一种工地现场应急指挥系统的制作方法

本实用新型属于无线数据采集技术领域，尤其涉及一种工地现场应急指挥系统。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，数字图像采集及其传输技术在视频监控、信息处理、工业控制和科学研究等领域的应用日益广泛，这些应用对系统的采集、传输速度提出了越来越高的要求。

随着视频显示技术的发展，视频信号从之前的标清发展到高清，再发展到全高清，其分辨越来越高，数据量也成倍增加，这就推进了显示接口技术的高速发展，显示接口技术经过了一个从模拟到数字、从并行到串行、低速到高速的发展过程。hdmi接口是最新的高清晰度多媒体接口，与dvi接口相比，其尺寸更小，带宽更大，传输距离更远，支持的分辨率更高，不仅能够传输视频信号，还能传输音频信号，且具备版权保护功能。hdmi接口已成为液晶显示器、平板带脑、笔记本电脑等设备的标准接口之一，得到了广泛应用。

随着科学技术的快速发展，数据采集系统已广泛应用于航天、军事、工业、医疗等各个领域，尤其在高精度产品的检测和监控项目中发挥着至关重要的作用。在实际工程应用中，要求采集系统具有高速率、高精度、实时处理、系统稳定性好和通道数量多等特点。但是，传统的数据采集方案多数以arm处理器(advancedriscmachine，arm)或数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)作为控制核心，并不能有效解决高速数据采集处理中实时性和同步性的技术难题。

在工地生产施工现场，由于各工地的工种较多，而且互相之间交叉作业，这样造成施工非常复杂。经常伴随有高空落物、倒塌、火灾、触电、有害气体泄漏等现象的发生。这样很容易造成人员的伤亡和财产的损失。加强工地生产施工现场的安全性是一项至关重要的工作，提高施工人员的安全意识也刻不容缓。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供提供一种工地现场应急指挥系统，通过cmos图像传感器实时采集工地的视频参数，利用无线传感器网络对工地安全进行全方位多角度的移动管控。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种工地现场应急指挥系统，包含指挥中心、无线宽带通信网络、现场应急通信指挥车，以及设置在工地现场的用于视频数据采集的视频数据采集及传输终端；所述视频数据采集及传输终端与现场应急通信指挥车进行数据传输，所述现场应急通信指挥车通过无线宽带通信网络与现场应急通信指挥车建立通信通道；所述视频数据采集及传输终端包含cmos图像视频采集模块、多路复用开关、信号调理模块、微处理器模块、报警模块、时钟模块、数据存储模块、数据传输模块和电源模块，所述cmos图像视频采集模块的输出端连接多路复用开关的输入端，所述多路复用开关的输出端连接信号调理模块的输入端，所述信号调理模块的输出端连接微处理器模块的输入端，所述报警模块、时钟模块、数据存储模块、数据传输模块和电源模块分别与微处理器模块连接，所述电源模块包含采样滤波电路、磁偏检测电路、dsp模块、cpld模块、隔离驱动电路、功率放大电路、控制器、接口模块、远程通讯模块和显示模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、连接在dsp模块的相应端口上，所述dsp模块通过cpld模块连接隔离驱动电路，所述dsp模块通过控制器连接远程通讯模块，所述dsp模块通过接口模块连接显示模块。

作为本实用新型一种工地现场应急指挥系统的进一步优选方案，所述无线宽带通信网络包含光纤传输网、卫星网络、微波通信和无线技术模块，所述无线技术模块包含mcwill、wifi以及wimax、gsm、cdma。

作为本实用新型一种工地现场应急指挥系统的进一步优选方案，所述cmos图像视频采集模块为cmos图像传感器阵列，所述cmos图像传感器阵列由2*2个cmos图像传感器构成，所述cmos图像传感器选用omnivision公司ov5640摄像头，其为500万像素级别cmos图像传感器，支持分辨率可达2k级别，能输出多种图像格式数据由2*2个cmos图像传感器构成，所述cmos图像传感器选用omnivision公司ov5640摄像头，其为500万像素级别cmos图像传感器，支持分辨率可达2k级别，能输出多种图像格式数据。

