西门子6ES7277-0AA22-0XA0参数选型

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引言

随着通信技术和网络技术的迅猛发展, 通过网络远程实时监控重要场所已倍受人们关注, 网络摄像机在此背景下产生, 并成为人们关注的焦点。网络摄像机要将高清晰度的实时通过互联网传送到监控终端, 因其信息量, 所以压缩。通常人们采用DSP 与MPEG- 4 算法相结合的方案来实现, 不仅编程工作量大, 而且产品的成本高。本文所介绍的网络摄像机采用的MPEG- 4 压缩芯片、以嵌入式Linux 作为操作系统, 不仅开发便捷、廉, 而且实时性好, 适用范围广。

系统总体设计

系统总体设计包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计模块主要包括微控制器模块、压缩编码模块、网络接口模块和相机控制模块四部分。微控制器模块主要由主控芯片、DataFlash 和SDRAM(1)组成。其中, 主控芯片是整个控制系统的, 它负责整个系统的调度工作。DataFlash 里固化了嵌入式Linux 内核、及其文件系统、应用软件和系统配置文件。SDRAM(1)作为内存供系统运行使用。压缩编码模块由视频数据采集芯片、MPEG- 4 压缩编码芯片、SDRAM(2)组成,负责将视频流转化为MPEG- 4 码流。网络接口模块主要是配合主控芯片传送MPEG- 4 码流。相机的控制模块主要由串口芯片组成, 其完成转发控制相机命令的功能。当系统启动时, 微控制器通SPI( Serial PeripheralInterface, 串行外设接口) 将Linux 内核转入SDRAM( 1) 中, 系统从SDRAM( 1) 中启动。系统启动后, 微控制器通过HPI(Host Peripherial Interface, 主机接口)控制MPEG- 4 编码模块。统结构如图1 所示。

软件设计部分主要包括嵌入式Linux 移植、MPEG- 4 压缩编码模块、CGI 控制程序和MPEG- 4 解码程序四部分。嵌入式Linux 系统存放到由AT91RM9200 控制的DataFlash 里,它负责整个系统软件的调度工作。MPEG- 4 压缩编码模块主要负责模拟视频流的采集, 并将数字视频流压缩为MPEG- 4 数据流。CGI 控制程序主要负责对摄像机的控制和对MPEG- 4 视频流的相关设置。MPEG- 4 解码程序主要负责对通过网络得到的MPEG- 4 数据流的解码工作。

硬件设计

微控制器模块

微控制器是本系统的部件, 选用的是ATMEL公司的AT91RM9200。它是一款基于ARM920T 核的32位微控制器。其主频为180MHz, 处理速度快, 功能强, , 能很好满足嵌入式Linux 系统的需求。它在系统中的主要作用是在系统上电时配置其他芯片的功能寄存器, 在正常工作状态下调度控制整个系统工作, 通过片内以太网控制器控制物理层芯片发送码流。

AT91RM9200 通过片内的SPI 总线和SDRAM控制器实现对外围DataFlash 和SDRAM的控制, 利用片内的USART 实现对串口芯片的控制, 通过片内的以太网控制器对片络芯片进行控制。其控制原理图如图2 所示。

压缩编码模块

压缩编码模块包括模拟视频采集模块和MPEG- 4压缩模块。视频采集芯片采用TI 公司的TVP5150, 数据压缩芯片采用映佳公司的MPG440。TVP5150 输入端可是两种混合视频信号也可是S- Video 端子的视频信号, 支持NTSC、PAL、SECAM等3 种制式, 其输出的数据色彩格式可以为8bit 4: 2: 2 数字信号或者8bit 同步ITU- R BT.656 数字信号。MPG440 芯片具有符合工业标准的16b/32b 的双向主机接口, 分别用来与视频采集芯片和微控制器芯片通信。同时, 具有移动侦测、防伪水印、动态调整IP 画格比率、动态调整图像质量等特性, 支持D1、VGA、CIF、QVGA、QCI 等五种分辨率模式。微控制器通过主机接口实现MPG440 的初始配置, 也由此接收MPEG- 4 码流。压缩编码模块的硬件设计原理如图3 所示。

