de monitorización basados en microcontroladores, el DSP también se puede utilizar para el cálculo y codificación/decodificación de datos además de ser un controlador. Ya sea que se trate de operaciones de codificación/decodificación y compresión/descompresión más complejas (como procesamiento de datos de imágenes y videos, etc.) o que las complete DSP, debe considerarse de manera integral. Si el DSP tiene una carga demasiado pesada en el control del sistema y la implementación del protocolo de transmisión, esta parte de la operación debe ser completada por un chip de procesamiento especializado si el control del sistema y el protocolo de transmisión son relativamente simples o no hay una pila de protocolos de capa superior; En absoluto, DSP puede completar esta parte de la operación compleja.
Diseño de DSP basado en microcontrolador
Obviamente, este método de diseño absorbe las ventajas respectivas del microcontrolador y del DSP: las características del microcontrolador determinan que sea bueno en control y la estructura interna del DSP garantiza potentes capacidades de procesamiento de datos. La combinación de los dos puede lograr algunas funciones del sistema bastante complejas, pero dado que se utilizan dos procesadores en el sistema, la interacción de información entre los dos es un tema importante que debe considerarse al diseñar este tipo de estación de monitoreo. Sólo cuando el microcontrolador y el DSP cooperan bien pueden ejercer sus respectivas ventajas; de lo contrario, debido a la coordinación entre ellos, se consume una gran cantidad de recursos y el rendimiento general puede no ser mayor que el de un sistema de un solo procesador. Un método común para lograr la coordinación de la comunicación entre el microcontrolador y el DSP es utilizar RAM de doble puerto.
Para ampliar el alcance de aplicación del chip, algunos fabricantes de DSP o microcontroladores han ampliado la base original e incorporado las características de cada uno, de modo que el mismo chip tenga un buen procesamiento de datos y rendimiento de control al mismo tiempo. tiempo. Por ejemplo, el dsPIC lanzado por Microchip facilita a los clientes transferir las funciones del microcontrolador al DSP. El producto lanzado es la serie dsPIC30FXXX. Dado que DSP y MCU se implementan en el mismo chip, se mejora la confiabilidad del sistema, se reduce la dificultad de diseño de la estación de monitoreo y se ahorra espacio en la placa impresa. Este chip es el preferido por los usuarios.
Diseño basado en microprocesadores
Otra opción para diseñar productos integrados es adoptar un enfoque de diseño basado en microprocesadores. En comparación con las computadoras de control industrial, los microprocesadores integrados tienen las ventajas de tamaño pequeño, peso liviano, bajo costo y alta confiabilidad. Al mismo tiempo, la tecnología en este campo es madura, hay muchos tipos de productos y hay un gran espacio para elegir. Los procesadores que cumplen con diversos requisitos de rendimiento son relativamente fáciles de obtener. Con la aparición de MPU de alto rendimiento con arquitectura RISC (como chips de procesador basados en ARM, etc.), las MPU tienen un papel duradero en el campo integrado. Sin embargo, al diseñar una estación de monitoreo, la placa de circuito debe incluir ROM, RAM, Flash, interfaces de bus y varios periféricos. De esta manera, la confiabilidad del sistema se reducirá, la confidencialidad técnica será deficiente y la implementación será deficiente. más difícil.
Diseño e implementación de comunicación inalámbrica
En comparación con las estaciones de monitoreo, el diseño de comunicación inalámbrica es relativamente simple y existen muchos productos y sistemas de comunicación que se pueden utilizar. La atención se centra en tomar la mejor decisión entre una variedad de implementaciones.
Los métodos de implementación comunes incluyen: utilizar redes de comunicación existentes (GSM/GPRS, redes móviles CDMA, etc.) y los productos de comunicación inalámbrica correspondientes a través de equipos transceptores inalámbricos, como módems inalámbricos, puentes inalámbricos, etc. LAN inalámbrica; en la estación de monitoreo, el chip integrado del transceptor se utiliza para realizar la comunicación inalámbrica entre el nivel de la placa de circuito y el centro de monitoreo.
