标签: 视频监控

背景 视频监控系统通常被设计为有线连接，但在某些情况下，无线是必不可少的。视频的需求对无线网络的挑战比任何其他应用都大，有的时候，虽然在优秀的视频系统部署上投入了大量成本，但实际效果仍然差强人意。虹科虚拟光纤基于软件定义无线电，支持通过IP网络传输视频的独特方式，可以带来效果优秀的解决方案。 虹科虚拟光纤通过改善无线系统而不是视频监控系统来提高性能。通常来说，大多数无线系统无法支持视频，无线供应商通常会研究如何改善摄像头和服务器，以增强无线系统上的视频流，但这也通常会导致视频系统性能降低，许多有价值的功能无法被使用。 无线视频 挑战 数据流 上行容量 ：视频监控网络中95%的数据是从远程无线电传输到无线基站的上行数据。由于大多数无线系统都是为互联网服务设计的，所以它们支持的上行容量少于下行容量的一半。 视频多播 ：当两个或多个站点希望查看同一台摄像机时，会在视频中使用多播技术。 PTZ和分析的低延迟 ：带有云台变焦（PTZ）和分析功能的摄像头需要非常低的延迟才能正常工作。 虚拟光纤解决方案 可以支持全容量上行链路业务流 支持视频多播的无线系统 具有最低的延迟 数据包 I帧数据 ：MPEG-4和H.264等视频压缩算法使用帧间预测来减少视频文件大小。拍摄的第一幅图像称为I帧，是一幅全尺寸的图片，通过无线系统发送。 P帧小数据包数据 ：一旦视频服务器确认了I帧，摄像头就会将图像分成块，并且只在有变化的地方发送数据块，就像汽车在静态背景上移动一样，只会发送移动的汽车数据。这些块被称为P帧，它们是非常小的分组数据。P帧包含大多数视频分组数据，其小尺寸意味着无线电必须每秒处理数十万个分组，以跟上P帧的流量。 元数据服务质量（QoS） ：元数据是相机和服务器之间单独发送的信息，包括时间、位置和用于分析的其他数据。摄像机使用QoS标签标记高度重要的视频流，它在网络中具有优先级。然而，元数据数据包没有特殊的优先级，这通常会导致数据丢失。丢失的元数据还会禁用许多分析功能，如车牌和面部识别，或颜色和运动检测。 解决方案 由于无线网络不足而对视频系统进行调整会降低其性能，虹科虚拟光纤使视频系统能够像有线一样稳定工作。拥有世界上最高数据吞吐量的基站为今天的网络提供了足够的容量，为未来的扩展留下了足够的剩余容量。虹科虚拟光纤对无线性能的增强支持其他无线系统无法支持的最先进的视频技术和分析功能。 无线电平台的硬件中安装了特殊的数据缓冲区来缓存这些I帧数据，以便它们在网络上平稳运行。 使用最快的数据处理器。 可以将元数据传到自己的高优先级VLAN中，这样就不会发生丢失。 摄像机容量 容量最高的无线多点系统 支持全上行链路流量以获得更多视频容量 支持多播以减少冗余视频流并提高系统效率 业界速度最快的处理器支持更多同步视频流 视频性能 板载内存可以缓存数据，使视频流畅，无像素化或视频伪影 低延迟意味着快速响应云台、运动检测器和基于服务器的分析 按优先级排列的元数据QoS标记意味着不再丢失元数据 基于软件的解决方案，无需修改硬件

　 　1 引言 　　随着宽带和无线网络的普及和进一步发展、人们对视频通信、视频播放等数字媒体服务的要求越来越多，而网络视频监控就是在这样的市场环境下应运而生。该系统整合了FPGA数字视频信号处理技术、CDMA网络和Internet网络的优势，无论您身在何处、任何时间，都可以迅速接入系统，随时随地的进行远程监控管理。 CDMA无线网络视频监控系统可以和其他的有线/无线网络多媒体视频监控系统兼容，便于用户在不同网络环境下的使用。 　　2 系统整体构成 　　系统整体框图如图1所示。 　　图1 系统整体框图 　　本文实现的视频监控系统主要分为两部分：第一部分，利用硬件描述语言实现视频采集，视频VGA显示，视频压缩，视频缓冲存储。