TVP5150 的AI 模拟输入口与模拟摄像头输出端连接, 向视频处理芯片传送模拟视频信号。模拟信号经过采样处理之后通过YOUT0～YOUT7 引脚送到MPG440, 采样数据在PCLK 的上升沿有效, MPG440的VIDEO_CLK 在收到PCLK 的上升沿时获得YOUT的信号。TVP5150 分场同步脉冲和行同步脉冲, 分别对应其输出端VSYNC、HSYNC。MPG440 正是根据与之相连的VSYNC 和HSYNC 信号线来实现图像的场同步和行同步操作。MPG440 的视频输入数据线DATA_TV0 ～DATA_TV7 与TVP5150 的YOUT0 ～YOUT7 相连。MPG440 在接收数据的同时, 将其得到的数据流传送给MPEG- 4 压缩编码单元, 编码后的MPEG- 4 数据流暂存到SDRAM(2)中。MPG440 片内PDMA 控制器根据配置寄存器的设置准确发起对SDRAM(2)访问, 同时将得到的数据流输送往HPI(主机总线接口,Host Peripherial Interface) , 以等待AT91RM9200 通过DMA 通道将数据发送到网络。

MPG440 通过HPI 与AT91RM9200 通信,AT91RM9200 将MPG440 的寄存器、存储空间等资源作为其本身内存寻址访问。MPG440 由AT91RM9200选通线NCS4 来选通, 其在AT91RM9200 寻址空间中的地址段为0X50000000 到0X5FFFFFFF。通过对MPG440 一系列寄存器的设置, 可以访问MPG440 系统存储空间。MPG440 中断信号RSC_INT0 从通用I/O引脚的PB29 输入, 当缓冲器填满时, RSC_INT0 引脚置低提示AT91RM9200 通过DMA 通道提取MPEG- 4数据流。编码后视频数据读取过程和MPG440 与主机通信过程由AT91RM9200 读信号CFRD 和写信号CFWE 控制。
网络模块

网络模块硬件设计原理如图4 所示。

AT91RM9200 的在片以太网卡端口和网络物理层芯片DM9161E 的MII 接口通信。发送数据时, 置发送使能信号ETXEN 有效。数据发送端ETX0～ETX1与DM9161 的ETXO～ETX1 引脚对应连接, 作为数据发送通道, 以DM9161E 的时钟信号REF_CLK 发送数据。数据接收端ERX 0～ERX1 与DM9161E 的RXDO～RXD1 引脚对应连接, 作为数据接收通道。管理时钟信号EMDC 和管理数据输入输出信号EMDIO 用来芯片控制参数的写入和读取。DM9161E 的MDINTR 端用来产生中断信号。

片内以太网过DMA 通道进行数据的发送,不影响AT91RM9200 的正常运行。正确设置传送控制寄存器和传送地址寄存器的传送数据块字节数、数据块存储地址等参数, 随后依次从数据存储区地址读取1024b 数据, 送入内部发送缓冲器中, 由 对数据进行封装发送, 同时记录已传送字节数,直到数据块发送完毕。当发送完一组数据后, 发出DMA中断请求, 由AT91RM9200 进行相应的处理。整个网络子系统电路由AT91RM9200 控制和调度。

软件设计

嵌入式Linux 系统主要由四个部分组成: 引导内核启动的文件( bootloader) 、Linux 内核文件( kernel) 、虚拟磁盘文件( ramdisk) 、用户空间文件( user) 。它们分别被放在DataFlash 内的四个分区模块中。根据不同模块的具体功能采用不同的文件系统: bootloader、kernel、ramdisk, 移植完成后不需要动态改变, 使用较节省空间的ROMFS 只读文件系统user 模块内放置一些可以动态新的配置文件等, 需要进行较多的读写操作, 所以使用支持动态擦写保存的JFFS2 文件系统。

Linux 移植技术已经成熟, 本文不作详细的阐述。下文主要介绍MPEG- 4 压缩编码模块和CGI 模块的程序设计。

MPEG- 4 压缩编码模块程序设计

该模块主要完成MPG440 和TI5150 相关寄存器的配置, 并保证MPEG- 4 码流的正常输出。当嵌入式Linux系统启动后,配置MPG440 的相关寄存器, 其初始化完成后, 通过I2C总线对TVP5150 进行初始化配置。当系统开始压缩编码时,MPEG- 4 码流接收存储程序由MPEG- 440 的数据流缓冲器标志信号控制。当1024b 缓冲器满时, RISC_INT0 置于低电平, 微控制器通过DMA通道从MPG440 的HPI 口将码流送到PC 机端。MPEG-4 压缩编码模块程序流程如图4 所示。

CGI 程序模块设计

CGI(Common Gateway Interface) 是外部扩展应用程序与WWW 服务器交互的一个标准接口。本系统CGI 的工作过程: 在PC 机端的IE 浏览器中输入网络摄像机IP 地址, 嵌入式网络服务器根据请求, 将相应的控制页面反馈给IE 浏览器, 用户填写表单, 然后提交, CGI 程序提取表单的信息, 根据不同信息来分别处理相应的事件, 如调节MPEG- 4 相关属性、相机的相关操作等。CGI 控制原理如图5 所示。