作为本实用新型一种工地现场应急指挥系统的进一步优选方案，所述信号调理模块包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器，其中，信号输入-in端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接第一电容的一端、第三电阻的一端和第一运算放大器的负电源脚，第一电容的另一端分别连接第三电阻的另一端、第一运算放大器的输出脚，信号输入+in端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端分别连接第一运算放大器的正电源脚、第四电阻的一端、第二电容的一端，第二电容的另一端连接第四电阻的另一端并接地，第一运算放大器的输出脚连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第二运算放大器的正电源脚，第二运算放大器的负电源脚连接第三运算放大器的负电源脚，第三运算放大器的正电源脚分别连接第八电阻的一端、第九电阻的一端，第九电阻的另一端接地，第八电阻的另一端分别连接第七电阻的一端和第第二运算放大器的输出脚，第七电阻的另一端连接第四电容的一端，第四电容的另一端分别连接第九电阻的一端，第九电阻的另一端连接第三电容的一端，第三电容的另一端接地。

作为本实用新型一种工地现场应急指挥系统的进一步优选方案，所述多路复用开关型号为amc4601。

作为本实用新型一种工地现场应急指挥系统的进一步优选方案，所示微处理器模块采用芯片型号为spce061a的微处理器。

作为本实用新型一种工地现场应急指挥系统的进一步优选方案，所述应急通信指挥车包含数据收发模块、主控模块、lcd显示模块、声光报警模块、存储器模块和供电模块，所述数据收发模块、lcd显示模块、存储器模块和供电模块分别与主控模块连接。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型公开一种工地现场应急指挥系统，通过cmos图像传感器实时采集工地的视频参数，利用无线传感器网络对工地安全进行全方位多角度的移动管控；

2、一种工地现场应急指挥系统，基于cmos图像传感器的视频采集系统充分的利用了cmos图像传感器的优点，采用usb总线供电，即插即用，电路简单，功耗低，成品体积小，成像清晰，稳定，很好的满足了cmos图像采集系统的图像采集要求；

3、本实用新型提出了一种工地现场应急指挥系统，本系统cmos图像采集芯片选用了fillfactory公司的ibis5-a-1300coms图像传感器芯片，分辨率为1280×1024，全帧采集速率最高可达27fps，动态范围最大达到100db，6.7m×6.7m高填充系数像元，填充系数可达66％,支持卷帘快门和同步快门两种快门方式，内部集成可调整增益和偏置的输出放大器，以及40msamples/s高速a/d转换模块，a/d量化等级为10bit，可直接输出模拟信号或数字信号，内部有大量的寄存器和控制器，可以对传感器的工作状态进行实时调整，芯片支持开窗技术亚采样技术，根据实际需要实时提高帧速率；

4、本实用新型提出了一种工地现场应急指挥系统，其采用太阳能供电和市电双供电的供电模式，有效的避免恶劣天气导致的断电等意外情况。

附图说明

图1是本实用新型的整体系统结构示意图；

图2是本实用新型视频数据采集及传输终端的结构原理图；

图3是本实用新型电源模块的结构原理图；

图4是本实用新型信号调理模块的电路图；

图5是本实用新型多路复用开关的结构原理图；

图6是本实用新型应急通信指挥车的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种工地现场应急指挥系统，如图1所示，包含指挥中心、无线宽带通信网络、现场应急通信指挥车，以及设置在工地现场的用于视频数据采集的视频数据采集及传输终端；所述视频数据采集及传输终端与现场应急通信指挥车进行数据传输，所述现场应急通信指挥车通过无线宽带通信网络与现场应急通信指挥车建立通信通道；

如图2所示，所述视频数据采集及传输终端包含cmos图像视频采集模块、多路复用开关、信号调理模块、微处理器模块、报警模块、时钟模块、数据存储模块、数据传输模块和电源模块，所述cmos图像视频采集模块的输出端连接多路复用开关的输入端，所述多路复用开关的输出端连接信号调理模块的输入端，所述信号调理模块的输出端连接微处理器模块的输入端，所述报警模块、时钟模块、数据存储模块、数据传输模块和电源模块分别与微处理器模块连接。

如如3所示，所述电源模块包含采样滤波电路、磁偏检测电路、dsp模块、cpld模块、隔离驱动电路、功率放大电路、控制器、接口模块、远程通讯模块和显示模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、连接在dsp模块的相应端口上，所述dsp模块通过cpld模块连接隔离驱动电路，所述dsp模块通过控制器连接远程通讯模块，所述dsp模块通过接口模块连接显示模块。