Uso de redes para lograr comunicaciones inalámbricas
Existen muchas redes de comunicación La construcción de redes basadas en servicios era una característica de las redes de comunicación antes del 3G, y las redes inalámbricas no son una excepción. Las principales redes inalámbricas que se pueden utilizar como referencia al diseñar sistemas de monitoreo remoto inalámbricos incluyen: Sistema Digital Global para Teléfonos Móviles (GSM), Servicio General de Radio por Paquetes (GPRS), redes móviles que utilizan tecnología de acceso múltiple por división de código (CDMA) y redes celulares. Sistema de paquetes de datos digitales (CDPD).
GSM (Globem System for Mobile) es el estándar 2G más importante del mundo. Puede proporcionar una alta calidad de comunicación con un bajo coste de servicio y un bajo coste de terminal. En términos de sus servicios, GSM es una RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) móvil que puede proporcionar una variedad de servicios.
GPRS (Servicio General de Radio por Paquetes) agrega algunos equipos de hardware y actualizaciones de software a la red GSM existente para formar una nueva entidad lógica de red. Se basa en tecnología de conmutación de paquetes y utiliza el protocolo de red de datos IP para mejorar la velocidad de transmisión del servicio de datos de la red GSM existente. La velocidad máxima puede alcanzar 170 kb/s/s. GPRS introduce la tecnología de conmutación de paquetes en el sistema GSM existente e integra dispositivos móviles. Las redes de comunicaciones y datos están integradas en una sola, con las características de "velocidad de transmisión extremadamente rápida", "siempre en línea" y "precio asequible".
La red CDMA (Acceso múltiple por división de código) adopta tecnología de espectro ensanchado y adopta una variedad de métodos de recepción de diversidad, lo que la hace tener las características de gran capacidad, buena calidad de comunicación, alta confidencialidad y gran capacidad antiinterferencias. .
La comunicación de datos móviles inalámbrica CDPD (Cellular Digital Data) se basa en la tecnología de comunicación de datos por paquetes digitales, que utiliza la comunicación móvil celular como forma de red y es una combinación de datos y comunicación móvil. Este método de comunicación se basa en TCP/IP, la estructura del sistema es abierta y proporciona una conexión perfecta a la red de la misma capa y a servicios de red multiprotocolo. La red CDPD tiene las características de alta velocidad y alta seguridad de datos. Puede interconectarse con redes de datos públicas cableadas y es muy adecuada para transmitir datos en tiempo real, en ráfagas y en línea.
Para permitir la comunicación inalámbrica entre el centro de monitoreo y la estación de monitoreo para utilizar la red existente, una red inalámbrica específica requiere el equipo de acceso correspondiente. Hay productos preparados para este dispositivo en el mercado. El módulo de comunicación conectado a la red GSM es Siemens TC35i y se puede acceder a través del módulo Siemens MC35GPRS. Se puede acceder a la red CDMA a través del módulo Holley H110CDMA y cualquier módem CDMA de datos (DTS-800/1800). el modo CDPD son OmniSky y NovatelMinstrel.
Utilice la red existente para establecer un sistema de monitoreo remoto inalámbrico. La conexión de red se muestra en la Figura 1. Entre ellos, los productos de módulos de acceso inalámbrico generalmente están equipados con RS232 como interfaz de comunicación externa y algunos tienen antenas incorporadas. Aprovechando la amplia cobertura y capacidades de roaming de la red existente, la ubicación de las estaciones de monitoreo y centros de control no está limitada por la distancia, sin embargo, debido al uso de redes públicas, la seguridad se verá reducida;
Uso de chips para lograr comunicación inalámbrica
Una de las características de los dos primeros métodos de red es que utilizan sistemas y productos de red existentes. La parte de comunicación inalámbrica no requiere desarrollo especial. es más fácil de implementar. Sin embargo, dado que todos los productos adquiridos son equipos independientes, todo el sistema, especialmente un extremo de la estación de monitoreo, tiene una estructura compleja y voluminosa, lo que a menudo trae desventajas a la hora de promocionar el sistema. Los productos subcontratados aumentarán el costo del sistema. Si las funciones de los productos subcontratados pueden integrarse con la estación de monitoreo e implementarse a nivel de placa de circuito, se pueden evitar las desventajas anteriores; sin embargo, esto aumentará la dificultad del desarrollo del sistema y extenderá el ciclo de desarrollo; Asegúrese de sopesar los pros y los contras y tomar la decisión más beneficiosa según la solidez de desarrollo del equipo del proyecto y el ciclo de vida del sistema.