CGI 模块的设计主要包括三部分: 嵌入式web 服务器的配置、html 页面的编写、CGI 程序的设计。

嵌入式web 服务器采用的是Apache, 其配置是以配置文件的形式提供, 放在Ramdisk 中/etc/httpd/conf/目录下。其配置主要涉及以下三个方面:

①配置根文件的路径:“DocumentRoot /home/httpd/html”, html 页面放到此目录下。

②配置CGI 外部程序所放的路径:“bbbbbbAlias /cgi- bin/ home/httpd/cgi- bin/”。

③配置环境变量:“SetEenv D_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/local/lib:/usr/lib”, 该变量将会被传送到CGI 脚本和SSI 页面, 以保证CGI 程序能正确找到所依赖的库。

网页编写采用html 与shtml 相结合的方式。html 的解析速度较快, shtml 可以在普通网页中嵌入外部CGI程序, 通过这种方式将系统的默认配置反馈给客户端。

CGI 程序采用的是C 语言和shell 脚本相结合的方式, 具体编写过程, 与通常的了Linux 下编程相同。限于篇幅, 不再赘述。

MPEG- 4 解码程序

映佳科技已提供供二次开发的MPEG- 4 解码插件OCX, OCX 在PC 机端注册后, OCX 函数可方便地被网页调用, 从而实现在PC 机端观看实时图像。

在科学技术飞速发展的今天，单片机也日新月异，发展。目前，他不仅在工业上有广泛的应用，而且已普遍地渗透到国民经济各个部门，特别在交通建设中起着重要的作用。在目前和今后的交通系统中，车辆检测器以其交通控制的“耳目”而引起交通工程们的高度重视，车辆检测器可为交通监视与控制系统提供车辆感应信号，提供有关交通环境条件的情报与数据。车辆检测器的种类很多，检测方式也各不相同，目前主要使用的车辆检测器有电磁式车辆检测器、地磁式车辆检测器、声波式车辆检测器、环形线圈(有源和无源两种)车辆检测器等。这些检测器的主要工作原理各不相同，但他们都是基于车辆通过或存在，使检测器中能量发生变化而产生车辆感应信号。

2 国内外车型分类技术应用现状

所谓车型指的就是人们根据车辆在行驶时对道路损坏程度和占用程度的不同而把车辆进行分类的类型。车辆分型的目的是为了按不同的费率核收通行费。大车对道路的损坏程度和占用程度大，收费就高；小车对道路的损坏程度和占用程度都小，收费就少。因此，分型的依据主要有两个，即车辆的体积和载重量。

目前，对车型分类技术的研究有着2个不同的技术流派：车型自动分类AVC(Automatic Vehicle Classification)和车型自动识别AVI(Automatic Vehicle Identification)。前者是通过检测车辆本身固有的参数，在一定的车型分类标准下运用适当的分类识别算法，主动地对车辆进行分型；后者则是通过车载单元与收费设施间的无线通讯，自报家门式地实现车型的分类确认。

对于车型自动分类技术AVC而言，国内外目前采用的大都是以通过检测车辆本身固有参数，间接地按车辆设计载重量进行分类的按车型收费方式。这是因为车辆本身的固有参数，如：车长、车宽、车高、车轮直径、轮距、轮数、轴数、轴距、底盘高度及外形尺寸等都与车辆的载重量有着较为密切的关系且比较容易采集。

3 电磁式车辆检测器的原理

电磁式检测器可检测车辆的通过和存在。检测器的探头采用高导磁率的材料做成磁芯体，在其外层骨架上绕制线圈，放置于保护筒内，埋设于路面下。通过引线将探头与检测电路相连。探头线圈与检测电路上的电容并联，构成谐振回路，他的等效电路如图1所示，其谐振频率为：

电磁式车辆检测器的原理是采用电磁感应检测技术，即根据不同车辆通过埋设于道路下的环形感应线圈时，引起其电感量不同的变化来检测车辆的到达和离开，并进行车型分类。系统的关键部分为线圈探测器，他由感应线圈和控制部分组成。当没有车辆通过时，振荡器的频率为f0，当有车辆以一定速度接近并从其上通过时，线圈的电感参数发生变化，进而引起振荡器的振荡频率发生微弱变化，定为f1。在车辆行驶过程中，由于车辆底盘形状是不同的，因此f1也将随之而发生变化，当车辆离开环形线圈后，振荡器的频率又将恢复到f0，因此得到了随汽车通行的时刻而变化的值即频差△f=f1-f0。不同种类的车辆由于底盘的形状、大小、高低不同，导致其对线圈的影响也不同，也即导致振荡器频率变化△f也不同，不同类型车辆通过线圈时的频差曲线是不同的。这样，可以反过来通过△厂的不同判别车辆的通过和存在，图2是不同车辆通过感应线圈时得到的频差曲线。

