基于FPGA+DSP远程监控器设计与实现

　　项目研究的目的和主要研究内容

研究目的

为了远程对现场进行设备管理和环境监控，并简化现场监控设备，有效地提高整个系统的稳定性和安全性。拟开发一款远程控制器，简称RCM远控器。该远控器将集现场数据采集、多种通信协议转换、故障告警、应急控制、智能联动、内嵌WEB配置页等多项功能。

　　主要研究内容

　　1.远程监控系统

远程监控系统总体结构（如图1所示），其中主要研究内容为RCM远控器。

图 1

远控器通过RJ45与TCP/IP网络开放式网络相连；远程浏览站通过远控器的IP地址和密码浏览并获取信息；远程监控中心则通过网络对远控器实施实时监控。在这里，远控器是一台具有数据采集、数据传输和智能处理的微型计算机系统。

2、RCM远控器

远程监控系统中的远控器的接口类型如图2所示，内部框图如图3所示。主要分为硬件、软件两部分：硬件设计包括信息采集模块、DSP信息处理模块以及FPGA处理器模块等；软件设计主要包括DSP子系统软件设计和FPGA子系统软件设计等几部分。

图2远控器接口类型

　　图3 远控器内部总体结构框图

　　接口说明：

数据类

1）AI:16路模拟/数字转换电压输入（0-5V DC或0-20mA）；

2）AO:16路模拟量输出；

3）DI:32 路光隔开关量状态输入（TTL电平）（4X8）；

4）DO:16 路光隔继电器控制输出，16路模拟通道可实现一对一联动；

5）RS232串口：2个；RS485串口：4个

6）RJ45:2个10/100Base-T 以太口（物理接口： RJ-45插座）；连接口：插口；协议传送：RTP/IP，UDP/IP，TCP/IP，或组播IP。

7）POWER IN/OUT为电源输入、输出。

视频类

VIDEO IN:4路视频输入用于图像传输，1Vpp - 75欧姆；连接口：BNC 阴性。

压缩方式：MPEG4；传输帧率：每秒1-25帧（PAL，可设置，全实时；分辨率： 从176×144到720×576可选（PAL）；176×120至704×480可选（NTSC格式）；带宽：从30Kbit/sec.至4Mbit/sec。可设置；图像标准：NTSC制或PAL制；图像质量：可设置。

音频类

AUDIO IN:4路音频输入，-46至-3dBV--1K欧姆；

AUDIO OUT:4路音频输出，-46至-3dBV--最小16欧姆。

接口：3.5mm输入和输出立体声接口。

　　硬件部分

视频服务器实现

FPGA（装Linux系统）完成视频服务器功能（同时可以提供一些数据接口），对于视频信号通过流媒体转发将压缩后的视频信号经过网络接口传给相应的管理设备（PC机等）。对于数据信号直接通过TCP/IP协议传给管理设备。视频服务器的实现如图4所示。

图4 视频服务器实现框图

软件部分

1） DSP子系统软件设计。这部分包括CPLD/FPGA逻辑控制软件的设计和接口驱动程序，其中控制逻辑通过VHDL语言实现逻辑电路；接口驱动包括：视频接口驱动，音频接口驱动，串口驱动，以及AD电路接口驱动。因为这里DSP主要负责数据的采集和处理，所以逻辑控制部分主要放在FPGA中完成。

2） FPGA子系统软件设计。FPGA部分除了完成一部分数据接口外，最主要的任务是完成流媒体和数据服务器功能以及各种控制逻辑（如联动逻辑等），其总体结构如图4所示。

国内、外研究现状和发展动态

随着现代社会信息和网络技术的飞速发展，远程监控已开始慢慢取代了现场监控，国内外都展开了积极的研究。传统的视频监控系统采用C/S模式，且受技术发展的局限，只能进行现场监视，简单的报警信息传输，无法实现远距离传输视频信号，对于前端具体情况的了解、事件的确认是非常困难的，无形中降低了系统的稳定性和安全性。尤其是现在企业为提高劳动生产率，增强竞争力，在平常的生产过程大量采用无人值守模式。而对于有些行业，如变电站这样的行业来说，远程、实时的监控是行业系统安全运作必备的前提条件。目前，基于Web的B/S模式是监控系统的发展方向之一。B/S模式监控系统由浏览器、应用服务器和数据库服务器组成。而基于嵌入式Web服务器，采用B/S模式监控的远程监控系统为监控系统的网络化、小型化提供了有效途径，嵌入式网络监控已成为监控系统未来发展的重点方向之一，它的加入避免了现场监控的缺陷，节省管理成本，提高系统稳定性和安全性。所以远程监控在未来的市场中会有非常乐观的前景，有广阔的市场。

　　项目的创新点和特色

创新点

设备采用嵌入式技术和开放的网络平台，通过配置多种传感器、变送器等，实现对现场的模拟数据和状态参数进行实时采集和控制，并能对监控现场实施远程监控，如：适配摄像头便可以通过网络传递现场图像，并通过网页访问、控制、配置这些摄像头，通过ISDN，PSTN，或xDSL路由器，实现视频信号在局域网、广域网或者国际互连网的传播。可以通过五类线、光纤或无线媒介在10/100 Base-T网络上以每秒25（PAL）幅画面传送高质量MPEG4图像。

该远控器将集现场数据采集、多种通信协议转换、故障告警、应急控制、智能联动、内嵌WEB配置页等多项功能。

特色

支持音视频及现场数据采集，支持紧急事件告警，支持远程软件升级、更新，支持XML接口与。NET平台无缝集成，支持多用户同时访问，设置多级密码认证机制，适应性强，安全性好，精度高，可靠性高，智能程度高，可维护性好，脱离上位机时，可自动根据预先设定的参数进行工作，且参数可远程实时调整。