MCU控制基于3G及微功耗自组网的图像传输、信息采集、远程控制系统
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第
３９卷
第
１１Ａ期
２０１２年
１１月计算机科学
Ｃｏｍ
ｐｕｔｅｒ
ＳｃｉｅｎｃｅＶｏｌ．３９Ｎｏ．１１Ａ
Ｎｏｖ
２０１２
本文受山东省教育厅基金项目（
Ｊ１０ＬＧ６８）
资助。
冯
飞（
１９７８－），
女，
硕士，
讲师，
主要研究方向为自动控制，
Ｅ
－ｍａｉｌ：
ｚｈａｎ
ｇｄｉａｎｂｉｎ
ｇ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ；
刘培学（
１９８３－），
男，
硕士，
讲师，
主要研究方向
为通信工程；
姜宝华（
１９７９－），
女，
硕士，
讲师，
主要研究方向为机械电子。ＭＣＵ控制基于
３Ｇ及微功耗自组网的图像传输、
信息采集、
远程控制系统研究
冯
飞
刘培学
姜宝华
（
青岛黄海学院
青岛
２６６４２７）
摘
要
基于
ＭＣＵ控制各种功能模块，
制作了一种利用
３Ｇ及微功耗自组网进行图像传输、
信息采集、
远程控制的系
统。
该系统可以利用
ＩＮＴＥＲＮＥＴ、
３Ｇ、
无线
ＷＩＦＩ自组网监控现场或采集数据，
且可以通过电力线载波对电气设备进
行控制。
各个系统均采用模块化设计，
短时间内可根据需要组建一个新系统，
介绍了该系统的组成及工作流程。
关键词
３Ｇ，
视频传输，
自组网，
远程控制
中图法分类号
ＴＮ９１５．０４
文献标识码
Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｆ
Ｆｉ
ｇｕｒｅ
Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，
Ｍｅｓｓａ
ｇｅ
Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ
ａｎｄ
Ｒｅｍｏｔｅ
Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｓ
ｙｓｔｅｍ
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
３Ｇ
Ｎｅｔ
ａｎｄ
Ｍｉｃｒｏ
－ｐｏｗｅｒ
Ａｄ
ｈｏｃ
Ｎｅｔｗｏｒｋ
ｉｎ
ＭＣＵ
Ｃｏｎｔｒｏｌ
ＦＥＮＧ
Ｆｅｉ
ＬＩＵ
Ｐｅｉ
－ｘｕｅ
ＪＩＡＮＧ
Ｂａｏ
－ｈｕａ
（
Ｑｉｎ
ｇｄａｏ
Ｈｕａｎ
ｇｈａｉ
Ｃｏｌｌｅ
ｇｅ，
Ｑｉｎ
ｇｄａｏ
２６６４２７，
Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＭＣＵ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｖａｒｉｏｕｓ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ｍｏｄｕｌｅｓ，
ｍａｋｉｎ
ｇ
ａ
ｋｉｎｄ
ｏｆ
ｆｉ
ｇｕｒｅ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，
ｍｅｓｓａ
ｇｅ
ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ
ａｎｄ
ｒｅｍｏｔｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｓ
ｙｓｔｅｍ
ｂ
ｙ
３Ｇｎｅｔ
ａｎｄ
ｍｉｃｒｏ
－ｐｏｗｅｒ
Ａｄ
ｈｏｃ
Ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｉｓ
ｓ
ｙｓｔｅｍ
ｃａｎ
ｕｓｅ