电磁式检测器既是通过型，又是存在型，可流量和车速，其范围为4米车道。此种检测器，稳定性好。

4 硬件结构框图

其硬件电路是以Atmel公司生产的89CXX系列单片机为器件，使用了多种功能的新型接口芯片扩展接口电路。接口电路包括车辆电路、冲关报警电路、数据信息储存电路、车辆计数显示电路、时钟电路、键盘电路、通信电路等。其硬件结构框图如图3所示。

5 软件程序流程图

根据电磁式检测器的原理，把3个电磁式检测器串埋于路面下，并把3个电磁式器的输出信号送给单片机进行处理。当3个电磁式检测器同时都有信号输出时，就为大车，当2个电磁式检测器(相邻的)同时有信号输出时，就中车，只有一个电磁式器有信号输出时，就为小车；并且不管是大车、中车还是小车，只要有车辆通过或存在时都进行计数统计和显示。

 设3个电磁式车辆检测器分别为a，b，c，安装位置如图4所示。

 则软件程序流程图如图5所示。

6 结 语

对我国而言，由于现行统一的车型分类标准是按车辆一的抽象特征(客车按额定座位数，货车按额定载重量)对收费车辆进行划分的，目前的研究现状表明，各种车型自动分类技术都未能达到真正的实用化要求(识别正确率99.999 9％)；同时，基于电子标签的车型自动识别技术在成功地应用，这为我国的自动收费提供了良好的借鉴，中国交通部智能交通研究(ITSC) 调研表明，采用高性的预付卡开展公路收费的电子支付业务是必然的发展趋势，采用双界面IC卡和双片式ETC电子标签作联网收费系统的预付卡介质。

综合考虑，车型自动识别(AVI)技术本身固有的适应性强，识别正确，可全天候使用，还有容易与计算机网络、数据库等技术融合的优点，可以比较方便地实现联网及自动收费等业务；随着技术的进步和经济的发展，在解决了其初期投资过于昂贵的问题之后，认为他应该是国内有前途、可能采用的一种车型自动分类技术。

一. 概述

一般波峰焊机比较大，流水线生产，但有些客户比如实验室、学校、小型工厂需要小型的无铅波峰焊机。某电子设备厂开发了这种产品，采用了奥越信OYES 系列PLC和触摸屏。该设备需要控制三个温度，共三个PID，奥越信OYES 系列PLC实现8路PID，可以满足该设备要求。再配上触摸屏，具有很高的性价比。

二. 工艺简述

双波峰焊机要把焊锡温度、预热温度、预热补偿温度共三个温度加到设定的温度值。当条件成立后，整机就可以生产了。把PCB 板放到轨道上，按启动开关，传输电机运行，气泵启动，喷助焊剂，PCB 板助焊剂的喷涂完成，延时气泵停止。当PCB 板到左边预热区后，传输电机停止，PCB 板停在预热区，预热，时间到后，传输电机启动，PCB 板向右运行，锡泵电机启动喷锡，PCB 板经过预热补偿温度区，进入了喷锡区，过了喷锡区后，锡泵停止，当PCB 板到右边后，传输电机停止，冷风电机启动。这样一个完整的循环就结束了。

三. 硬件配置

输入点：检测开关量、操作开关等。

检测的开关量有：右点开关、左点开关。

操作开关量有：启动开关，急停开关。

输出点：三个区域的加热固态继电器、传输电机、锡泵两台电机、排烟电机、气泵电机、冷却电机、上电自保点。

模拟量输入点：三个区的温度检测。

传输电机和锡泵电机都需要调速，用的是变频器，速度需要通讯设定。

硬件配置：

型号数量功能

FBS-32MA 1 主控制器，交流220V 输入，继电器输出

FB6EYT 1 8x24V,晶体管输出模块

FBS-6TC 1 4通道热电偶输入模块

Panelvisa 触摸屏PV057TST 1 人机界面

四. 程序编写

程序编写包括PLC 程序和触摸屏程序包括四大功能：设备参数、手动调试、生产画面、报警查询。

以下是一些特点：设备的每个动作都可以在手动调试画面完成在开始调试设备和维修时非常有用。

设备参数可以从触摸屏上设定，包括温度、时间、PID 系数。

报警查询，可以快速的找到故障原因。

生产画面是把生产用到的显示数据、按钮都放到这个画面了，方便用户在这个画面下监示三个区的温度、过程指示以及在这些画面中进行操作。

传输电机和锡泵电机的速度设定是触摸屏设定到PLC，再由PLC 通过PORT1传到各电机的变频器。用到了PLC 中MODBUS 主站的功能，非常方便。