一种基于物联网的改进监控系统的设计

李隘优，陈坤定

（闽西职业技术学院 信息与制造学院，福建 龙岩 364000）

随着人们生活水平的不断提高，传统视频监控和传统联网报警已经不能满足用户的需求.将互联网、云计算和智能家居、安防监控有机结合，针对传统监控系统存在的问题，设计一种改进型视频监控系统，并注入全新的服务理念，必将给用户提供一个更加安全、舒适的工作和生活环境［1］.

文献［2］提出的一种智能视频分析与监控系统，主要结构为前端设备与视频存储服务器连接，视频存储服务器与视频分析服务器连接，视频分析服务器与客户端连接.前端设备包括网络摄像头与交换机；视频存储服务器包括获取模块、存储模块；视频分析服务器包括数据接收模块、解码模块、分析模块、显示模块、报警规则设置模块、数据库操作模块及报警信息推送模块.客户端包括历史报警信息查询模块与报警响应模块.其中，视频分析模块利用CUDA硬解码技术与基于CUDA的图像并行处理方法分析图像［2］，有效降低CPU资源的占用率，且并行处理加速分析过程，有效减少分析时间，为实时分析提供保障.但是此方案对视频做了复杂的分析，且采用实时传输视频监控数据至服务器或者存储本地磁盘的方法，在出现突发情况时，需要对大量的视频进行查看和删选，或者通过复杂视频处理软件进行分析，造成磁盘资源、时间及低频采集信息传输频段的浪费，文献［2］方案存在不足.为了解决监控系统数据传输的高功耗和视频分时上传的控制问题，笔者采用先进行震动探测器的信号的检测，检测到信号时才将摄像头的视频信息进行上传到服务器，降低磁盘空间的占用率，系统设计简单，成本低，同时采用编码器作为传感器的接口器件，提高了传感器的接入数量，进一步降低成本.

1 改进监控系统的设计

1.1 总体框架设计

改进后的监控系统的核心单元是中央处理器，其功能是控制周边其它单元的所有操作.中央处理器连接有4G模块、电源模块、NB-IOT模块、摄像头、灯光报警电路和语音报警器.其中，4G模块通信连接有用户移动终端和服务器，服务器与NB-IOT模块通信连接，4G模块用来上传摄像头的视频信息［3］；中央处理器通过编码器连接传感器单元，编码器通过对传感器的触发电平进行编码处理，输出编码信号，中央处理器根据编码信号控制4G模块、NB-IOT模块和灯光报警电路的工作启停，具体结构如图1所示.

图1 改进监控系统总体框架图

中央处理器为系统大脑，负责调度和协调各单元模块，使各单元根据不同情况有序的工作.

传感器单元采用74LS42编码器，检测相应信号后产生高电平信号，即二进制编码，用于代表传感器的4种触发状态.

掉电检测单元主要由晶体管Q1和Q2组成，晶体管Q1用于连接镇流器的输出端，晶体管Q2的集电极连接于中央控制芯片的IO口，作为信号的输出端，当电源被关时，掉电检测单元输出高电平，控制电源接入扬声器，并进行报警.

灯光报警电路中的K1为接触器，其主电回路连接有发光二极管LED1和LED2，通过接收中央处理器的脉冲信号，控制发光二极管LED1和LED2进行闪烁. K1的主电输入端连接于所述镇流器的输出端.发光二极管LED1和LED2进行闪烁对入侵者进行提醒和异常信号的发出.

1.2 中央处理器设计

中央处理器是本系统的大脑神经中枢，负责调度和协调各单元模块，根据接收到的触发电平信号进行切换连接和发出指令，使各单元根据不同情况有序的工作。因此，中央处理器有多种外设相连的接口，如GPRS、USB、电源接口等。中央处理器通过对磁卡识别单元、燃气探测器、震动探测器和红外探测器的检测，当发现触发信号与编码器的信号相对应时，能控制NB-IOT模块与服务器进行通讯［4］。同时，中央处理器利用掉电检测单元，可实现对电源模块的检测和掉电报警。中央处理器电路见图2。

图2 中央处理器电路图

1.3 电源模块设计

电源模块选用7805芯片组成降压电路，7805芯片的输入端还通过二极管D1连接有16 V的蓄电池.电源模块电路图见图3.

图3 电源模块电路图

1.4 NB-IOT通讯模块设计

NB-IOT通讯模块连接服务器， SIM接口电路的VREG SIM端、SIM RST端和SIMCLK端依次连接于NBIOT通讯模块的USIM-VDD端、USIM-RST端和USIMCLK端；SIM接口电路的数据SIM DATA端连接于NBIOT通讯模块USIM-DATA端［5］，见图4.中央处理器命令连接NB-IOT模块；NB-IOT模块还包括网络注册单元，网络注册单元为SIM卡，SIM卡用于注册运营商网络.

图4 NB-IOT通讯模块电路图

NB-IOT模块为用于接收信息与命令并传送给控制单元或发送控制单元所要发送信息的低功耗的NB-IOT模块NB-01. SIM接口设计如图5所示.

图5 SIM接口电路图

2 改进监控系统工作过程

中央处理器检测到震动探测器的触发信号对应的编码信号时，通过控制继电器K2控制电源模块向语音报警器供电，中央处理器发出报警控制信号和灯光报警电路1的闪烁触发信号.震动探测器设置于保险箱等贵重物品放置处.

语音报警器设置于监控室中.中央处理器检测到震动探测器的触发信号对应的编码信号时，通过控制4G模块将摄像头采集的视频发送给所述服务器进行储存.

磁卡识别单元、燃气探测器、震动探测器和红外探测器中，磁卡识别单元为常用读卡器，燃气探测器、震动探测器和红外探测器选用常用的传感器，检测相应信号后产生高电平信号.编码器选用74LS42，产生的编码为二进制编码，包括00、01、10和11四种，用于代表传感器的4种触发状态［6］.

掉电检测单元2包括晶体管Q1和Q2，晶体管Q1的E极连接有二极管D11和电解电容C1，二极管D11的阳极连接所述镇流器的输出端，二极管D11的阳极与晶体管Q1的基极之间连接有电阻R1.电解电容C1的负极接地，晶体管Q1的集电极与晶体管Q2基极之间连接有电阻R2，晶体管Q1的集电极与晶体管Q2的发射极接地，晶体管Q2的集电极连接有电阻R3，电阻R3的另一端连接有电解电容C2，电解电容C2的另一端接地，电解电容C2的正极做电源端，连接于7805芯片的输出端［7］；晶体管Q2的集电极连接于中央控制芯片的IO口，作为信号的输出端［8］；当家用电源被入侵人员关掉时，掉电检测单元2输出高电平，控制电源接入扬声器，并进行报警.掉电检测单元2电路如图6所示.

图6 掉电检测电路图

3 测试分析

依据结构设计，制作出改进型智能视频监控测试设备，并进行了测试和应用.在同一基站情况下，NBIOT可以比现有无线技术提供多50~100倍的接入数.一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构.

4 结语

经过实际应用测试，基于物联网的改进监控系统设计简单、容易实现，无需太多复杂的软件分析就能有效降低监控系统的功耗和磁盘占用率，能够显著提升传感器的接入数量，降低生产成本；同时在语音报警器断电时，能为其供电，保证了报警的可靠性；同时也具备较好的扩展性，为其它监控系统的设计提供很好的借鉴作用.今后，继续研究云计算、5G监控的功能点，计划开发新功能应用到监控系统中.