文物监控系统方案设计

1、文物监控系统方案设计1.1 引言文物作为一个国家、一个民族文明程度的有效载体，代表着这个国家 的历史和底蕴，显示着这个民族的渊源和风采。文物古迹是祖先给我们留 下的宝贵遗产，也是人类生存环境的重要组成部分,具有历史、艺术、科 学价值和不可再生性,保护文物关系到国家和民族利益，也关系到广大公 众的个人利益。随着科学技术日新月异的发展，一些利益熏心的不法分子开始向文物 伸出了黑手，他们的作案设备越来越先进，作案手段越来越高明。面对文 物的损失和流失，文物安全防范系统应该积极采取措施，做到防患于未然。 不过目前国内绝大部分馆藏文物以及遗址、陵墓类文物保存环境的监测手 段还是通过半人工测量监测的方法实现的，所以要提高监控系统的性能还 存在相当大的困难。文物安全防范系统应具备防入侵、盗窃、抢劫、破坏及延迟犯罪行为 等功能。要为打击刑事犯罪创造条件，起到提前预警、争取处警时间；延 缓非法活动、缩小被破坏范围；及事后追溯、查证的作用。尽可能将入侵 行为控制在防护目标之外或限制在最小范围内。本监控系统采用低功耗、小体积的传感器节点，以有线通讯方式和主 控系统组成一个网络。综合了传感器技术、嵌入式技术、

2、分布式信息处理 技术和网络通信技术。这些分散的传感器节点能够协作地实施监测、感知和采集各种环境对象的信息，并将信息发送给用户，供用户进行分析、处 理或者通过主控系统将信息发送给远方的观测者。并通过对信号的频谱分 析来区分是否为破坏文物的行为。因此，将本系统应用于文物保护，既可 以解决目前半人工监测带来的诸多不便，同时在使用方面又有着低功耗、 易于安装和配置、维护费用低、造价小、容量大等众多优点，将为使用者 提供极大的方便，并能很大程度上节省资源，降低成本，提高效率。1.2 背景技术随着电子技术及通信技术的发展，监测设备在安全监控、社会生产及 生活领域的应用越来越广泛，监测仪器的种类越来越多、接口类型越来越 复杂，现有检测仪器设备落后，费用高，监测复杂且耗时长。本项目通过 埋在监测位置地下的基于电流环的微震动感知单元采集单元附近区域的 震动信息，由专用微信号处理硬件和软件分析后得到震动感知单元附近区 域的震动并输出相应电信号波形信息，通过现场工业控制计算机进行波形 分析和解析，并推理出信号波形的振动模式为人员移动模式、车辆移动模 式、洛阳铲模式、爆炸模式等，并通过传输通道上报文管所。其中

3、涉及到 网络串口数据通信、数据参数采集及配置、信号波形分析等知识点。在监 控系统终端提供了一种基于Android平台的手持终端设备，以提高监测、 评估的效率、可靠性、灵活性、智能性。该设备使用Vi-Fi无线通信技术 来获取前端数据，对数据信息进行控制和处理，并在此基础上进一步完善 智能监测、数据库系统，建立与智能技术相结合的文物监控。此终端设备 高速、可靠、便于携带，最终实现文物监控的现代化管。1.3 硬件设计1.硬件设备：传感器设备，PCI数据采集卡，基于Andriod平台手持终端设备。2.硬件原理图:手持终端设备/1_ 一视频采集设备输A一 线、一调理电路/I-音频采集设备检波器(1) 控制中心控制中心硬件主要是由工业控制计算机和信号采集卡组成。工业控制 计算机通过对数据采集卡 PCI-1713 的控制来实时的获取现场信号，并对 所采集的信号进行二次处理，来区分行人、自行车、汽车等正常信号和文 物盗窃者所使用的洛阳铲、探铲、撬铲等作案工具信号的不同，控制中心进行判断并对异常信号进行报警。本方案的控制计算机采用APOLLO150LT宽温加固式便携机，CPU采用 IntelCelero