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，
３Ｇ，
ｗｉｒｅｌｅｓｓ
ＷＩＦＩ
Ａｄ
ｈｏｃ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｍｏｎｉｔｏｒ
ｆｉｅｌｄ
ｏｒ
ｃｏｌｌｅｃｔ
ｄａｔａ，
ａｎｄ
ｃａｎ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
ｅ
ｑｕｉ
ｐｍｅｎｔｓ
ｂ
ｙ
ｐｏｗｅｒ
ｌｉｎｅ
ｃａｒｒｉｅｒ．Ｅｖｅｒ
ｙ
ｓ
ｙｓｔｅｍ
ｕｓｅｓ
ｍｏｄｕｌａｒ
ｄｅｓｉ
ｇｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎ
ｇ
ｔｏ
ｔｈｅ
ｎｅｅｄ，
ａ
ｎｅｗ
ｓ
ｙｓｔｅｍ
ｃａｎ
ｂｅ
ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｉｓ
ａｒｔｉｃｌｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ
ｔｈｉｓ
ｓ
ｙｓｔｅｍ
ａｎｄ
ｗｏｒｋｉｎ
ｇ
ｆｌｏｗ．
Ｋｅ
ｙｗｏｒｄｓ
３Ｇ，
Ｖｉｄｅｏ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，
Ａｄ
ｈｏｃ
ｎｅｔｗｏｒｋ，
Ｒｅｍｏｔｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ
１
引言
２００９年
１月，
工信部宣布发放
３Ｇ牌照，
标志我国进入了
３Ｇ时代。
随着
３Ｇ技术及
３Ｇ网络的逐渐成熟，
视频监控、
图
像传输、
远程控制进入了更广阔的全数字化的网络时代。
数
字化监控以其直观、
方便和内容丰富等特点，
日益受到人们的
重视和关注。
目前主要监控系统基本上都是基于局域网或者
专用网的。
因此，
在不同点的应用中传输介质受到了一定的
影响，
而进一步的移动视频监控更是难以实现。
远程控制、
数
据采集系统则多基于
ＧＳＭ、
ＧＰＲＳ，
利用
３Ｇ网络实现的少之
又少，
更未见将视频监控、
数据传输、
远程控制相结合产品。
因此，
我们设计了这套基于
３Ｇ网络及微功耗自组网的图像
传输、
信息采集、
远程控制系统。
该系统利用多种传感器检测
室内温度、
火焰、
湿度等，
当有灾情发生或者有人非法入侵时，
通过
３Ｇ网络或者短信上报服务器，
服务器检测到有信息上
报时自动启动监控设备，
监控设备可通过
ＩＮＴＥＲＮＥＴ、
３Ｇ、
无
线
ＷＩＦＩ自组网进行视频传输，
服务器可通过
３Ｇ＋电力线载波
实现对远程设备的控制，
从而将灾害损失减少到最小。
２
系统组成
系统分为两个部分：
监控终端又及监控中心。
监控终端
分为数据采集终端和视频监控终端，
其中，
数据采集终端主要完成数据信息的采集及上报，
视频监控终端主要完成现场监
控及视频信息的上报传输。
视频监控终端主要由传感器模
块、
单片机控制电路、
ＭＣ７０３传输模块、
电力线载波模块组
成，
数据采集终端主要由数据采集模块、
单片机控制电路、
ＭＣ７０３传输模块、
电力线载波模块组成。
监控中心由监控中
心软件与
ＭＣ７０３传输模块、
手机组成，
程序及硬件均采用模
块化，
可方便地根据需要组成新的系统。
系统组成框图如图
１、
图
２所示。
图
１
视频监控终端组成图
图
２
数据采集终端组成图
２．１
传感器模块
传感器模块采用了火焰传感器、
人体热释电传感器、
无线
·
００４·门磁等多种传感器，
可以监测现场多种情况，
同时还可以根据
具体需要添加新的传感器以适应现场不同情况的需要。
２．２
单片机控制模块
单片机控制电路是整个系统的核心，
本设计选用
Ｗ７７Ｅ５８单片机。
Ｗ７７Ｅ５８单片机是台湾华邦公司生产的与
