CN102331765A

CN102331765A - 一种嵌入式数字家庭监控***

Info

Publication number: CN102331765A
Application number: CN201110221559A
Authority: CN
Inventors: 刘海亮; 杨艾琳; 罗笑南
Original assignee: Shenzhen Research Institute of Sun Yat Sen University
Current assignee: Shenzhen Research Institute of Sun Yat Sen University
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2012-01-25

Abstract

本发明实施例公开了一种嵌入式数字家庭监控***，该***包括：数据采集模块、异常报警模块、网络通讯模块、监控数据存储模块、实时监控数据模块、用户配置模块、数据管理模块、命令发送模块等。本***设备简单、成本低，可以直接应用家庭的家电及丰富的互联网资源达到远程监控的目的，对于智能小区、数字家庭、无人机房、基站等都有较高的应用价值。

Description

一种嵌入式数字家庭监控***

技术领域

本发明涉及数字家庭技术领域，尤其涉及一种嵌入式数字家庭监控***。

背景技术

随着微电子技术的不断进步，以及数字信号处理技术的发展和广泛应用，使得数字设备功能越来越强，速度越来越快，体积越来越小，且价格越来越低，因而各行各业都掀起了数字化热潮。秉承数字化的优势，监控***也向全数字化的方向发展。一方面，先进的数字通信技术扩大了***的监控范围，也保证了监控信号远距传输的可靠性；另一方面，微处理器的采用提高了***的智能化程度，使得***适用于无人值守的环境，扩大了监控***的应用范围。

现有的一些***采用H.264编码方式，视频流的传送采用RTP和RTSP协议进行传输。主要功能有：监视预览功能、录像功能、回放功能、报警功能、控制功能、网络功能、日志查询功能以及用户管理功能等。基于Web的嵌入式网络视频监控***通过在嵌入式设备构建WebServer，实现对嵌入式视频监控设备进行远程访问，参数配置和管理，简单直观，用户不用安装特别的客户端软件。

普通的数字家庭监控***存在以下问题：监控点与主控制室的距离受传输线缆的限制不能过长，不能拥有分站点和分监控中心，不能实现一点监控，多点观看的功能，而且缺乏对多媒体资源的检索与编辑能力，不能拥有诸如视频点播等功能。

现有监控***应用和操作比较复杂，由于监控***的用户是一般的家庭用户或小区物业管理中心工作人员，不能要求其费时费力的了解***应用和操作。因此，***应该结构简单，连接方便，即插即用；同时，现有的一些应用界面操作复杂、不方便，易出错，是现有技术的一些缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种嵌入式数字家庭监控***，通过将数字家庭接入嵌入式监控平台实现联网资源达到远程监控的目的。

为了解决上述问题，本发明提出了一种嵌入式数字家庭监控***，所述***包括：

数据采集模块，用于采集监控现场的各种监控数据；

异常报警模块，用于对采集的数据进行现场分析，发现异常时，迅速报警；

网络通讯模块，用于将采集到的环境信息和报警信息通过Ethernet和Internet/Intranet传给监控中心；

监控数据存储模块，用于按照用户的设置，存储各种环境参数和报警信息，包括现场存储和数据库存储；

实时监控数据模块，用于除了在监控中心可以直接获取现场的监控数据外，用户应该还可以通过计算机网络从监控中心的服务器获得监控数据；

用户配置模块，用于按照需要配置监控对象，满足不同的用户的需要；

数据管理模块，用于根据用户权限，对监控中心数据库中的数据进行查看、添加、删除、修改等管理；

命令发送模块，用于按照用户需要，在出现报警信息而不能立即赶到现场时发送命令；或是根据用户需要提前发送命令。

所述监控数据存储模块中存储的数据分别指报警信息和环境信息在现场监控设备内和监控中心的数据库，其中现场监控设备内只存储报警信息，一旦***发生故障，协助完成***的故障分析。

所述数据采集模块通过传感器采集包括温度、湿度、火情、盗情数据。

在本发明实施例中，本***设备简单、成本低，可以直接应用家庭的家电及丰富的互联网资源达到远程监控的目的，对于智能小区、数字家庭、无人机房、基站等都有较高的应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的嵌入式数字家庭监控***结构图；