第二部分，在FPGA中嵌入NiosⅡ软核，通过Nios Ⅱ软核控制，将缓冲区的压缩好的视频数据通过CDMA无线模块传输到远端服务器。 　　系统整体框图各部分功能如下： 　　视频采集部分；将摄像头采集进来的模拟视频数据转换为数字视频数据，并获取相应视频控制信号。视频格式转换部分；将采集模块输出的视频数据转换成需要的视频格式。视频缓存部分；将视频数据暂存在FIFO中，然后由FIFO转存在SDRAM中。CDMA模块部分；将压缩好的视频数据通过CDMA传输到远端服务器。VGA视频显示部分；将摄像头采集进来的视频通过VGA接口，在本地显示器显示。NiosⅡ控制部分；当监控系统发现异常现象时，Nios Ⅱ控制系统控制视频压缩、视频缓存和CDMA模块三部分协调工作，将压缩好的视频数据由CDMA传输给远端服务器。远端服务器将CDMA传送回来的图像数据在上位机上解压以图片方式显示，并记录事件发生时间。 　　用户端将CDMA传回的数据经由提供的解码记录软件，在PC机显示，并记录事件发生时间。 　　3 系统设计与实现 　　本系统设计主要包括以下模块：图像采集模块，图像处理模块，VGA显示模块，CDMA无线传输模块，远端服务器。 　　3.1 图像采集模块 　　采集模块是整个系统非常重要的前端，采集质量的好坏将直接影响整个系统的识别效果，同时采集的速度也是整个系统设计速度的瓶颈所在。 　　本设计中采用了ADV7181来完成视频处理。ADV7181对视频信号进行采样解码后，得到与CCIR656标准兼容的YCrCb 4:2:2格式的输出编码。要对YCrCb 4:2:2格式的数字图像数据进行后续处理。 　　彩色CCD摄像头采集到的模拟视频信号，经过ADV7181芯片的解码得到数字视频信号。ADV7181芯片通I2C总线控制，I2C控制模块是由自定义外设实现的，SOPC提供的IP核只需对其参数进行配置便可加入到该系统中。图像采集模块如图2所示。 　　图2 图像采集模块 　　2C20通过I2C来控制ADV7181B对视频信号的采样。ADV7181B芯片产生的数字视频信号、控制信号和状态信号送入控制芯片FPGA中，即把场同步信号VREF、行同步信号HREF、奇偶场标志信号RTS0、片选信号CE、垂直同步信号VS、象素时钟信号LLC2以及数字视频信号VPO等管脚连接到FPGA芯片，以获知各种采集信息。 　　由于摄像头输出模拟信号，需要经过视频A/D转化后，把模拟视频信号转化成数字视频信号，输入进FPGA芯片，FPGA根据状态信号SRTS0把奇偶场图像信号分别存储在SDRAM（ODD）和SDRAM（EVEN）中。 　　3.2 图像处理模块 　　由图3可以清楚的看出图像处理过程，摄像头采集信号经A/D转换后送入ITU R656解码器（Decoder），经解码后分出的Y、Cr、Cb三种基色信号数据线，这三种基色信号、控制信号和时钟信号进入缓冲器（Buffer）后共同作用输出Y 、Cr 、Cb 三种基色信号线给RGB模块，通过对三种基色的混合调制便可得到彩色的图像画面。 　　图像传输过程中需要对图像信息进行压缩。由于通常无损压缩的压缩比不高，所以在很多情况下，经过无损压缩后的数据量仍将超过实际应用所能忍受的负荷。所以实现有较高压缩比的高保真的有损图像压缩就很重要。 　　图3 图像处理模块 　　本算法的编码器包括3个步骤：第1步是对原始图像进行向量变换，第2步是动态位分配的向量量化VQ(Vector Quantization)编码，第3步是进行一种熵编码。相应的解码器也包括3个步骤：解码器由编码器的3个步骤的逆过程按逆序组成。图4所示为算法编码器和解码器的框架图。 　　图4 编码器和解码器的框架 　　图像处理部分是整个系统的核心，需要对外围的器件进行集中控制和处理。FPGA/CPLD对图像信号的采集、控制、存储数据到SRAM以及从SRAM读取数据都在这里实现。