大型儀器設備遠程視頻監控系統的硬件設計

3．4 電流檢測電路
為了減少服務器的存儲開銷，也同時為了減少網絡占用率，本系統特別設計了一種電流檢測電路來實時檢測用電設備的開啟和關閉狀態。
大多數的實驗儀器設備采用220 V交流電源供電，因此，本系統采用5A／2．5 mA的交流電流互感器作為前端檢測元件，當設備上電運行和停止使用時可以檢測到電流的變化。電流互感器二次側的電流流過負載電阻可以轉換為電壓值，再經過由放大器搭建成的比較器即可產生ARM處理器能夠識別的開關量。如圖4所示，本系統用到了兩個運算放大器：前一個運放用來加強帶載能力，比直接加電阻負載的相位差小，動態范圍大。負載電阻采用變阻器以滿足各類設備的不同額定電流要求。后一個運放用作比較器，正向輸入端輸入的電壓信號與反向輸入端分壓電路電壓值比較并輸出相應的電壓開關量。考慮到輸出端是直接連接到ARM的GPIO口，因此宜采用不高于5 V的單電源供電運算放大器。

3．5 外圍接口設計
NUC960的另一大特點就是提供了豐富的外圍設備接口，在本系統中主要用到了網絡通信接口、USB接口和UART串口等。
NUC960內置以太網MAC控制器，該控制器具有相應的DMA控制器，發送和接收FIFO，支持IEEE802．3協議，可以以半雙工或全雙工模式工作在10 M／100 Mb／s的傳輸速度上。本系統采用IP101作為物理接口收發器，向網絡層提供標準的數據接口。它提供了一個硬件中斷用以指示連接狀態、速度狀態和全／半雙工狀態。
同時，NUC960集成了USB2．0主設備控制器和USB2．0從設備控制器，可以支持USB0和USB1兩個設備。其中USB1只能作為主設備，而USB0則可以配置為主設備或者從設備。在本次設計中，NUC960的2個USB2．0接口均配置為主設備。USB0用作預留的USB設備擴展接口，可以方便系統后期軟件開發時掛載U盤使用：USB1則用于與外圍設備SD卡進行通信，當網絡環境不佳或接收不到服務器的應答信息時，系統可以將壓縮的圖像數據存儲到位于本地的SD卡中以作備用，防止數據丟失。
NUC960處理器片上還集成了3個串口，可以支持6至8位的數據傳送，其波特率可通過編程設置，另外也支持奇偶校驗和幀出錯檢查功能。本設計使用了其中兩個串口，串口0用于當系統調試時與計算機連接進行通信；串口1用于與讀卡器進行通信，讀取使用設備者的相關身份信息。

4 結論
本文提出了一種采用ARM和DSP雙核結構的遠程視頻監控系統設計方案，實現了對高校大型實驗儀器設備的遠程監控，并對視頻畫面進行壓縮、存儲和傳輸。經過實驗測試，本系統實現了對設備運行現場畫面以25幀／秒的頻率進行采集，在網絡環境良好的情況下，用戶可以通過Web-server觀看設備的實時運行畫面；當網絡阻塞時，系統在本地存儲壓縮圖像，每張圖片的存儲間隔最快可以達到1min，設備運行的歷史圖像可以保存30天，基本滿足了高校實驗室的管理要求。為了減少數據存儲量，系統通過電流檢測來選擇是否處理和存儲監控畫面。另外，利用擴展的讀卡器來記錄設備使用者的信息，實現了設備的自動化管理。實驗表明，本系統運行穩定、可靠性較高。考慮到SPCT6100最多能同時輸入4路信號，在今后的優化過程中，亦可以考慮實現多路監控，以便達到系統精簡和成本節約的目的。