一种基于OneNet云平台的变电站可视化监控系统设计与实现

熊强强，曾美琳，徐文磊

(1.南昌理工学院，江西 南昌 330044;2.南昌蛋讯电子科技有限公司，江西 南昌 330029;3.江西工业贸易职业技术学院，江西 南昌 330038)

0 引言

随着可视化智能监控系统应用范围不断扩大，各个供电企业的工作效率不断提升，从而使得电力安全性也得到更好的保证，供电过程事故和损失发生率都大幅降低，有利于企业经济效益的增加。但是视频监控系统仍旧存在一定问题：第一，视频监控系统核心通常为DSP或ARM等芯片，且只有一个，也就是说这个芯片要负责系统所有压缩算法和控制功能的实现，由此导致反应速度变慢；第二，软件部分的架构基本上都是建立在Linux之上，虽然该系统是开源性，但是如果软件需要复杂的升级维护改动，就必须依靠专业研发人员进行二次开发，从而增加了人员开销；第三，有线网络是通信信道传统模式下的主要方式，拓展性能较弱且布设不方便。所以，设计以OneNet云平台为基础的变电站可视化监控系统的研发，对以上存在的问题更好的解决。

1 总体设计方案

系统对于视频数据的收集利用高清CCD摄像头来实现，然后将获取到的信息上传送给工控板进行处理，工控板核心处理器为采用DSP+ARM双核架构的TMS320DM6467T，压缩视频信号则是利用以H.264视频数据压缩协议算法来完成的，完成以上工作之后。系统开启WIFI模块将上面获取到的压缩信息借助OneNet云平台向后端监控器传输，对于后端监控器来说，需要对视频数据解码后储存，解码是利用PC服务器提供的解码算法实现，解码完成后的视频通过手机端进行浏览。如图1所示为系统工作原理示意图。

图1 系统工作原理图

2 硬件设计

TMS320DM6467T作为主处理器，也是系统最核心的构件，多路H.264/AVC的压缩编码由该主处理器实现。系统对于视频数据的收集利用高清CCD摄像头实现，将获取到的信息传送给处理器TMS320DM6467T。压缩视频信号是利用以H.264视频数据压缩协议算法来完成的，然后开启WIFI模块将上面获取到的压缩信息借助OneNet云平台向后端监控器传输，设计的优势在于压缩率高，PC服务器会借助OneNet云平台另一侧完成接收、解码和储存，在无线网作用下向各个手机移动端发送视频，手机端则是利用VLC完成视频实时性播放。

对于以上处理流程，压缩视频过程、微处理器控制设备过程都应用了TMS320DM6467T。由于其具备2个VICP视频编码协议处理单元，且具有独立性，编码效率能够大幅提升，在处理多路标清和高清图像适应能力更好，NAND FLASH和DDR2储存器与DM6467T处理器是其最关键的构成部分。其中，存储器包括64 M×16 bits的DDR2两片、32 K×8 bits的SPI串行FLASH和128 M×8 bits的NAND的FLASH；外部接口视频输入输出分别为5个和4个，分别由S/PDIF光口、双声音音频口进行输入与输出，而网络输出则是由RJ45来完成，其面向外部的网络接口具有10 M，100 M和1000 M自适应性，硬盘外部安装的UART，USB2.0和SATA接口支持连接，系统设计要求全部符合。

WIFI模块中选择WIFI通用型芯片ESP8226芯片，其优势在于耗能很小。WIFI模块设计利用ESP8226芯片实现以后，通过串口实现与微处理器TMS320DM6467T传输数据。而且，数据透传也是这种芯片的一个特有性能，在便携移动设备的研发中适用性很强，控制接口设备不受网络限制，也就是无论局域网还是互联网都能够实现。