El uso de este método para diseñar una estación de monitoreo solo requiere las interfaces de comunicación inalámbrica en las Figuras 1, 2 y 3 (consulte el texto completo de la versión en línea de este artículo). El diagrama de bloques en tiempo real de esta parte del hardware y la relación entre el procesador y la memoria se muestran aproximadamente en la Figura 4. Cada submódulo tiene una variedad de chips para elegir, como ML2751 y RTF6900 para front-end de RF, ML2722 para modulación/demodulación, LD9002DX2 y Stel-2000A para espectro ensanchado y desensanchamiento.
Implementación del diseño 2
En comparación con el diseño y desarrollo de la estación de monitoreo, el diseño del centro de control es relativamente simple y tiene menos diseño de hardware. Además de las microcomputadoras comunes (o estaciones de trabajo, computadoras industriales), también se requiere equipo de acceso a la red (si se utilizan módulos de diseño propio para lograr la comunicación inalámbrica, se debe desarrollar una tarjeta de red inalámbrica dedicada e insertarla en la ranura de bus reservada en la microcomputadora placa base). El diseño y desarrollo del centro de control se centra principalmente en el diseño y desarrollo de software de aplicación, el cual generalmente se basa en sistemas operativos comunes como Windows y Unix. Actualmente, existen muchas herramientas potentes para iniciar y depurar dicho software, lo que aporta comodidad al diseño del software del centro de control.
En lo que respecta a la forma de implementación del software, además del módulo de interfaz, se pueden diseñar otros módulos funcionales como archivos de biblioteca de enlaces dinámicos (.dll). El módulo de interfaz hombre-máquina se puede personalizar para la aplicación real del sistema de monitoreo remoto inalámbrico para cumplir con los requisitos especiales del usuario en términos de una interfaz hermosa y una operación conveniente.
El uso del lenguaje C/C para diseñar dicho software de sistema en un entorno de desarrollo de VC implica muchas tecnologías, incluida la gestión de memoria, la comunicación en red, la gestión de subprocesos múltiples, la programación de bases de datos e incluso ActiveX.
Solución de LAN inalámbrica
El monitoreo de red inalámbrica basado en tecnología de espectro ensanchado por microondas y tecnología de codificación MPEG4-4 utiliza principalmente servidores de video de red inalámbrica integrados y máquinas de pistola/bolas comunes. El servidor de vídeo de red inalámbrica integrado integra un puente inalámbrico de 2,4G/5,8Ghz, un codificador MPEG4-4 y una antena de alta ganancia de 18dbi. El equipo integrado es fácil de instalar y toda la instalación y construcción se puede completar en poco tiempo. Este producto es un dispositivo resistente al agua para exteriores con larga distancia de transmisión, gran capacidad antiinterferencias e imagen clara. Es adecuado para áreas con entornos complejos como puertos, muelles, campos petroleros, fábricas, áreas residenciales y sitios de construcción.
Solución de cobertura de AP inalámbrico
La solución de monitoreo de cobertura de AP inalámbrico utiliza principalmente AP inalámbrico y cámaras de red inalámbrica. La señal de red IP de la cámara de red inalámbrica se transmite a la computadora en el centro de monitoreo a través de la red WiFi cubierta por el AP inalámbrico. La PC del centro de monitoreo implementa el monitoreo a través de software.
Solución inalámbrica CDMA
El sistema de videovigilancia inalámbrico CDMA consta principalmente de un servidor de video en red inalámbrico CDMA y cámaras comunes. La señal analógica de la cámara se convierte en una señal digital IP a través del servidor de video CDMA y luego se transmite al centro de monitoreo a través de la red CDMA de China Unicom. El centro de monitoreo requiere una PC y una dirección IP fija. El centro de seguimiento puede controlar la rotación de la cámara frontal.