图2是本发明实施例中的嵌入式数字家庭监控***实现流程图；

图3是本发明实施例中的数字家庭监控***架构图；

图4是本发明实施例中的嵌入式网络视频监控***原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于监控***的用户是一般的家庭用户或小区物业管理中心工作人员，不能要求其费时费力的了解***应用和操作。因此，***应该结构简单，连接方便，即插即用；同时，应用界面应友好，操作简单、方便，不易出错。根据以上分析并考虑到一般监控***应该具有的功能，确定本***应该具有的功能和特点如下：

(1)数据采集功能：采集监控现场的各种监控数据，按用户需要，采集范围可包括温度、湿度、火情、盗情等数据信息。

(2)异常报警功能：对采集的数据进行现场分析，发现异常时，迅速报警等。

(3)网络通讯功能：***可以将采集到的环境信息和报警信息通过Ethernet和Internet/Intranet传给监控中心。

(4)监控数据存储功能：按照用户的设置，存储各种环境参数和报警信息，包括现场存储和数据库存储。分别指报警信息和环境信息在现场监控设备内和监控中心的数据库中的存储。其中现场监控设备内只存储报警信息，一旦***发生故障，协助完成***的故障分析。

(5)获取实时监控数据：除了在监控中心可以直接获取现场的监控数据外，用户应该还可以通过计算机网络从监控中心的服务器获得监控数据。

(6)监控***的用户配置：用户可以按照需要配置监控对象，满足不同的用户的需要。比如说，原来***某一通道是进行温度监控的，现在只要更换传感器/变送器，并简单地修改***设置，就可以改成湿度、电流等其它参数的监控通道；也可以修改设置，禁用该通道。

(7)数据管理功能：用户可以根据其权限，对监控中心数据库中的数据进行查看、添加、删除、修改等管理。

(8)监控中心发送命令的功能：按照用户需要，在出现报警信息而不能立即赶到现场时发送命令，可以暂时消除紧急状况的恶化；或是根据用户需要提前发送命令，可以更方便的享受生活。例如想让房间先降温，就可以在监控中心发送空调打开的命令，回到家就可享受凉爽的温度。

基于上述架构思想，图1示出了本发明实施例中的嵌入式数字家庭监控***结构图，包括如下：

数据采集模块，用于采集监控现场的各种监控数据；

这里的监控数据存储模块中存储的数据分别指报警信息和环境信息在现场监控设备内和监控中心的数据库，其中现场监控设备内只存储报警信息，一旦***发生故障，协助完成***的故障分析。

这里的数据采集模块通过传感器采集包括温度、湿度、火情、盗情数据。

根据***具有的功能和特点，***的流程图2中，其整体***架构设计参阅图3中所示，本发明实施例中将采用上、下位机的方式组建监控***。下位机工作于监控现场，采用51系列单片机控制；上位机则用于监控中心，使用一台PC机。单片机通过各种传感器，采集数据，通过以太网卡控制芯片实现的网络接口将监控数据传给异地的PC机，PC机的远程监控端接收监控信息并存储，然后进行相应处理并发出相应的报警信息。同时，PC机也可以向单片机发送指令，控制单片机的监控行为。控制命令发出去以后，负责现场控制的单片机接受命令，经过信息处理以后再执行。数据采集卡是实现现场数据采集的功能模块。该模一边连接各种传感器/变送器，采集现场数据，另一边连接网络通讯卡，并上传环境信息和报警信息。在连接传感器/变送器和报警器方面，数据采集卡提供三种类型的输入通道：模拟信号、开关信号、无线编码信号。

网络通讯及控制卡的主要功能是实现现场监控器与监控中心的通讯，将数据采集卡传来的环境信息和报警信息传给监控中心服务器，另外在监控器启动时，由它来对各数据采集卡进行初始化，如决定使用哪些通道，模拟通道报警门槛的大小等等。监控服务器位于监控中心。服务器通过Internet/Intranet连接现场监控器，并用TCP、UDP等协议实现通讯连接。当***启动后，服务器与各现场监控器建立连接，开始搜集监控数据。软件实现中，嵌入式实时操作***选用μC/OS-II，把μC/OS-II操作***移植到51单片机上，再在此***内核上根据需求创建自己的任务。在PC机监控中心，开发一个监控信息数据库。PC机通过网络接收到的监控信息存储到数据库中，同时PC机可以通过所获监控信息，了解监控现场的情况，并发出相应的命令来控制单片机的监控行为。