选用CycloneII EP2C20F484C7芯片，利用Verilog HDL作为硬件描述语言，实现对各小模块的连接控制。 　　3.3 VGA显示模块 　　如图5 VGA显示模块所示，从摄像头过来的信号经过视频解码后到视频处理芯片，视频处理芯片输出三路的R、G、B数字信号到视频DAC，然后输出三路的模拟R、G、B信号到显示屏显示。.这其中，视频DAC的速度直接决定了输出图像的分辨率和刷新率，而其精度则决定了输出图像的质量。DAC的速度和分辨率的关系可以通过下面的关系式得到： 　　时钟频率=点速率=(水平分辨率)×(垂直分辨率)×(刷新率)/(回扫系数)； 　　水平分辨率=行的像素数目； 　　垂直分辨率=帧的像素数目。 　　图5 VGA显示模块 　　3.4 CDMA无线模块 　　CDMA(Code-Division Multiple Access)技术是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点。 　　1）数据传输方式设计 模块利用DE1的配置串口与CDMA模块通信,当监视到有人走过时，NiosⅡ系统发出拍照指令,通过摄像头记录下图像，同时NiosⅡ系统通过UART串口向CDMA发送信息，CDMA模块向设定的手机发送报警信息,并向上位机发送图像信息。 　　NiosⅡ与CDMA的通信是采用AT指令向CDMA模块发送命令。当监视发现异常现象时, NiosⅡ系统接收到来自监控模块产生的异常信号,马上进行拍照命令,同时向CDMA发送AT指令,并利用UART的中断接收CDMA返回的信号,一旦确认CDMA模块接收到AT指令将向CDMA发送下一条指令,如果NiosⅡ系统没有收到CDMA模块返回来的OK信号,系统将不断的向CDMA发送AT指令直到CDMA响应成功。其中NiosⅡ系统接收CDMA返回信号和向CDMA发送信号采用中断方式。 　　2）CDMA响应过程 　　系统向CDMA模块发送AT指令初始化CDMA模块,然后调用建立PPP连接的函数,先用AT指令ATD#777接通CDMA,然后初始化PPP连接,当PPP连接完成后设置好相应的IP参数。 　　然后初始化WAP相关参数,建立WAP连接,调用信息发送函数将图像信息发送到与上位机相连接的CDMA模块中,完成数据的传送后,断开PPP连接。负责接收数据的CDMA模块把数据通过串口传送到上位机中。 　　3）TCP/IP协议 　　TCP/IP（传输控制协议/网间协议）是一种网络通信协议，它规范了网络上的所有通信设备。网络传输的基本信息单元是数据包。当包经由 TCP/IP 协议栈时，每一层上的协议都会在基本头中添加或删除字段。 　　3.5 远程服务上位机设计 　　该系统利用VB编写程序，将CDMA接收回来的图像数据以文本格式进行存储，并将图片在系统界面上显示，同时记录事件发生时间。远端服务器监控显示效果如图6所示。 　　图6 远端服务器显示 　　远端服务器应用程序流程图如图7所示： 　　图7 远端服务器应用程序流程图 　　3.6 系统软件设计 　　本系统使用了Altera公司的Quartus II、SOPC Builder、Nios II IDE等软件进行FPFA内硬件逻辑和嵌入式系统软件的开发。该系统的软件流程图如图8所示。 　　图8 系统软件流程图 　　4 结论 　　本系统充分发挥了 SOPC的特点，采用FPGA和嵌入式软核的思想来设计该系统，用FPGA硬件来采集、分析数据，实现了数据的并行处理；同时，本系统根据需求增加了UART模块，使得Nios II核能快速的进行数据的传输。数据在传输之前，通过一个硬件描述语言模块来实现视频数据的压缩。在保证视觉效果的前提下，通过一个简易的压缩算法，系统的整体性能得到了大大的提升。传输的效率提高了一倍。Nios II 中断技术的使用，与查询方式相比，中断技术大大提高CPU使用的效率。