3 软件设计

对于软件研发平台的选择，考虑到Windows操作系统移植性、操作性和兼容性都很好，因此操作系统选择Windows，通过CCS3.3完成程序编写。如图2所示为主程序流程图。最开始摄像头在微处理器TMS320DM6467T的控制下开启，负责收集视频信息，视频信息向微处理器视频编码协议处理单元进行传输，压缩视频信号是利用以H.264视频数据压缩协议算法来完成的，然后开启WIFI模块将上面获取到的压缩信息借助OneNet云平台向后端监控器传输，监控端在传输接口匹配后完成OneNet云平台的连接和匹配。当经过压缩处理的视频信息传输成功后，第一步就是完成解码操作，并且还要进行下面2个操作：首先将视频信息解压处理后在将其放置在外部容量较大的储存器中储存；其次是借助局域网向各个手机移动端发送视频，手机端利用VLC完成视频实时性播放。

图2 主程序流程图

3.1 视频采集子程序

系统完成CCD高清摄像机连接之后，录像功能开启以后，系统会对录像文件是否设定存储路径进行判定，若没有存储路径则完成新文件夹的建立，再调取函数ClientRecordStart进行录像；预先会设定收集时间，当时间到达后在系统控制下录像功能停止，也就是函数ClientRecordStop停止运行。

图3 视频采集子程序流程图

3.2 视频压缩子程序

H.264压缩编码标准的优势在与压缩率和适配度较为理想，因此实时性的视频通讯领域中使用的比较频繁，在众多标准中具有代表性且应用非常广泛，因此该系统压缩编码标准也选择该方法。如图4为视频压缩子程序流程图。

图4 视频压缩子程序

从图4可知，视频压缩子程序流程如下：首先ARM与DSP连接通过SystemProcess来完成，接下来动态参数的设置由H.264_Process来完成，参数中比特率、帧率和分辨率通过H.264_APP_Creat来完成，调整图像质量是通过调用函数Mpeg4_Process来实现的，图像质量完成初始化操作后，若出书画图像是0，那么图像质量需要提升2个级别，若图像质量高、数据量巨大，那么需要对图像质量进行调节，使其质量下降2个级别，若图像质量不好、数量也很小，那么需要对图像质量下降2个级别。然后是编码，视频解码流程与视频压缩流程相似。

3.3 云平台数据传输子程序

如图5所示为云平台数据传输子程序对应流程图，程序执行后首先初始化WIFI模块，在对网络是否配置进行检测，若网络配置完成则对联网状态进行判定，若并未配置网络，就要等待接收oneshot。若联网完成，单片机将SPI数据传输给WIFI模块，单片机同时将处理好的视频信息传输给云平台，再有云平台完成传输。

图5 云平台数据传输子程序

3.4 手机移动端监控子程序

如图6所示为手机移动端监控子程序流程图，程序执行以后，最先要将服务器IP和Port进行输入，对连接状态进行判定，若连接成功则监控的视频信息就会展示出来，并完成相关操作，如果连接失败程序就从头开始运行，再次输入服务器IP和Port。操作共有三类，分别是存储照片、存储视频和观看照片，若无需同步观看就选择退出操作。手机移动端监控子程序流程如图6。

图6 手机移动端监控子程序

4 实验结果

系统核心电路图完成连接后可以开启使系统运行。通过CCS3.3软件完成配置仿真器，将控制功能的程序代码拷入微处理器TMS320DM6467T内,将视频压缩编码程序虾藻到DSP核内。执行程序以后，对于VLC视频播放器进行截图，然后将截到的视频图像与收集的源图像比较分析，如下图所示为系统核心电路板实物图，如表1所示为测试结果。

图7 系统核心电路板实物图

表1 手机移动端接收效果

5 结论

该课题设计了一种以OneNet云平台为基础的变电站可视化监控系统，压缩视频利用H.264视频压缩技术实现，网络传输带宽得到很大程度的节约，传输总体效率提升。OneNet云平台传输方法和协议灵活性强，视频传输网络连接方式选择这种方法，系统扩展能力更强，且更加灵活。经过测试可知，视频流数据传输稳定性好、实时性得以保证，监控视频图像效果比较理想。不过也存在一些需要优化的问题：例如,现场音频监控功能尚未实现，摄像头不能远程控制，因此监控角度固定，以后还需要不断改进使这些功能都能得到完善。