基于單片機的遠程監測系統設計

摘要：為了保障操作人員在特殊危險場合監測作業的安全問題，設計了一套基于單片機的遠程監測系統，本系統是以STM32F103處理器為核心的控制技術設計方法，采用無線PS2傳感器（手操器）控制云臺攝像機內部電機的轉速及方向，并將所攝像機采集的視頻圖像通過無線傳輸在可視化終端顯示出來。本系統充分利用STM32F103處理器的各種內部資源，使之整個控制系統的硬件設計相對簡化，易于實現。測試結果表明，本系統實際控制達到了設計要求，實現了無線監測的目的。

關鍵詞：單片機;STM32F103;可視化;無線監測

隨著物聯網時代的到來[1]，嵌入式技術及無線傳輸技術的快速發展，基于單片機的遠程監測技術應運而生，尤其在一些監測區域困難的生活區、工業廠區、危險災區及軍隊場合都需要遠程監測技術[2]?，F在基本監測系統較為昂貴并且具有不便利性。為此根據現實需求設計了一套基于單片機的遠程監測系統，該系統實時的將所采集的視頻數據通過無線的方式在可視化終端顯示，該系統操作簡單方便，可任意調整攝像頭方位，快速查看現場不同方位角度。

1系統設計

系統的任務就是通過手操器來控制監控平臺到達所需位置，并精確控制攝像頭的方位和角度，以準確采集到所需方向的視頻信息。攝像頭所采集現場的視頻，經過處理器處理后再由無線發送模塊發回到控制端的可視化移動終端上顯示。

總體設計方案的設計框圖如圖1所示。

控制信號由移動終端的MCU產生，然后由無線發送到命令接收端，命令接收端接收到信號以后，轉換成相應的控制信號改變攝像頭的方向，攝像頭采集的現場視頻再由無線傳輸發送到移動終端的液晶屏上面顯示出來，操作者只需要操控手柄，攝像頭即可跟隨改變方位和角度，再通過可視眼鏡即可達到快速查看現場情況。

2硬件設計

本系統硬件設計主要由發送電路模塊、終接收端電路模塊、無線傳輸模塊及視頻監控模塊四部分組成。

2.1控制模塊

本系統采用了STM32F103處理器為核心的控制結構[3]，將手操器中采集的信號在MCU中運算處理，輸出PWM來實現直流電機與云臺中舵機的控制。操作人員可通過手操器中搖桿進行該系統控制，并根據搖桿所處不同位置控制電機勻速、減速及加速操作。在手操器中采集的模擬信號經過D/A轉換，通過無線模塊發送到MCU進行處理。

2.2視頻監測模塊

視頻監測模塊由三部分組成：視頻采集、無線網橋及可視化終端。其中視頻采集部分采用了半球形攝像機，其主要由攝像機、球形云臺、解碼器這三部分組成。球機可自動聚焦、可手動變倍、鏡頭拉近拉遠及360度轉動來監控所需監測的區域，這樣可滿足無死角監測的條件。在視頻傳輸部分采用了無線局域網技術，利用網橋實現遠程數據傳輸。

3系統軟件設計

軟件設計所采用環境為KeilμVision4[4]，其整合了編輯器、項目管理器以及可執行文件等生成工具，集成了嵌入式應用程序開發的各類工具：C/C++編譯器、宏匯編程序、連接程序及Hex文件生成器等。

系統軟件設計流程。圖2為系統軟件設計流程，主要實現功能是：（1）將手操器的操作數據通過MCU處理并以天線將控制命令發送出去;（2）天線接收控制命令并通過MCU解析，由攝像頭執行控制命令，并將視頻圖像在可視化移動終端顯示。

4系統測試與誤差分析

本系統經過多次實驗測試后，監測區域在水平方向上可以達到360°轉角，豎直方向上的監控范圍可達180°轉角，達到監測所需范圍。系統響應較快，水平轉速約為12°/s、垂直轉速約10°～30°/s，達到了系統所采用的云臺監控平臺最大轉速。MCU與各個分系統之間的通訊暢通，各裝置配合協調，運轉靈活，整個系統達到了設計要求。

5結論

本文設計了一款基于單片機的遠程監測系統，主要通過對遙控手操器控制即可改變攝像頭的監控方位和角度，并將攝像頭采集的視頻圖像以無線傳輸的方式在液晶屏上顯示，從而快速查看所要監測的現場實時情況，較傳統監控平臺而言適應性更強，為將來一些復雜環境下的監控提供了方便的手段。

參考文獻：

[1]許生，李富華.基于物聯網的智能消防監控系統設計[J].自動化與儀表，2019，34（03）：79-83.

[2]謝巧軍.智能視頻監控系統的應用與發展趨勢[J].陜西煤炭，2019，38（S1）：31-33.

[3]趙全，徐光，郝龍，韓衛濟，李瑤，馬德常.基于LoRa的無線多參數環境監測節點設計[J].電子測量技術，2019，42（05）：119-122.

[4]WANGYunlei，QIYuming.DesignofIntelligentAquariumSystembasedonEmbeddedSystem[J].InternationalJournalofPlantEngineeringandManagement，2017，22（04）：233-237.

作者簡介：殷偉成（1994），男，漢族，甘肅臨洮人，本科，研究方向：單片機應用開發。