　　视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。视频监控成为人们生活中不可缺少的技术。在一些危险场所，用视频监控代替人工监视，可以保证人们的生命安全。鉴于一路视频的视野范围有限，要充分收集目标的信息，就需要有多路视频来对同一个物体在不同方位进行监控。因此需要有一个良好的控制手段，确保多路视频控制稳定，可靠。针对织布机告警系统的需求，提出一种基于FPGA的多路视频通道控制系统，本系统设计利用FPGA间接控制2块MAX4312选通所需要的视频通道，实现各个视频通道间相互切换。根据开关控制信号的设计思想在FPGA中对拨动开关输入信号做去抖动处理，然后对不同的开关操作进行编码，最后将信号送给DSP进行处理。 　　 l 系统总体结构 　　系统总体结构如图1所示。在1台工业织布机上安装了16个CCD图像传感器对布匹进行图像监控，通过2片MAX4312选择16路图像视频信号中的一路，经可编程视频输入器件SAA7111处理后从VP0输出数字图像信号。同时SAA7111输出相应的行、场同步信号HS，VS以及与HS锁定的时钟信号LLC、LLC2，利用这些信号在EP3C25F324C8中对图像进行预处理。然后将处理后的图像通过PPI口送给BF561中进行算法处理，最后将处理结果送给报警和状态指示装置，实现织布机告警功能。为了使图像监控更方便，该系统设计增添了电平拨动开关和脉冲拨动开关。电平开关使输入图像停止切换，固定于其中一路视频输人图像。脉冲开关可以左右拨动，每次向左或向右拨动都会产生一个很短的上升沿脉冲，同时图像向前或向后进行切换，实现手动选择视频输入通道的功能。 　　 2 软件模块设计 　　2．1 开关控制信号 　　实际工程中，BF56l连接在FPGA上的PF引脚比较少。为了节约资源，只通过BF561中的BF9来识别2个拨动开关的动作。因此首先需要将2个拨动开关输入信号在FPGA中进行处理整合，得到合适的信号。 　　本系统开关控制信号的设计思想：由于设计这个信号的目的是识别开关控制动作。因此，只要任何一个开关发生了动作就需要产生一个脉冲。如果只有脉冲信号就只能知道开关发生了动作，而不知道是哪个开关发生了什么动作。所以，要识别具体是哪个开关发生了什么动作就必须配合双口RAM中的数据进行解码。该系统设计的脉冲持续时间对BF561来说并不重要，只要BF561能识别这个脉冲即可。由于系统中的2个拨动开关，一个是电平拨动开关，另一个是脉冲拨动开关，因此，只要根据电平拨动开关的动作制作相应的脉冲信号，再用这个信号与脉冲拨动开关产生的原始信号逻辑相与，就能得到所需要的目的信号。 　　由于拨动开关是机械触点，当其断开、闭合时会有相应的前沿、后沿抖动，为了使每次动作都只做一次响应，就必须对原始开关信号做去抖动处理。抖动信号可以分为2种：一种是时间很短的干扰信号，如高频毛刺；另一种是时间较长的干扰信号，如开关抖动。这里的拨动开关都是人为操作，因此每次触发的时间都不会很短，一般小于10 Hz。根据上述分析开关抖动信号属于后一种。因此在每次开关操作后，对其产生的信号进行连续采样，如果每次采样都是低电平或者都是高电平，就认为此信号不是抖动，确实开关状态发生了变化。整个设计过程使用Verilog硬件描述语言编写，然后在QuartusⅡ平台上编译，并采用SignalTapⅡLogic Arlalvzer对信号采样分析，调试通过后连同其他程序一起烧写进FPGA的配置器件EPCSl6中。图2～图4分别是各个开关动作去抖动前和去抖动后的实时信号采样图。去抖动模块中的部分代码如下： 　　其中，clk为13．5 MHz频率的时钟信号，clk_cnt为采样时间间隔计数器，当clk_cnt为135 000时采样1次，即每隔10 ms采样1次。