***硬件设计主要包括两部分内容：一是单片机***的扩展部分设计，主要是***存储器的扩展，二是通信功能模块的设计。

***使用Winbond公司的78E58B单片机，它包含32K字节的片内Flash可擦写程序存储器；4K字节附加ROM；512字节片内RAM。78E58B的片内RAM只有512字节，不能满足***功能的要求，故采用了8K字节的静态RAM6264作为外部数据存储器。32K字节的程序存储器对于***已经足够，无需扩展外部程序存储器。

串行通信这部分硬件单元的设计，主要是为了***调试的需要。在调试阶段，通过串行通信端口，向计算机输出调试的结果，有利于观察***运行的状态。另外一个目的是为了将来***扩展的需要，可以方便的通过串行通信端口，向***输入必要的命令和信息。***采用RS-232最简单的全双工通信方式，只用了三根线，即串行接收RXD、串行发送TXD和接地线GND。将“串行发送”和“串行接收”交叉连接，地线直接相连，其余信号线都不用。

用软件来实现通信的“握手”、空闲检测等功能。RS-232采用负逻辑，在带3～7kΩ负载时驱动器的输出电平为：逻辑“1”：-5V～-15V；逻辑“0”：+5V～+15V。它与很多微处理器的异步串口通信接口的电气特性(5V逻辑)不兼容，因此将5V逻辑与一个RS-232端口连接时需要电平转换。目前，有许多公司为完成这项转换而设计了专用芯片。***选用MAX232串口通信信号转换芯片来实现RS-232与TTL的电平和正负逻辑电平的转换。通过MAX232的TTL和RS-232的输入/输出端口，自动调节单片机的TTL电平信号和RS-232的串口通信信号的电平匹配。

实现现场控制卡和网络通讯卡的连接实际上就是实现两卡上单片机的互连。本来单片机带有串口，利用串口进行互连通信非常方便，但是***中的单片机的串口都要用于对外连接，所以单片机的串口就不能用做***内单片机之间的通信接口了。但是，单片机的并行端口也能相互连接来进行数据通信，因此就通过单片机的并行端口来实现现场控制卡和网络通讯卡直接的互连。

并口通信中，***采用8255A，8255A具有3个带锁存或缓冲的8位并行数据端口，可与外设并行进行数据交换，是一种通用的可编程并行I/O接口芯片，可用程序来改变功能，通用性强，使用灵活。8255A由网络通讯卡的MCU控制，8255A的8位数据总线与网络通讯卡MCU的8位数据总线相连，8255A的使能信号由单片机地址线A4、A5、A6、A14和A15通过3-8译码器产生，端口则由单片机的A0和A1决定。在8255A的另一端，网络通讯卡用作输出口的A口通过8位锁存器与数据采集卡上MCU的数据总线连接。

3)硬件设计的电磁兼容性

电磁兼容性设计的目的就是使电子设备既能抑制各种外来干扰，使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作，同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。PCB板上，元件的布局应均衡，疏密有序，器件一般选择功耗低、稳定性好的，尽量少用高速器件，在器件布置方面与其它逻辑电路一样，把相互有关的器件尽量放得靠近，以获得较好的抗噪声效果。布线走向呈线形(或分离)，不得相互交融，其目的是防止相互干扰。外时钟是高频的噪声源，除能引起对***的干扰之外，还能产生对外界的干扰，使电磁兼容检测不能达标。在对***可靠性要求很高的应用***中，选用频率低的单片机是降低***噪声的原则之一。***用到的石英晶体振荡器频率是11.0592MHz，频率比较高，因此外壳要接地，时钟线尽量短，且在石英晶体振荡器下面要加大接地的面积而不应该走其他信号线。

***的软件主要是现场控制卡和网络通讯卡之间的通信程序。

通过并口扩展，***采用两个8位并口分别用作数据的输入与输出，并采用一个8位并口用作联络信息的传送，该并口的高4位和低4位分别用于联络信号的输入和输出。通信采用的是查询法，通过查询联络信息的状态来指导完成整个通信过程。

配置信息的传输主要是在***刚启动时进行，由网络通讯卡发起。传输一开始，首先由网络通讯卡将第一个字节的配置信息输出到网络通讯卡的输出并口，并同时输出“发送配置俏息”(0001)的联络信号。数据采集卡以一定的频率扫描联络信号输入口，收到“发送配置信息”的联络信号后，马上读取相应的数据输入口，获得第一个字节的配置信息，并发出“收到配置信息”(0010)的联络信号，完成第一个字节的传送。接着，网络通讯卡与现场控制卡继续以几乎相同的方法传送第二个字节的配置信息，稍有不同的只是把联络信号“发送配置信息”和“收到配置信息”都按位取反，即第二次通信的联络信号变为“发送配置信息”(1110)的和“收到配置信息”(1101)。同样道理，在传输第三个字节时，联络信号再次按位取反，又变回“发送配置信息”(1110)和“收到配置信息”(1101)。联络线这样反复取反，直到数据传送完毕，双方以“传输结束”(1111)的联络信息结束本次通信。