ＭＣＳ
－５１系列单片机兼容的可多次编程的快速微处理器，
在
它内部集成有
３２ｋ的可重复编程的
ｆｌａｓｈ
ＲＯＭ、
２５６字节的片
内存储器、
１ｋ的用
ＭＯＶＸ指令访问的
ＳＲＡＭ、
可编程的看门
狗定时器、
３个
１６位定时器、
２个增强型的全双工串行口、
片
内
ＲＣ振荡器、
双
１６位数据指针等诸多功能。
在很多场合，
几乎不用扩展外围芯片，
其就能够满足系统要求。
系统功能需要时刻监控各个模块状态，
需对这一部分电路长期供电。
２．３
３Ｇ传输模块
采用了华为
ＭＣ７０３模块，
支持
ＡＴ指令，
可以工作在
８００、
１９００两个频带，
支持天线分集接收。
由于
ＭＣ７０３正常
供电电压为
３．４Ｖ
～４．２Ｖ左右，
因此需设计电路给
ＭＣ７０３供
电。
ＭＣ７０３技术手册提供的电源电路为串联电阻分压与
ＬＭ２５７６可调节正电压稳压器。
经测试，
在空载时可以稳定
输出
３．８Ｖ，
但在
ＭＣ７０３开机瞬间，
电压被拉低到
３Ｖ以下，
导致
ＭＣ７０３不能正常开机。
为此，
专门设计了一种利用
ＬＤＯ２９３０２产生
３．８Ｖ电压的电路，
如图
３所示，
经测试其可
以保证
ＭＣ７０３正常开机，
使用效果良好。
图
３
ＭＣ７０３供电电路
２．４
电力线载波模块
电力线载波
Ｐｏｗｅｒ
Ｌｉｎｅ
Ｃａｒｒｉｅｒ
－ＰＬＣ通信是利用高压电
力线（
在电力载波领域通常指
３５ｋＶ及以上电压等级）、
中压
电力线（
指
１０ｋＶ电压等级）
或低压配电线（
３８０／
２２０Ｖ用户
线）
作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信
方式，
我们选择了
Ｘ１０电力线载波模块。
２．５
视频监控模块
视频监控模块由
ＶＳ
－３３００
－３Ｇ系列网络视频服务器和带
云台摄像头组成。
ＶＳ
－３３００
－３Ｇ系列网络视频服务器是基于
网络的数字化音视频传输设备，
它采用高集成度的
ＳＯＣ芯片
（
ＡＲＭ＋ＤＳＰ）
和
Ｈ．２６４压缩编码算法，
保证了更小数据冗
余，
更适合网络传输；
在单板上实现音视频采集、
压缩、
网络传
输等功能，
帮助用户实现基于本地网络（
ＬＡＮ）
或广域网
（
ＷＡＮ）
的远程视频监控。
２．６
数据采集模块
数据采集模块可以实时采集数据信息，
可以应用在多个
场合，
比如无线抄水表、
电表、
热量表等。
用带
４８５协议的大
口径水表计算用水量，
每流过单位用水量
ＭＣＵ记录一下，
当
监控中心有采集数据指令时，
将水量上报。
３
系统流程
监控现场终端上电后执行系统初始化，
ＭＣＵ处理各种
传感器传来的信息，
如果发现紧急情况或监控中心发来指令，
启动摄像头摄像并通过
３Ｇ、
ＷＩＦＩ、
ＩＮＴＥＲＮＥＴ联系监控中
心，
双方经握手后，
现场终端将图像上传给监控中心（
监控中
心可以是
ＰＣ机或手机），
监控中心现场根据监控中心指令通
过电力线载波控制相应的设备及电器。
数据采集终端执行系统初始化，
实时采集数据信息，
如果
监控中心有指令要求上报，
终端通过
３Ｇ联系监控中心，
上报
信息。
流程图如图
４所示
。图
４
系统流程图
４
实验结果及结论
对系统进行实验，
当有险情发生时，
系统能主动上报并启
动摄像头，
采集现场视频图像。
需要采集数据时，
数据终端可
上报数据信息，
监控中心系统图如图
５所示。
图
５
监控中心系统图
本文设计了一种基于
３Ｇ及微功耗自组网的图像传输、
信息采集、
远程控制系统。
该系统可以利用
３Ｇ技术、
Ｉｎｔｅｒ
－
ｎｅｔ、
微功耗自组网进行高清图像、
信息传输及远程控制，
终端
可采用
ＰＣ机或手机进行接收，
可自由根据实际情况进行组
（
下转第
４３０页）
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１０４·
