雷達視頻聯(lián)動控制系統(tǒng)

摘要：針對傳統(tǒng)周界安全防護系統(tǒng)的不足，本課題提出了基于雷達與視頻聯(lián)動控制的智能周界安全防護系統(tǒng)。采用市電/太陽能互補供電方式進行供電，以MIPS架構的MT7688處理器為核心。通過基于TCP/IP的ONVIF協(xié)議，控制球形攝像機DS-2DC6220IW進行旋轉、變倍、聚焦，監(jiān)測動態(tài)目標，實現(xiàn)對單目標或多目標的實時追蹤。實驗表明，本設計實現(xiàn)了入侵檢測、單目標跟蹤、多目標跟蹤等周界安防系統(tǒng)的基本功能，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

關鍵詞：雷達；周界防護；聯(lián)動控制；MT7688；ONVIF

一、引言

視頻監(jiān)控作為現(xiàn)有周界安防系統(tǒng)的一位“核心成員”，基于這種技術開發(fā)的周界安防系統(tǒng)在當今智能安防系統(tǒng)的市場上占據(jù)了相當?shù)姆蓊~。在這種市場背景下，實現(xiàn)視頻監(jiān)控的標準化便成為開發(fā)并完善視頻周界安防系統(tǒng)的道路中必須被克服的一道難題。視頻監(jiān)控標準化也是物聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術領域的重要標準化方向，國際及國內(nèi)標準組織已開展十多年的標準化研究和應用工作，如為了實現(xiàn)控制球形攝像機的PTZ運動所使用的ONVIF協(xié)議正是一種專門用于視頻監(jiān)控，以TCP/IP通信為基礎的網(wǎng)絡協(xié)議。

二、硬件電路設計

該系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

（一）核心控制模塊設計

本系統(tǒng)的核心控制器是聯(lián)發(fā)科技的MT7688芯片，該芯片集成了Wi-Fi模組、主頻為580MHz基于MIPS架構的CPU、單通道快速以太網(wǎng)接口、USB2.0主機模組、PCIe等接口。得益于這些特性，該芯片常被應用于物聯(lián)網(wǎng)家電的開發(fā)與設計中。控制盒模塊由MT7688芯片的最小系統(tǒng)板與帶有以太網(wǎng)口、RS485通信端口與電源插座等接口的底板共同組成。控制盒中RS485接口及以太網(wǎng)接口相關電路分別如圖2與圖3所示。

由原理圖能夠看出，控制盒底板通過將MT7688的USB差分數(shù)據(jù)線接入USB HUB芯片GL850G，實現(xiàn)了USB接口的拓展，進而將其中一路拓展后得到的USB差分數(shù)據(jù)線接入USB to TTL芯片CP2104，最后將CP2104芯片輸出的TXD與RXD數(shù)據(jù)線經(jīng)過電平轉換后接入TTL to 485芯片SP3485，實現(xiàn)利用USB接口進行RS485通信的功能；而以太網(wǎng)口則是直接連接MT7688核心板預留出的兩組差分數(shù)據(jù)線進行連接。

（二）電源供給模塊設計

太陽能/市電互補控制器主要由微控制器、模數(shù)轉換電路與MOS開關驅(qū)動電路共同組成，由模數(shù)轉換電路對太陽能板輸出電壓與蓄電池工作電壓進行采集與降壓處理，由微控制器對降壓過后的模擬信號進行A/D采樣，若周圍環(huán)境光強充足，太陽能板能夠給蓄電池充電，則通過MOS開關驅(qū)動電路使用太陽能板輸出的電能給蓄電池充電；若蓄電池電壓過高有過充現(xiàn)象，則控制器斷開，終止蓄電池的充電。電源供給模塊框架如圖4所示。

三、軟件系統(tǒng)設計

（一）控制盒的主要流程

雷達視頻聯(lián)動控制系統(tǒng)使用MT7688作為控制核，系統(tǒng)開始正式工作后，初始化串口波特率速度為115200bps并通過IP地址與球機中ONVIF協(xié)議的賬號、密碼登錄球機后臺。通過串口接收并解析雷達回傳的動態(tài)目標的坐標信息后，再通過以太網(wǎng)發(fā)送基于ONVIF協(xié)議的數(shù)據(jù)包給球型攝像機。系統(tǒng)流程如圖5所示。

