基于单片机的远程监测系统设计

摘要：为了保障操作人员在特殊危险场合监测作业的安全问题，设计了一套基于单片机的远程监测系统，本系统是以STM32F103处理器为核心的控制技术设计方法，采用无线PS2传感器（手操器）控制云台摄像机内部电机的转速及方向，并将所摄像机采集的视频图像通过无线传输在可视化终端显示出来。本系统充分利用STM32F103处理器的各种内部资源，使之整个控制系统的硬件设计相对简化，易于实现。测试结果表明，本系统实际控制達到了设计要求，实现了无线监测的目的。

关键词：单片机;STM32F103;可视化;无线监测

随着物联网时代的到来[1]，嵌入式技术及无线传输技术的快速发展，基于单片机的远程监测技术应运而生，尤其在一些监测区域困难的生活区、工业厂区、危险灾区及军队场合都需要远程监测技术[2]。现在基本监测系统较为昂贵并且具有不便利性。为此根据现实需求设计了一套基于单片机的远程监测系统，该系统实时的将所采集的视频数据通过无线的方式在可视化终端显示，该系统操作简单方便，可任意调整摄像头方位，快速查看现场不同方位角度。

1系统设计

系统的任务就是通过手操器来控制监控平台到达所需位置，并精确控制摄像头的方位和角度，以准确采集到所需方向的视频信息。摄像头所采集现场的视频，经过处理器处理后再由无线发送模块发回到控制端的可视化移动终端上显示。

总体设计方案的设计框图如图1所示。

控制信号由移动终端的MCU产生，然后由无线发送到命令接收端，命令接收端接收到信号以后，转换成相应的控制信号改变摄像头的方向，摄像头采集的现场视频再由无线传输发送到移动终端的液晶屏上面显示出来，操作者只需要操控手柄，摄像头即可跟随改变方位和角度，再通过可视眼镜即可达到快速查看现场情况。

2硬件设计

本系统硬件设计主要由发送电路模块、终接收端电路模块、无线传输模块及视频监控模块四部分组成。

2.1控制模块

本系统采用了STM32F103处理器为核心的控制结构[3]，将手操器中采集的信号在MCU中运算处理，输出PWM来实现直流电机与云台中舵机的控制。操作人员可通过手操器中摇杆进行该系统控制，并根据摇杆所处不同位置控制电机匀速、减速及加速操作。在手操器中采集的模拟信号经过D/A转换，通过无线模块发送到MCU进行处理。

2.2视频监测模块

视频监测模块由三部分组成：视频采集、无线网桥及可视化终端。其中视频采集部分采用了半球形摄像机，其主要由摄像机、球形云台、解码器这三部分组成。球机可自动聚焦、可手动变倍、镜头拉近拉远及360度转动来监控所需监测的区域，这样可满足无死角监测的条件。在视频传输部分采用了无线局域网技术，利用网桥实现远程数据传输。

3系统软件设计

软件设计所采用环境为KeilμVision4[4]，其整合了编辑器、项目管理器以及可执行文件等生成工具，集成了嵌入式应用程序开发的各类工具：C/C++编译器、宏汇编程序、连接程序及Hex文件生成器等。

系统软件设计流程。图2为系统软件设计流程，主要实现功能是：（1）将手操器的操作数据通过MCU处理并以天线将控制命令发送出去;（2）天线接收控制命令并通过MCU解析，由摄像头执行控制命令，并将视频图像在可视化移动终端显示。

4系统测试与误差分析

本系统经过多次实验测试后，监测区域在水平方向上可以达到360°转角，竖直方向上的监控范围可达180°转角，达到监测所需范围。系统响应较快，水平转速约为12°/s、垂直转速约10°～30°/s，达到了系统所采用的云台监控平台最大转速。MCU与各个分系统之间的通讯畅通，各装置配合协调，运转灵活，整个系统达到了设计要求。

5结论

本文设计了一款基于单片机的远程监测系统，主要通过对遥控手操器控制即可改变摄像头的监控方位和角度，并将摄像头采集的视频图像以无线传输的方式在液晶屏上显示，从而快速查看所要监测的现场实时情况，较传统监控平台而言适应性更强，为将来一些复杂环境下的监控提供了方便的手段。

参考文献：

[1]许生，李富华.基于物联网的智能消防监控系统设计[J].自动化与仪表，2019，34（03）：79-83.

[2]谢巧军.智能视频监控系统的应用与发展趋势[J].陕西煤炭，2019，38（S1）：31-33.

[3]赵全，徐光，郝龙，韩卫济，李瑶，马德常.基于LoRa的无线多参数环境监测节点设计[J].电子测量技术，2019，42（05）：119-122.

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

作者简介：殷伟成（1994），男，汉族，甘肃临洮人，本科，研究方向：单片机应用开发。