Solución inalámbrica analógica
La videovigilancia inalámbrica analógica es un método tradicional de videovigilancia inalámbrica, compuesto por un transmisor de vídeo analógico y un transmisor de señal de control PTZ. Es una comunicación uno a uno.
Solución de portador de energía
El sistema de videovigilancia de portador de energía utiliza principalmente tecnología de portador de energía. La señal IP de la cámara de red se transmite al extremo receptor a través del portador de energía. Las imágenes de vigilancia se decodifican mediante software en la computadora receptora. La distancia efectiva de la transmisión por portadora de energía ordinaria es de 120 a 140 metros. Esta solución es adecuada para el monitoreo inalámbrico de edificios y áreas de villas.
Sistema remoto
El sistema de monitoreo remoto consta de cuatro partes: subsistema de monitoreo frontal, subsistema de transmisión de imágenes, subsistema de control central y sistema de usuario de imágenes remotas. El sistema de monitoreo remoto de imágenes es un sistema de monitoreo remoto de video digital basado en red y diseñado con estructura B/S. Actualmente es el sistema de monitoreo remoto de más alto nivel en la industria.
El subsistema frontal de monitoreo remoto consta de una cámara de red o una cámara normal y un decodificador. Las cámaras de red pueden convertir imágenes directamente en señales IP sin la necesidad de un convertidor MPEG-4/IP en la parte de transmisión. Según las necesidades del sitio, se pueden instalar cámaras infrarrojas y equipos de alarma en la parte frontal para satisfacer necesidades experimentales especiales. El subsistema de transmisión de imágenes consta de conversores MPEG-4/IP y banda ancha del campus. También puede utilizar ADSL y otros equipos para acceder directamente a Internet. El conversor MPEG-4/IP convierte las imágenes recibidas por cámaras normales en paquetes IP y las transmite al servidor a través de varias redes. Esto puede utilizar la red de banda ancha existente del campus sin tender cables de vídeo y la transmisión de imágenes no está limitada por la distancia.
El subsistema de control del centro de monitoreo remoto está compuesto por un software de servicio de monitoreo de video digital y un servidor de PC, que proporciona funciones de liberación remota de imágenes de video y administración de usuarios. El sistema de control de escritorio consta del ordenador del usuario y no requiere la instalación de ningún software. Simplemente use su navegador e ingrese el nombre de usuario y contraseña apropiados para acceder a las diversas funciones del sistema.
Rendimiento y características del sistema de monitorización remota
Formato de imagen y tráfico de red: Este sistema utiliza codificación MPEG4-4 con una resolución de hasta 704×576 (PAL) 25 fotogramas/ En segundo lugar, que puede proporcionar imágenes de vídeo de alta calidad en varias calidades, desde módem de 28,8 kbps hasta 3 Mbps. Función de control: el sistema de monitoreo remoto puede controlar la apertura, la distancia focal y la profundidad de campo de la lente. Puede controlar la panorámica/inclinación en todas las direcciones. El sistema puede controlar de forma remota la rotación de giro/inclinación en todas las direcciones.
Escalabilidad: el sistema adopta el modo B/S y un diseño distribuido de tres capas. Al implementar múltiples servidores de video para aumentar la cantidad de puntos de monitoreo admitidos por el sistema, el sistema se puede expandir fácilmente.
Disponibilidad: el sistema de videovigilancia en red del laboratorio adopta una "estructura B/S". La interfaz del cliente se ejecuta en un navegador web. Los usuarios pueden iniciar sesión fácilmente en el sistema de forma remota y utilizar todas las funciones del sistema. La división razonable del sistema, el diseño funcional optimizado, la interfaz de operación completa en chino y el control flexible del mouse de la pantalla de monitoreo brindan a los usuarios potentes funciones del sistema.
Interoperabilidad: El sistema proporciona una interfaz de desarrollo estándar.