所述无线宽带通信网络包含光纤传输网、卫星网络、微波通信和无线技术模块，所述无线技术模块包含mcwill、wifi以及wimax、gsm、cdma。

所述cmos图像视频采集模块为cmos图像传感器阵列，所述cmos图像传感器阵列由2*2个cmos图像传感器构成，所述cmos图像传感器选用omnivision公司ov5640摄像头，其为500万像素级别cmos图像传感器，支持分辨率可达2k级别，能输出多种图像格式数据由2*2个cmos图像传感器构成，所述cmos图像传感器选用omnivision公司ov5640摄像头，其为500万像素级别cmos图像传感器，支持分辨率可达2k级别，能输出多种图像格式数据。

如图4所示，所述信号调理模块包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器，其中，信号输入-in端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接第一电容的一端、第三电阻的一端和第一运算放大器的负电源脚，第一电容的另一端分别连接第三电阻的另一端、第一运算放大器的输出脚，信号输入+in端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端分别连接第一运算放大器的正电源脚、第四电阻的一端、第二电容的一端，第二电容的另一端连接第四电阻的另一端并接地，第一运算放大器的输出脚连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第二运算放大器的正电源脚，第二运算放大器的负电源脚连接第三运算放大器的负电源脚，第三运算放大器的正电源脚分别连接第八电阻的一端、第九电阻的一端，第九电阻的另一端接地，第八电阻的另一端分别连接第七电阻的一端和第第二运算放大器的输出脚，第七电阻的另一端连接第四电容的一端，第四电容的另一端分别连接第九电阻的一端，第九电阻的另一端连接第三电容的一端，第三电容的另一端接地。

本实用新型数字型气体传感器信号调理电路能够自动调节增益数值，当强度超过预设的幅度时，数字型气体传感器信号调理电路降低增益使得检波器输出受到限制甚至不放大；当强度低于预设的幅度时，数字型气体传感器信号调理电路仍执行预设的增益使得弱信号得以正常放大。

所述多路复用开关型号为amc4601。如图5所示，由于某点可能变化很大且传感器出厂参数等略有差异，这些因素均增加了测量误差。采用分布阵列式多点平均测量方式，有效地消除了由于传感器个体本身的缺陷带来的测量误差和减少了由于传感器芯片蠕变而产生的随机误差或重复性误差，显著减少了年漂的影响。这样阵列式的测量方式能实时家居环境的情况。此外，在该阵列式测量方式中，采用多路复用模拟开关选择分时输出给后续的信号处理电路模块。

如图6所示，所述应急通信指挥车包含数据收发模块、主控模块、lcd显示模块、声光报警模块、存储器模块和供电模块，所述数据收发模块、lcd显示模块、存储器模块和供电模块分别与主控模块连接；

本系统cmos图像采集芯片选用了fillfactory公司的ibis5-a-1300coms图像传感器芯片，分辨率为1280×1024，全帧采集速率最高可达27fps，动态范围最大达到100db，6.7m×6.7m高填充系数像元，填充系数可达66％,支持卷帘快门和同步快门两种快门方式，内部集成可调整增益和偏置的输出放大器，以及40msamples/s高速a/d转换模块，a/d量化等级为10bit，可直接输出模拟信号或数字信号，内部有大量的寄存器和控制器，可以对传感器的工作状态进行实时调整，芯片支持开窗技术亚采样技术，根据实际需要实时提高帧速率。

本系统cmos图像采集芯片选用了fillfactory公司的ibis5-a-1300coms图像传感器芯片，分辨率为1280×1024，全帧采集速率最高可达27fps，动态范围最大达到100db，6.7m×6.7m高填充系数像元，填充系数可达66％,支持卷帘快门和同步快门两种快门方式。内部集成可调整增益和偏置的输出放大器，以及40msamples/s高速a/d转换模块，a/d量化等级为10bit，可直接输出模拟信号或数字信号，内部有大量的寄存器和控制器，可以对传感器的工作状态进行实时调整。芯片支持开窗技术亚采样技术，根据实际需要实时提高帧速率[5]。