寄存器shuru_temp存储前一次开关信号状态，shum存储当前开关信号状态。如果shuru_temp的值等于shtlm的值，则计数器test_cnt自动加l。如果连续4次采样值相等，即test_cnt=4时去抖动输出才随输入变化。 　　用电平拨动开关信号作为输入，制作了一个脉冲信号用于识别开关动作，其代码如下： 　　代码中寄存器level_contrl_TEMP存储level_contrl延时256个时钟周期后的信号，然后用level_eontrl_TEMP中存储的信号与level_co-ntrl的值相异或产生所需要的脉冲信号。 　　调试中发现，去抖动后的信号经常混有持续时间很短的高频脉冲干扰信号，因此设计中使用两级D触发器延时来彻底消除高频脉冲干扰，其程序代码如下： 　　 2．2 双口RAM及开关信号编码设计 　　双口RAM分为真、假2种双口。真双口2个端口都可以读写，互不干扰。本次设计根据实际需要，添加的RAM模块一端只读，另一端只写，读写互不干扰。根据上述分析可知，开关控制信号只能知道有开关控制动作发生，但是不能识别具体哪个开关发生了动作。因此，设计中首先利用MegaWizardPlug_In Manager中的宏功能块RAM：2_PORT产生1个双口RAM存储块，然后对这个宏功能模块的参数进行适当调整，产生一个满足自己特定要求的模块，如图5所示。 　　设计过程中，首先将开关动作进行编码。然后将编码后的数据存进空间大小为8的双口RAM中。当BF561检测到PF9上的脉冲后，在PF中断中读取RAM中指定地址的数据，然后根据这个数据进行开关状态解码并按解码后的控制信息对2块MAX4312器件进行操作以控制视频通道。对开关动作进行的编码程序代码如下： 　　整个设计有4种开关动作，程序中分别将其编码成数据0l、02、03、04，然后将编码后的这4个数据存入双口模块中，等待BF561来读取并进行解码。图6是SignalTapⅡLogic Analyzer中对脉冲开关向右拨动后存入RAM中的数据进行采样。 　　程序中RAM的读信号rden_signal是由DSP发送的地址信号DSP_A、BANK选择信号DSP_AMSl以及DSP读信号DSP_ARE进行控制的。当DSP不从双口读取数据时，必须给DSP的数据线赋值高阻，以免影响SDRAM对DSP数据线的操作。赋值指令如下：assignDSP_D=(rden_signal=l 'b1)？DSP_D_TEMP；8 'hzz；其中DSP_D_TEMP是从双口中读取的数据。 　　 3 结论 　　首先介绍了整个系统的工业背景和硬件架构，然后着重阐述了怎样在FPGA中处理开关控制信号，以达到可靠响应每个开关动作的目的。整个设计程序是在QuartusⅡ平台上用Verilog硬件描述语言编写，利用QuartusⅡ中的下载工具和SignalTapⅡLogic Analyzer工具进行下载、实时采样，并多次调试验证。本次设计已经成功应用于布机告警系统中，每次拨动开关都能准确、可靠的切换视频通道。虽然此系统中只有两种开关，但是整个程序的设计思想对多种开关控制也是通用的，只需在细节上稍作改变就能识别多种开关动作。