控制信息的传输同样是由网络通讯卡发起的。当网络通讯卡从数据采集卡上获取到报警信息或是处于监控中心的用户有需求时，从上位机发送控制命令以后，网络通讯卡将一个字节的控制信息输出到相应的并口上，并通过其输出联络线输出“发送控制信息”(0100)的联络信息，现场控制卡收到“发送控制信息”的联络信息以后，马上读取相应的数据，并发送“收到控制信息”(1000)。现场控制卡收到该信号以后，以“传输结束”(1111)结束本次通讯。

在具体的软件调试过程中，***采取以下方法进行调试：在Keil C51编译环境中编写、编译软件模块，进行软件仿真调试。依次进行各个功能模块的软件仿真。通过Keil C51的调试窗口观察各个寄存器、变量以及并行口输出的结果，监测软件运行的状态，并对软件进行相应的修改。软件仿真无误后，用编程器烧写到78E58的flash ROM中进行，观察***运行结果。如果结果不对，则是不熟悉硬件接口而编写了错误的软件，在软件可能跑飞的地方向串口输出结果，依次修改。通过不断烧写、试验，最终完成整个软件，达到准确无误。经仿真调试的目标程序固化到flash ROM之后，将其***到目标电路板的CPU的IC座上，接通电源进行最终的工作。

硬件调试中，首先用万用表直接检查线路板各处是否有明显短路、断路的地方，尤其是电源是否短路。在管座、元件焊接完毕后，给电路板空载上电(不插芯片)，检查线路板各管脚及插件上的电位是否正确，特别是单片机管脚上的各点电压。接下来将芯片插上，并上电，首先是复位电路和晶振的检查。按下复位开关，用示波器观察单片机的第9引脚，即RESET引脚的电压是否为高，以保证单片机正确复位。用类似方法，观察单片机的第3引脚，ALE引脚的输出波形是否为1.84M(晶振频率的1/6)的周期性方波，可以检查出晶振是否正常工作。

完成单片机***电路的检测后，编写调试程序，继续进行硬件调试，主要是外部数据存储器和串行通信接口的检查。编写一段调试程序和串口通讯代码，观察相应代码控制功能的完成情况。

嵌入式网络视频监控***分成三个模块：视频采集模块，嵌入式Web服务器模块和远程客户端模块，如图4所示。视频采集模块负责现场视频数据的采集并且将采集到的视频数据传送给嵌入式Web服务器。嵌入式***平台对采集到的数据进行编解码处理，通过网络将数据传送给远程客户，供用户实时预览，回放等。通过网络通信实现远程客户端对监控设备的管理和操作。

本***实现八路的嵌入式硬盘录像机的功能，采用H.264编码方式，视频流的传送采用RTP和RTSP协议进行传输。主要功能有：监视预览功能、录像功能、回放功能、报警功能、控制功能、网络功能、日志查询功能以及用户管理功能等。基于Web的嵌入式网络视频监控***通过在嵌入式设备构建WebServer，实现对嵌入式视频监控设备进行远程访问，参数配置和管理，简单直观，用户不用安装特别的客户端软件。与常用的客户端软件相比，免去安装，方便快捷。

综上，本***设备简单、成本低，可以直接应用家庭的家电及丰富的互联网资源达到远程监控的目的，对于智能小区、数字家庭、无人机房、基站等都有较高的应用价值。

以上对本发明实施例所提供的，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种嵌入式数字家庭监控***，其特征在于，所述***包括：

数据采集模块，用于采集监控现场的各种监控数据；

2.如权利要求1所述的嵌入式数字家庭监控***，其特征在于，所述监控数据存储模块中存储的数据分别指报警信息和环境信息在现场监控设备内和监控中心的数据库，其中现场监控设备内只存储报警信息，一旦***发生故障，协助完成***的故障分析。

3.如权利要求1所述的嵌入式数字家庭监控***，其特征在于，所述数据采集模块通过传感器采集包括温度、湿度、火情、盗情数据。