（二）雷達數(shù)據(jù)的分析

MT7688通過“/dev/ttyS1”設備接收LDTR31雷達回傳的數(shù)據(jù)，波特率為115200bps，幀格式為8數(shù)據(jù)位，1停止位，無流控。為了方便雷達數(shù)據(jù)包的接收處理，將串口配置為阻塞模式，每次接收1個字節(jié)，超時時間為100ms。

當接收到幀頭與幀尾時，分別對接收狀態(tài)標志位進行賦值，以區(qū)分接收數(shù)據(jù)過程中不同的狀態(tài)，為下一步對整個數(shù)據(jù)包進行數(shù)據(jù)解析提供基礎。

（三）球機PTZ云臺控制

通過ONVIF協(xié)議對球機進行控制。ONVIF協(xié)議為一種現(xiàn)有大多數(shù)品牌的網(wǎng)絡攝像機共用的協(xié)議，該協(xié)議中的設備管理與PTZ控制等接口都使用Web Services的形式提供給開發(fā)者。每個支持ONVIF的終端設備均須提供相應功能的Web Services，而視頻流部分的獲取則通過傳統(tǒng)的RTSP協(xié)議實現(xiàn)。在ONVIF協(xié)議中，控制器作為客戶端，球機作為服務端，客戶端根據(jù)WSDL描述文檔，生成一個SOAP請求消息，將該請求嵌入在一個HTTP POST中，發(fā)送給服務端，然后服務端接收到請求后調(diào)用相應的Web Services解析請求并通過HTTP應答的方式響應客戶端。

四、調(diào)試與測試

使用ONVIF官方提供的“ONVIF Test Tool”工具與自行編寫的程序操控球機從P軸的0度轉至P軸的一定角度，對比P軸云臺經(jīng)過運動之后，球機所拍攝的畫面是否大致相同。圖6的左半部分為使用“ONVIF Test Tool”工具控制球機轉到P軸的17°，右半部分為使用自行編寫的程序在球機重啟后控制球機轉到P軸的17°。

經(jīng)過對圖6的左右兩部分進行對比，能夠觀察到兩部分幾乎一模一樣。由此能夠得到結論：球機PTZ運動控制功能正常。

五、結束語

本文結合雷達和視頻監(jiān)控技術，實現(xiàn)了一種基于雷達視頻聯(lián)動控制的周界安防系統(tǒng)。本文進行了系統(tǒng)方案的論證以及具體的系統(tǒng)軟硬件設計，并對系統(tǒng)進行測試。該系統(tǒng)以MT7688處理器為核心控制模塊，結合雷達、球機與電源等外部硬件模塊，共同構建了一個較為完整的雷達視頻聯(lián)動控制系統(tǒng)。經(jīng)測試，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單目標自動追蹤與多目標自動追蹤等功能，并具有較高的穩(wěn)定性。

作者單位：陳路遙 林峰 廈門理工學院

參" 考" 文" 獻

[1]鄭偉. 基于毫米波雷達的周界入侵檢測技術研究[D]. 廈門大學，2018.

[2]李小光， 郭彥斐， 孫海. 智能周界安全防護系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 無線互聯(lián)科技，2018（20）： 38-43.

[3]張中華. 智能視頻技術在周界安防系統(tǒng)中的應用研究[D]. 廣東工業(yè)大學，2014.

[4]張園，曹寧， 胡豆豆. 視頻監(jiān)控標準化最新進展[J]. 物聯(lián)網(wǎng)專欄， 2018（10）：130-136.

[5]鄭利滎. 雷達與視頻相結合： 低誤報的周界守護者[J]. 中國公共安全，2019（9）：144-145.

[6]陳偉民，李存龍. 基于微波雷達的位移/距離測量技術[J]. 電子測量與儀器學報，2015，29（09）： 1251- 1265.

[7]王亞麗. 基于毫米波雷達與機器視覺融合的前方車輛檢測研究[D]. 吉林大學，2013.

黃永杰 廈門狄耐克電子有限公司

陳路遙（1986.05-），男，漢族，福建廈門，本科，助理實驗師，研究方向：電子信息類實驗教學；

林峰（1981.03-），男，漢族，福建廈門，碩士，講師，研究方向：電子信息領域教學；

黃永杰（1998.08.27-），男，漢族，福建廈門，本科學歷，助理工程師，嵌入式軟件工程師，研究方向：軟件開發(fā)。