针对智能家居的应用需要和智能手机的日益普及，设计并实现了一个以Android手机作为遥控终端及FPGA为主控中心的智能家居系统，该系统利用蓝牙进行通信，应用多种传感器，实现视频监控、学习型红外遥控、温湿度采集、振动检测以及GSM远程报警等功能，从而满足用户的需求并达到一种智能控制的效果。该系统使用方便、操作简单、易于扩展。 智能家居是以住宅为平台，利用通信技术、自动控制技术等新技术，将各种家电安防设施进行集成，组成住宅设施管理系统，造就一个安全便利舒适环保的家居生活环境。近年随计算机技术、通信技术和网络技术的发展，智能家居逐渐成为未来家居生活的发展方向。 在智能家居的控制系统中，控制终端是其核心设备，目前主要有以下几种方案：第一种是采用键盘、LCD显示器和红外遥控器等设备对各种家用设备进行控制，这种方式需要对终端的软件和硬件分别进行设计，因而设计复杂且成本高。第二种是采用PC作为控制终端，使用这种方式的缺陷是只能在固定的位置进行控制。第三种是采用智能手机作为控制终端，通过WiFi、蓝牙、GSM等无线网络对家居系统进行控制，此方案使用方便、快捷。 随着Android智能终端日益普及，其作为控制终端将成为未来智能家居系统发展的趋势。本系统以Android智能设备作为遥控终端，以FPGA作为主控中心处理器，通过蓝牙与手机端进行通信并对数据进行处理，实现视频监控、红外遥控、温湿度检测、振动检测、GSM远程报警等功能。FPGA内部资源丰富，接口方便，还可实现脸部识别、指纹识别等功能。 1 系统结构 系统结构框图如图1所示，首先在Android平台下开发一个应用程序，数据通过蓝牙发送给主控中心，当FPGA接收处理完数据后通过串口给相应的功能模块发送指令，各功能模块执行相应任务后也会将数据通过主控中心返回给智能终端并显示，其中采用串口通信可让通信方式多样化，如485总线、蓝牙模块、WiFi模块、ZigBee模块等都可用串口进行收发数据。这种结构使得用户只需用手机、平板电脑等Android终端就能任意控制各种家用设备并实时掌握周围的环境情况，使用非常简单快捷。 图1 系统结构框图 【分页导航】 第1页： 系统结构 第2页： 主控中心FPGA设计 第3页： Android应用程序的开发 第4页： 功能模块的开发 2 主控中心FPGA设计 本系统采用FPGA作为中间控制部分的处理器主要基于以下两点考虑，首先整个系统中用到多个串口，普通单片机内部不超过3个串口，而FPGA可以根据需求搭建多个UART接口；其次FPGA可以采用平行以及流水线处理，可以完成视频数据采集、VGA接口输出等高速处理，还可完成脸部识别、指纹识别等复杂运算。设计中采用的FPGA芯片型号是Altera公司CycloneII系列EP2C8Q208C8，在QuartusII平台下用Verilog语言进行开发。 2.1 UART模块的设计 由于FPGA与各功能模块均利用串口进行通信，因此需要搭建多个UART接口，对数据进行传输和处理。UART通信模块主要由波特率产生模块、发送模块和接收模块三部分组成，其中波特率产生模块是将50MHz的主时钟经过多次分频后为UART的收发模块提供特定的波特率。 FPGA中的每个UART都被例化成一个子模块，各模块间通过输出输入接口进行数据的交互，此外还有一个控制模块，用于控制每个串口的发送和接收。 2.2 视频监控的设计 视频监控是家庭防盗系统中必不可少的部分，本系统通过OV7670摄像头获取视频信息，用FPGA进行数据的采集和存储，最后通过VGA接口用显示器显示出来。框架如图2所示。 图2 视频监控框架图 OV7670是OmmVision公司生产的CMOS摄像头，通过SCCB总线控制，图像最高达到30帧/s。FPGA先构建一个配置模块，用SCCB总线对OV7670进行初始化设置并使其开始工作，其中的SCCB总线本质为简化了的I2C总线。 配置成功后，FPGA将接收RGB565格式的数据，即第一个字节的前5位表示红色，第一字节的后3位和第二字节前3位表示绿色，第二字节后5位表示蓝色。数据通过SDRAM控制模块存进外部SDRAM中，SDRAM的主要作用是把图像数据以30帧/s的速率进行缓存，然后再以60帧/s的速率读出。从SDRAM读出的数据将通过VGA控制模块转换为VGA协议输出，最后通过一个三路10位高速视频DAC芯片ADV7123进行D/A转换后显示在显示器上，进行实时的监控。 