数据采集芯片ez-usbfx2：

usb传输部分选用了cypress公司的ez-usbfx2芯片，它是一个usb2.0集成外围控制器，该芯片支持12m/s的全速传输和480m/s的高速传输，可以使用(具有)4种usb传输方式：控制传输、中断传输、块传输和同步传输；该器件集成有一个增强型的8051、8.5kb的ram、4kb的fifo存储器、串行接口引擎(sie)、通用可编程接口(gpif)、i/o口、数据总线、地址总线。

altra公司的cpld控制芯片epm570：系统的时序控制芯片采用atral公司的cpld控制芯片epm570。该芯片可以很好的完成系统的时序控制要求。

所示微处理器模块采用芯片型号为spce061a的微处理器。

所述数据存储模块选用micron公司4gbit容量ddr3-sdram存储芯片mt41j256m16ha-125作为缓存介质。

为了解决高速大容量视频数据的缓存问题，此系统选用micron公司4gbit容量ddr3-sdram存储芯片mt41j256m16ha-125作为缓存介质。a0～a14为地址总线，b0～b3为bank地址，fpga通过控制地址总线和bank地址就能控制数据在ddr3-sdram中的存储位置；d0～d15为数据总线，与fpga并行连接；clk-n和clk-p为差分时钟输入端口，本系统中设定时钟频率为312.5mhz；fpga通过列地址选择信号(cas)、行地址选择信号(ras)、写使能信号(we)对ddr3-sdram进行读写控制，通过控制odt使能片内电阻优化性能来防止数据线中断反射；dqs为ddr3-sdram与控制器之间的同步信号，其为双向信号，当写入数据时，其由控制器发出，当读取数据时，其由存储器发出；dm为数据屏蔽信号。由于spartan6系列fpag只有bank1和bank3有mcb硬核，在本系统中选择fpga中bank3与ddr3-sdram连接，端口电压标准为1.5v，且在fpagucf中，需要设定io标准为sstl15_ii。。

ddr3-sdram数据的存取使用了spartan6系列fpga提供的migip核，同时也需要mcb硬核与外部的sdram芯片进行数据交换。在xilinx编译环境ise中生成sdram控制器后，就可运用migip核用户接口进行数据存取，本系统中migip核配置成两个位宽为64bit的双向端口，一个端口用于写数据，一个端口用于读数据。在migip核的前端和后端分别加入一个写数据fifo和读数据fifo，对于调用此缓存模块的逻辑来说，就相当于一个大容量的fifo。在migip核内部，采用乒乓操作的方式来提高缓存效率，在缓存的过程中，将4gbit容量的存储区域分为n个区域，每个区域的容量为一帧视频数据的容量，在写入过程中，先将数据写入第1区域，第1区域写满后开始写下一区域(为第2区域，写下一区域时确保该区域数据为空)，此时就可以读取第1区域的数据，第1区域读完再读下一区域(为第2区域，在读下一区域时确保该区域数据已满)数据，依此顺序循环读写，完成乒乓操作。这种缓存方式可极大提高视频数据缓存效率，有效解决高速大容量数据的缓存问题，一帧视频数据连续且不会出现数据交叉的情况(地址不会交叉)，避免了视频显示的拖影现象。

所述微控制器模块采用采用芯片型号为spce061a的微处理器。经过实际测试，该系统具有较强的网络通信能力、高实时性、通信快速可靠的特点，具有很高的实用价值。

spce061a微处理器是凌阳科技公司所生产的16位μ'nsptm微处理器，内部采用总线结构。主要参数有：工作电压(cpu)vdd为2.4～3.6v，(i/o)vddh为2.4～5.5v；时钟：0.32～49.152mhz；内置2kbsram和32kbflash；2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位dac(数/模转换)输出通道；32位i/o位通用可编程输入/输出端口；14个中断源可来自定时器a/b时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，具有低电压复位(lvr)功能和低电压监测(lvd)功能，内置在线仿真电路ice接口，具有保密能力，具有watchdog功能，μ'nsptm的指令系统提供具有较高运算速度的16位×16位乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了dsp功能。

spce061a具有很高的计算速度，这对于实时操作系统是极为重要的。对于spce061a，传统的微处理器硬件和软件的开发已被简化，不再需要在线仿真。其spce061a大容量flash及sram，内建以太网接口，可直接通过网络实现监控；具备uart接口，可使各种串行设备快速进行网络连接。spce061a微处理器的软件开发平台ice集编程、编译、链接、调试、下载于一体，并有完善的tcp/ip协议栈，支持全功能uart通信，配备各种i/o驱动函数库。

本系统使用的是西门子公司的tc35系列gsm芯片tc35i与gsm2/2兼容、双频(gsm900/gsm1800)、rs232数据接口，tc35i由供电模块(asic)、闪存、zif连接器、天线接口等六部分组成。该模块及射频电路和基带与一体，向用户提供标准的at命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。