基于嵌入式芯片的智能监控系统设计

基于嵌入式芯片的智能监控系统设计

张越

中国电子科技集团公司第五十四研究所 河北 石家庄 050081

【摘要】随着信息化技术的高速发展，智能监控系统对于多维信息的采集与可视化系统通常采用嵌入式芯片进行系统的设计。本文主要从智能化系统的原理出发，对嵌入式芯片的选择、系统平台的搭建进行探讨，对智能监控系统的重要性加以诠释。

【关键词】嵌入式芯片；智能监控系统设计

前言

随着信息化技术和芯片技术的快速发展，监控系统做为智能工厂的重要组成部分，可以实时监控生产过程中的信息（日照、温度、湿度、电流、电压、视频）使得原来的集中化生产转向智能化、信息化生产。智能工程产业的资源虚拟化以及制造工程中的信息化与智能化使得智能监控系统已成为大势所趋。面对如此趋势，进一步优化多维信息采集系统以及可视化系统，在生产过程中融入智能控制系统，使得机器具备更高的分析判断能力，有助于提高工厂的生产效率。

一、智能系统的理论原理

智能系统具有包括智能信息、智能反馈、智能决策等方面的特点,在被控制对象与环境所具有的高度复杂性与不确定性等方面具有相应的克制作用,而智能系统理论原理又包括深度学习理论与分层递阶智能控制理论。深度学习理论是一种具备对数据进行表征作用学习的一种深层次数据观测理念，由深度学习发展而来的信息观测技术在数据的分析与处理上具有相当大的作用。而分层递阶智能控制则是利用嵌入式系统与计算机技术相结合，使其具有集中式、分布式的优点，能满足客户的多样化需求。

2. 智能监控系统硬件平台的搭建

搭建智能监控系统的多维信息采集与可视化系统，在数据采集终端中利用Raspberry Pi作为信息采集的开发板，它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100 以太网接口（A型没有网口），可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能只需接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能。本项目使用的是树莓派2代的Model B版本。它采用Broadcom BCM2836 900MHz的四核SoC，1GB内存，相比之下，树莓派2的性能提升6倍，内存翻了一番。Raspberry Pi 2不仅能跑全系列ARM GNU/Linux发行版，而且支持Snappy Ubuntu Core及Windows 10 IoT Core(物联网版本)。所以，在搭建智能监控系统的多维信息采集与可视化系统时利用Raspberry Pi平台作为外部环境的数据观测、采集平台，实时监测工厂的日照、温度、湿度、电流、电压、光线等数据变化情况，并将监测数据收录其中，以便用于日后的观察分析。各种传感器做为USB外设接到Raspberry Pi平台上，视频信息通过专用视频接口接入到平台。平台通过无线网络实时将信息回传至控制中心。

2. 智能监控系统的信息可视化实现

在完成硬件平台的搭建后，需要对所收集的数据进行可视化操作。在这一环节，利用龙芯派完成数据可视化的工作，然后再利用Qt作为信息可视化界面搭建的平台。Qt作为一个跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架，它可以作为GUI的开发程序，也可用作非GUI的开发程序，在信息可视化界面的搭建上用途相当广泛。Qt作为一个面向对象的框架，很容易被拓展，并且用于真正的组件编程，而Qt通常在这方面使用一些特殊的代码生成元对象编译器及宏对象，基本上，Qt 同X Window上的 Motif，Openwin，GTK等图形界面库和 Windows 平台上的 MFC，OWL，VCL，ATL 是同类型的东西。Qt作为一款跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架，因为其良好的封装机制使得其在模块化程度相当的高，可重用性较好，对使用者来说具备了一种相对显而易懂的使用环境，在此方面Qt 还提供了一种称为 signals/slots 的安全类型来替代 callback，使得各个元件之间的协同工作变得十分简单。Qt作为一个跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架，其在C++的类别上就包含了250多种类别，提供基于模板方面的 collections， serialization， file， I/O device， directory management， date/time 类。甚至提供对正则表达式的处理功能。在使用方面支持2D、3D的图形渲染功能以及拥有众多的开发文档。

而龙芯2K1000作为我国自主研发的国产芯片，相对于以往的芯片类型来说，新一代龙芯2K1000无论是在是工艺、主频，还是核心数上都有明显提升，在性能表现方面也更为出色。龙芯2K1000在制作方面采用了40nm工艺，双核设计，频率可达1GHz，LLC增加一倍，内存控制器延迟带宽优化。内置64位DDR3控制器，片内集成GPU，片内集成2个PCIE2.0接口、1个SATA2.0接口、4个USB2.0接口、2个RGMII千兆网接口、12个UART控制器、1个NAND控制器、2个CAN控制器、1个SDIO控制器和2个IIC控制器等，具有丰富的接口扩展功能。所以在软件系统与数据信息的可视化方面利用龙芯派搭配Qt框架，可实现工厂设备的设施监测控制功能利用Qt框架搭建可视化界面，可实现在显示屏上实时显示环境数据,而且用户还可以利用Qt框架的可编辑性更改相关设备参数或者达到及时维护设备的效果,如此一来，在工厂设备的工作环境方面的以大大改善。

2. 智能监控系统软件平台的搭建

利用翼辉操作系统Sylixos来进行智能监控系统的多维信息采集与可视化软件系统的搭建，作为一款嵌入式硬实时操作系统，Sylixos在设计思路上借鉴了众多实时操作系统的设计思想，其中就包括RTEMS、VxWorks、 ThreadX等，使得具体性能参数上达到或超过了众多实时操作系统的水平，成为国内实时操作系统的最优秀代表之一。其在功能方面支持动态装载技术以及第三方GUI图形库^[2]，如：Microwindows、µC/GUI、ftk等等，在对Sylixos根据项目需求进行对应的开发配置后，以其优越的启动性在各大软件系统方面名列前茅，所以在智能监控系统的多维信息采集与可视化软件系统的搭建方面具备一定的实用性，能够满足智能监控系统多维信息采集与可视化软件系统的需求。

结语

随着信息技术的发展，对企业来说，智能信息采集系统与可视化软件系统的搭建具有一定的重要性，可视化软件控制系统在企业的监管与决策方面有助于提高企业的决策效率，智能信息采集系统与可视化软件系统的搭建有助于提高企业的经济效益，而智能系统的设计原则是在以人为基础的前提上兼具可靠性、易读性、容错性、灵活性以及效率性。所以在智能系统的设计方面应以人为本，注重科技与人的结合，实现生产效率的提高。

【参考文献】

[1]李旭华. 基于虚拟仪器的嵌入式图像采集处理系统的设计[J]. 嘉应学院学报, 2019, 037(006):38-42.

[2]周鑫, 田晔非. 基于DM9161EP的嵌入式光纤以太网传输系统设计[J]. 仪表技术与传感器, 2019, 000(006):42-46.