大型仪器设备远程视频监控系统的硬件设计

3．3 A／D转换电路
本系统使用CCD摄像头进行视频信号的采集，CCD摄像头的成像分辨率较CMOS摄像头更为清晰。通过CCD采集到的视频模拟量信号经过BNC(同轴电缆卡环形接口)送入A／D转换芯片进行处理。
TW9910是一款适用于便携设备的低功耗视频解码芯片，可以将模拟量视频信号转换为8位或16位4：2：2YCbCr格式数字量输出。TW9910还包括检测和处理VBI信号的电路。在本系统中NUC960通过SPI口读写TW9910各个寄存器的值，复位信号可以初始化控制寄存器的值。本系统采用8位数字量输出的形式，将TW9910的高8位输出引脚与SPCT6100的其中一路视频信号总线相连。A／D转换电路如图3所示。

3．4 电流检测电路
为了减少服务器的存储开销，也同时为了减少网络占用率，本系统特别设计了一种电流检测电路来实时检测用电设备的开启和关闭状态。
大多数的实验仪器设备采用220 V交流电源供电，因此，本系统采用5A／2．5 mA的交流电流互感器作为前端检测元件，当设备上电运行和停止使用时可以检测到电流的变化。电流互感器二次侧的电流流过负载电阻可以转换为电压值，再经过由放大器搭建成的比较器即可产生ARM处理器能够识别的开关量。如图4所示，本系统用到了两个运算放大器：前一个运放用来加强带载能力，比直接加电阻负载的相位差小，动态范围大。负载电阻采用变阻器以满足各类设备的不同额定电流要求。后一个运放用作比较器，正向输入端输入的电压信号与反向输入端分压电路电压值比较并输出相应的电压开关量。考虑到输出端是直接连接到ARM的GPIO口，因此宜采用不高于5 V的单电源供电运算放大器。

3．5 外围接口设计
NUC960的另一大特点就是提供了丰富的外围设备接口，在本系统中主要用到了网络通信接口、USB接口和UART串口等。
NUC960内置以太网MAC控制器，该控制器具有相应的DMA控制器，发送和接收FIFO，支持IEEE802．3协议，可以以半双工或全双工模式工作在10 M／100 Mb／s的传输速度上。本系统采用IP101作为物理接口收发器，向网络层提供标准的数据接口。它提供了一个硬件中断用以指示连接状态、速度状态和全／半双工状态。
同时，NUC960集成了USB2．0主设备控制器和USB2．0从设备控制器，可以支持USB0和USB1两个设备。其中USB1只能作为主设备，而USB0则可以配置为主设备或者从设备。在本次设计中，NUC960的2个USB2．0接口均配置为主设备。USB0用作预留的USB设备扩展接口，可以方便系统后期软件开发时挂载U盘使用：USB1则用于与外围设备SD卡进行通信，当网络环境不佳或接收不到服务器的应答信息时，系统可以将压缩的图像数据存储到位于本地的SD卡中以作备用，防止数据丢失。
NUC960处理器片上还集成了3个串口，可以支持6至8位的数据传送，其波特率可通过编程设置，另外也支持奇偶校验和帧出错检查功能。本设计使用了其中两个串口，串口0用于当系统调试时与计算机连接进行通信；串口1用于与读卡器进行通信，读取使用设备者的相关身份信息。

4 结论
本文提出了一种采用ARM和DSP双核结构的远程视频监控系统设计方案，实现了对高校大型实验仪器设备的远程监控，并对视频画面进行压缩、存储和传输。经过实验测试，本系统实现了对设备运行现场画面以25帧／秒的频率进行采集，在网络环境良好的情况下，用户可以通过Web-server观看设备的实时运行画面；当网络阻塞时，系统在本地存储压缩图像，每张图片的存储间隔最快可以达到1min，设备运行的历史图像可以保存30天，基本满足了高校实验室的管理要求。为了减少数据存储量，系统通过电流检测来选择是否处理和存储监控画面。另外，利用扩展的读卡器来记录设备使用者的信息，实现了设备的自动化管理。实验表明，本系统运行稳定、可靠性较高。考虑到SPCT6100最多能同时输入4路信号，在今后的优化过程中，亦可以考虑实现多路监控，以便达到系统精简和成本节约的目的。