基于ARM的多路图像在线监测装置研究

    李文锦

    

    

    

    摘要：针对目前多路监控系统成本较高且比较复杂的情况，文章设计了基于ARM的多路图像在线监控装置，该装置利用专用压缩模块VC313进行图像采集和压缩，同时利用主控芯片STM32F103ZET6完成GPRS和VC313的通讯任务。文章介绍了该系统的软硬件设计方案，并详细分析了其通信方式，实验结果表明该系统能够正常工作，具有较高的工程应用价值。

    关键词：ARM； GPRS；图像压缩

    远程监测系统通常是指能实现远程监测的计算机软件、通信媒体、硬件系统，本地计算机通过因特网Internet，对远方进行监察和控制，能实现对分散设备的诊断维护及对网络的状态监测等功能。

    数字成像技术的高速发展，使得有线网络、无线网络普及到生活的每个角落，而图像的摄取和处理比以往任何时候都快速清晰，为远程图像监测提供了强有力的技术基础。

    该方案可以根据需求来调整所采集图像的路数，最多可以支持4路视频输入。下位机如果收到后台发送的图像上传指令后，控制VC313模块依次从第1路扫描到第4路，并把采集到的4路图像发送到后台上。这样在后台可以查看采集到的图像。另外每个下位机可以设置不同的地址，在后台上可以根据需要采集相应地址的图像。

    1 系统设计

    I.I 系统总体方案设计

    本系统的总体设计方案如图1所示，本系统采用专用的武汉万德公司的图像压缩模块VC313，最大支持分辨率704x576，VC313和STM32f103ZET6采用RS232进行通讯，其通讯波特率为最大可以设定为115200bps。STM32f103ZET6通过GPRS模块把采集到的图像数据发送到后台主机上，这样就完成图像数据的远程传输。另外，FLASH模块用于储存采集到的图像数据，图像数据按照时间进行排序，等存储空间满后将最新的图像数据替换旧的图像数据。另外，后台可以设定定期采集图像的间隔时间，并把采集的图像数据保存在后台的硬盘上。

    1.2 系统电源设计

    GPRS模块采用中兴公司的ME3000模块，该模块支持GSM/GPRS 900/1800MHz的短信、数据传输等功能，具有小尺寸、低功耗的特点。该模块采用的电压是4.2V。M_RES引脚用于模块的复位，NO_OFF用于模块的关机和开机。

    由于该系统所需要的电压有3.3V和4.2V，由于该系统输入电压为220V的交流电压，在该系统采用深圳耀华公司的专用电压模块，该模块输入为220V，输出5v的电压。从5v电压通过LM25963.3电源稳压芯片，可以得到3.3V的电压；将5v电压输入LM2596，调整该芯片的电阻可以获得GPRS模块所需要的4.2V工作电压。具体电路如图2所示。

    2 单片机软件设计

    2.1 单片机和VC313通讯协议设计

    STM32F103ZET6发给VC313的JPG采集命令为OxFF+OxEl+Ox68+Ox68+PARO+PARO，其中PARO的参数值设定如图3所示。VC313接收到该指令后按照PARO的设置，将采集到的图像作相应的处理并得到需要的参数图像。STM32F103ZET6将接收到VC313发过来的参数图像按照GPRS协议进行打包发送到后台上，后台解释并提取有效的图像数据并显示处理。

    由于该系统需要完成多个任务，因此采用uC/OS-II内核进行管理。根据系统所要完成的功能，主要包含GPRS通讯任务和图像采集传输任务。

    GPRS通讯处理任务：处理器通过串口实现与ME3000的通信，ME3000响应处理器发出的AT命令来完成终端与主站之间的数据传输。GPRS通信单元软件设计的关键是利用微控制器STM32向ME3000发送正确的AT命令来完成其自身的初始化和数据的接收发送。GPRS通信单元的软件设计，包括串口初始化、通信数据处理等几个部分，其流程如图4所示。

    图像采集和传输任务：单片机收到后台发送的图像上传指令时，单片机发送采集指令到VC313上，VC313将采集到的图像数字化后并压缩成标准的JPG文件，该JPG文件是标注的压缩文件，文件总是以OxFF+OxD8开始，以OxFF+OxD9结束。STM32f103ZET6收到这个数据的时候进行数据处理并打包发送到后台上。

    2.2 单片机和后台通讯协议设计

    读图像数据命令如下，其中68 68是表示主站发送图像数据请求的开头标识，站号表示下位机的地址数据，XI表示数据偏移低地址，X2表示数据偏移高地址，X3表示视频通道，NN表示文件长度，参数1到n表示具体的图像数据，检验和采用从第1个数据到检验和的前1个数据的CRC16校验，1616表示该组数据的结尾表示。图像数据应答报文如下，总共一次性发送4组数据进行打包发送。

    后台发送的请求数据指令数据格式如下：68，68，站号，XI（数据偏移低地址），X2（数据偏移高地址），NN（文件长度），参数l，……，参数n，校验和，16，16

    单片机回复的数据格式如下：69，69，站号，站号，XI（数据偏移低地址），X2（数据偏移高地址），X3（视频通道），NN（文件长度），参数1，……，参数n，校验和，16，16

    后台从采集完所有的数据以后，如果有出现数据丢失时，重新发送相应丢失的数据请求命令，下位机根据命令回复相应地址的图像数据，待所有数据全部完整时就可以解释显示图片。

    3 结语

    本系统运行稳定，可靠性高，能够集成监控目标图像数据，并在后台上保存，形成历史数据。该系统后台增加图像处理和判断功能就可以用于自动监控和报警功能，同时增加报警短信通知功能，这样就可以更加有效地进行监控，发现异常短信报警，提高图像监控的效率。