除了可实时监控外，当系统触发警报信息后可以对视频信息存储到外接Flash中，由于Flash的容量以及读写速度有限，不能将所有视频数据保存下来，因此采样间断性存储的方法，即以图片的形式将现场的情况保存下来，这种方式既能减少Flash的容量，又可以较好地保存现场的信息。 【分页导航】 第1页： 系统结构 第2页： 主控中心FPGA设计 第3页： Android应用程序的开发 第4页： 功能模块的开发 3 Android应用程序的开发 Android终端的应用程序是基于Android2.3版本，在Eclipse平台下用Java语言进行开发，其主要内容包括设计一个人机交流界面、获取已配对的蓝牙设备并建立连接、利用Socket进行数据传输等。 3.1 界面设计 该应用程序主要有两个界面，开启时首先进入主控界面，主要包括温湿度的显示、防盗系统的开启与关闭、电视遥控等功能，点击电视遥控按键将进入红外遥控界面。界面通过AbsoluteLayout进行布局设计，这是一种绝对布局，可以任意调整每个控件的横坐标和纵坐标，界面上每个按键通过绑定一个地址和添加一个监听器，点击按键后会触发监听器并执行相应的操作。 3.2 蓝牙的获取和连接 应用程序中需要建立一个蓝牙通信通道，以便与FPGA端的蓝牙模块进行数据传输，在建立蓝牙通信之前先搜索出已配对的蓝牙设备并用列表显示，当点击其中一个设备进行连接时，其地址值会被记录下来并通过Intent回传给主Activity。当本机蓝牙开启以及要连接设备的地址获取后就可建立Socket连接，通过Thread创建的一个线程来进行Socket连接，连接成功后界面上会显示“连接成功”。 【分页导航】 第1页： 系统结构 第2页： 主控中心FPGA设计 第3页： Android应用程序的开发 第4页： 功能模块的开发 4 功能模块的开发 4.1 无线通信设计 系统中主要运用了蓝牙、GSM这两种无线通信协议，其中蓝牙是应用在手机和主控中心之间的通信，它的传输距离达10m左右，满足室内使用要求。而GSM用于远距离报警。 4.2 学习型红外遥控 现在大多数家庭中使用到红外遥控器多达数个，如果将控制全部集中于手机则会十分便利，但不同遥控器的红外编码是不一致的，因此本系统设计的是学习型红外遥控，它以STM8S105S4单片机作为主控芯片，包括了红外发射和接收两部分电路，能够学习并存储各种红外编码，工作流程如图3所示。 图3 学习型红外遥控工作流程 4.3 温度检测 温度检测采用NTC（热敏电阻），它是随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的材料，因此只要采样出的电阻值然后与其温度阻值变化列表进行对应便可得出当前的温度值。设计中用单片机内部的10位A/D转换器采样其电压值，再根据分压电阻求出NTC的阻值，最后通过取表得出温度值。 4.4 湿度检测 湿度检测采用HS1100湿度传感器，它是一种基于电容原理的湿度传感器，相对湿度的变化和电容值呈线性规律。在实际测试中，电容值随着空气湿度的变化而变化，因此将电容值的变化转换成电压或频率的变化，才能进行有效地数据采集。设计中用NE555组成振荡电路，HS1100湿度传感器充当振荡电容，从而完成湿度到频率的转换。 4.5 振动检测 振动检测采用MMA7631三轴小量程加速度传感器，它根据物体运动和方向改变输出信号的电压值。各轴的信号在不运动或不被重力作用的状态下，其输出为1.65V。采用STM8S105S4单片机内部的10位A/D转换器采样3个方向的电压，根据采样结果的变化来判断门窗是否振动，当变化范围超过一定的限值时，则判断门窗被开启，触发报警信息。 