4、n、内存/硬盘为 SDRAMDDR/EIDESCSI、黑色 1.44MB 黑色笔记 本光驱、具有 2 个 USB2.0 接口、2 个串行口、1 个并口、可拆卸的 105 键键盘、配有鼠标、显示器为15.0分辨率为1024X768的高亮度、宽 视角450流明高亮度LCD、电源为AC220V15%1U200W或者250WATX、工 作温度在- 25C60C、工作相对湿度2090%。全金属外壳，高强度 铝合金结构，机箱四角独特的防震动橡胶垫，机箱内部软驱、硬盘减震橡 胶圈更适合在不同恶劣环境条件下使用。内部 8 个全长卡的空间，能最大 限度地满足对空间扩展的需求。可以在任何恶劣环境下安全高效完成您所 需的移动测控任务。数据采集与控制系统是在硬件板卡/远程采集模块的基础上借助软件 来控制整个系统的工作，包括采集原始数据、分析数据、给出结果等本方案的信号采集卡采用PCI数据采集卡PCI-1713，其主要参数如下：32路单端或16路差分模拟量输入，或组合输入方式 12位A/D转换分辨率A/D转换器的采样速率可达100KS/S卡上4096采样FIFO缓冲器2,500VDC 隔离保护每个输入通道的增益

5、可编程支持软件、内部定时器触发或外部触发采样模式(2) 监测点 监测点主要由检波器、调理电路、视频采集设备和音频采集设备等部 分组成。组成框图如下：检波器把物理量转变为电量，通过调理电路对电信号进行放大、变换、滤波等处理，视频和音频采集设备对现场状况进行监控， 便于控制中心做出更好的判断。1) 本方案采用河北赛赛尔俊峰物探装备有限公司的SG-10检波器， 其主要参数如下：失真度W0.075%(0。15 )假频(Hz)$240自然频率(Hz)10土2.5%(0。15 )开路阻尼 0.685%阻尼常数(QHz)4925灵敏度(V/m/sec)22.8 土2.5%线圈电阻(Q)350悬体质量(g)8.4(0.29oz)线圈最大位移(mm) 1.78(0.07in)p-p直径(mm)27.4(1.08in)长度(mm)30.15(1.19in)质量(g)78(2.74oz)工作温度-40C90C2) 调理电路所采用精密仪用放大器INA114该系统调理电路中采用外接滑动变阻器的前置放大器INA114,将信号增益值在 110000 之间任意放大，益于信号波形的观察及分析处理。INA114 是一种通

6、用仪用放大器，尺寸小精度高价格低廉可用于电桥热电偶数据采集RTD传感器和医疗器等。INA114只需一个外部电阻就可 以设置1至10000之间任意增益值，内部输入保护能够长期受土40V,失 调电压低(50uA),漂移小(0.25uA/C),共模抑制比高(G=1000是为50dB), 用激光进行调整，可以在土2.25V的电压下工作，使用电池或5V单电源 系统，静态电流最大为3mAo INA114采用8引脚塑料封装或SQL-16表面 封装贴件，使用温度为-40C+80C。INA114的主要电气参数：电源电压：土 18V输入电压范围：土 40V工作温度：一40C+ 125C存储温度：一40C+ 125C节点温度：+150C引脚温度(软焊，10s)：+300CINA114 精密仪用放大器精度高、增益范围大、性能优良、价格低廉 非常适合于精密仪器的使用。3) A1205S-1W 电源模块该电源模块用于将12V电压转换成前置放大器所需要的5V电压。双 输出DC/DC电源模块适应于输入电压比较稳定，输出电压要求不高的小信 号隔离和直流电压变换等电路，如单片机供电、初级运放电路、AD与DA 转换器等数字