本文设计并实现了一个基于Android智能终端及FPGA的智能家居系统，在3个平台下完成开发，分别是用Java语言在Android系统下进行应用程序开发，用Verilog语言对主控FPGA进行设计以及基于STM8单片机的功能模块设计。以FPGA作为主控中心，相比于AMR11、STM32等串行处理器，它可实现视频监控、人脸识别等高速复杂处理，而且无须后台服务器，减低了成本。系统以Android设备作为遥控终端，与传统控制方案比，它可以实现程序化控制，可存贮各种个性化的控制方案。本系统使用方便、操作简单，能满足普通家庭的需求，具有较高的实用性和推广价值。 【分页导航】 第1页： 系统结构 第2页： 主控中心FPGA设计 第3页： Android应用程序的开发 第4页： 功能模块的开发

  随着移动互联需求的崛起，各类消费行业，工业行业，特种行业对便携移动产品的需求呈现爆发式增长，其核心是对各种设备内部增加强大嵌入式处理器和高级多任务操作系统并将设备接入互联网的要求。随着Cotex-A8处理器和Android操作系统的出现，此类需求开始被引导和真正实现，但还处于起步阶段。 但是由于Cotex-A8处理器和Android操作系统的高额开发成本，各大芯片商和平台商都将市场目标瞄准于能产生巨大销量的消费类电子产品以迅速回收成本和获得收益。这种状况导致全世界为数不多的能设计和研发高端ARM芯片的公司提供给二次开发者主要以消费类电子如手机，上网本，平板电脑为目标的参考设计或开发平台。而众多细分的工业行业，特种行业，科研项目，未知新兴行业需要接口更加丰富，扩展性更加灵活但是CPU运算速度，视频图像处理能力，功耗管理水平同样达到世界顶级水平的开发平台。 以此为出发点，辰汉电子为满足广大新老行业客户的要求，推出i.MX53 MDK1 V1.0产品扩展型开发平台，此平台采用核心板+母板构架，将高达1.2GHz主频的CPU，800MHz的DDRIII和复杂的电源管理系统设计在核心板上，这样彻底让行业客户避免了设计高速信号的风险，保证了项目原型的设计成功率和避免了软件开发因为硬件高速系统的不稳定而中止。 与此同时，MX53 MDK1的母板将i.MX535的几乎所有接口引出，同时增加了丰富的有线和无线链接模块(接口)，如WIFI,蓝牙，GPS,3G,Zigbee，也预留了众多传感器接口，如光线传感器，三轴加速度传感器，电子罗盘等。彻底将i.MX53 MDK1打造成移动互联网和物联网海量细分行业的原型开发平台。 i.MX535MDK1采用气势如虹的Android2.3操作系统，并在合适的时机向Android3.0以上操作系统升级，广大细分行业用户只要在Android上开发基于Java的应用程序即可获得如同PC这样的强大软硬件功能，再也不用为在ARM9/ARM11的开源Linux的低性能而烦恼。   为感谢广大的新老客户对辰汉电子的信任和支持，在i.MX53 MDK1开发板上市之际推出预订有礼的大优惠活动，以回馈广大新老客户！ 具体活动如下： 1 凡在11月30日之前预订i.MX53 MDK1 开发板并支付60%货款者即可获得85折优惠； 如一次性订购两套(及两套以上)者即可获得8折优惠，并附赠MiPad平板电脑一台！ 2 在11月30日之前采购辰汉电子其他型号开发板(MX27 MDK1/MX27 MPK1/MX35 MDK/MX51 MPK1)享受以下优惠政策： 一次性采购任意两套上述产品即可获得八折优惠，并附赠MiPad平板电脑一台； 一次性采购任意三套上述产品即可获得七五折优惠，并附赠MiPad平板电脑一台； 一次性采购任意四套(及四套以上) 者即可获得七折优惠，并附赠MiPad平板电脑一台。 订购电话：021-51693807   i.MX53 MDK1 开发板技术参数如下：   (注：辰汉电子保留本次优惠活动的最终解释权) 辰汉官网：www.morninghan.com