7、电路或要求不高的模拟电路。其工作温度:-40C+85C； 输出额定功率：12W(可根据用户需要调节)：定电压输入：(5V,12V,24V)；非稳压输出：(土5V, 12V, 15V)此电源性能稳定，可靠性高。(3) Android手持终端设备Android要求系统CPU至少为ARM9200MHz才能运行Dalvikjava虚拟 机，该手持终端的设计选择Samsung公司的ARM11S3C6410嵌入式处理器 为核心，其主频为 533MHz/667MHz，最高达 800MHz。S3C6410是基于 16/32-bitRISC内核的低成本、低功耗、高性能微处理器解决方案，采用 64/32-bit内部总线架构，内部集成多个功能强大的硬件加速器oS3C6410 的外部存储器接口能力极佳，能够满足Andriod应用程序的开发需求。文物监测系统中，终端要完成接收数据、处理数据、保存数据、显示 数据等功能。其硬件设计以S3C6410嵌入式处理器为核心，结合Wi-Fi 短距离无线通信模志 再辅以显示应数据库存界面的LCD显示屏，以及USB 接口用以实现其他功能需求。存储单元为SDRAM和LASH。应用

8、程序框架1.2系软件设计FT历史数据查询软件系统采用Winc.owsXP作为操作系统平台，符合用户的操作习惯。应用微软公司的开发工具VsualStudio2005在串口通信和数据采集编程 的基础上进行设计开发。系统手持终端设备采用基于Android操作平台， 在 Eclipse环境下利用 java 语言编程。键盘鼠标输入设备 外部存储设备 串口通信模块1.系统界面文物监测系统控制中心的设计中，为保证操作简单且能够方便直观地读取数据，良好的人机界面设计是必不可少的。该终端的应用程序界面设计中采用对功能菜单的分类来分别设计相应的界面。该监测系统中，终端 应用程序要实现的主要界面有：登陆主界面，主功能选择菜单，下属子菜 单，数据显示界面四大部分，实现该系统操作界面的具体步骤如下：打开 Android 项目里的 reslayout 目录，用 xml 语言来编辑设计程序界面。首先确定界面的布 局，嵌套 ViewGroup 的 LinearLayout 和 RelativeLayou 进行布局，调整 android:layout_width、android:layout_height、androi

9、d:background、 android:padding、android:orientation、android:gravity 等参数值， 以达到满意的整体布局效果。然后在 ViewGroup 布局中添加 View 控件： textview 、 button ， 根 据 实 际 需 要 调 整 各 控 件 的 android:id 、 android:layout_height 、 android:layout_width 、 android:text 、 android:textSize 等参数值。通过调整布局排列，控件位置，字体大小 最终完成对 Android 应用程序 UI 的布局。2数据采集卡编程模块 对数据采集板卡的进行编程使用的方式主要有以下三种：软件触发方 式，中断方式，DMA方式。软件方式：实际上就是采用系统提供的时钟在毫秒级的精确等级上， 通过对寄存器的查询来实现数据采集，由于其采集速度比较慢，因此多用 于低速数据采集场合。中断传输方式：吏用中断传输方式，你需要编写中断服务程序（ISR）, 将板卡上的数据传输到预先定义好的内存变量中，每次A/D转换结束后，EOC信号都会产生一个硬件中断，然后由中断服务程序(ISR)完成数据传 输。在使用中断传输方式时，必须制定中断级别。DMA 数据传输方式：尽管应用比较复杂，但由于不需要 CPU 的参与 DMA(Direc tMemoryAccess)方式特别适合应用于大量数据的高速采集。同 中断方式一样，在使用DMA方式传输方式时必须指定DMA级别，需要对板 卡上的DMA控制寄存器操作，并且对Intel8237DMA控制其进行操作，因 此，强烈建议您使用驱动来实现这种方式。应用DMA数据传输方式实现采集卡编程的运行界面如下图所说示：图 4 运行界

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