毕业设计（论文）音视频切换器远程监控系统.doc

安徽广播影视职业技术学院 毕业论文（设计） 题目： 音视频切换器远程监控系统 系 部： 信息工程系 班 级： 09-22 专 业： 电子信息工程技术 学 号： 080335201376 学生姓名： 赵倩 导师姓名： 张海琼 2011年 11 月 23 日 安徽广播影视职业技术学院毕业论文（设计）选题审批表学生姓名赵倩专业电子信息工程技术 班级09-22毕业论文（设计）选题名称采用定时器中断进行每计数选题理由及准备情况：选题理由：该系统利用嵌入式WEB服务器，技术先进，颇感兴趣，对我有很大的挑战，也能巩固大学所学的相关专业知识。该系统工作稳定、安全可靠，顺应时代需求，故选此题。准备情况：通过和指导老师的交流，对音视频切换器远程监控系统有了更深层次的了解，并上网查询了该课题的相关资料，再结合所学专业技能，我相信会把该课题做好。指导教师意见：同意该生的选题。指导教师（签字） 年 月 日系主任意见： 系主任（签字） 年 月 日安徽广播影视职业技术学院毕业论文(设计)开题报告论文题目音视频切换器远程监控系统专业通信技术年 级08级学生学号080335201376学生姓名舒丹丹指导教师(职称)张海琼高级工程师填表时间2010.11.23教 务 处 制指导教师基本情况指导教师姓名性别年龄学历或学位专业技术职务或职称工 作 单 位张海琼男46大学高级工程师安徽广播影视职业技术学院1、该研究的动态及意义随着互联网的日益普及，光电设备智能化、数字化的程度不断提高，基于Internet的光电机房设备智能化，则远程监控系统逐渐成为一种发展趋势。依据嵌入式技术的发展和机房设备的现状，研制一种将微处理器、存储器、网络芯片以及嵌入式网页服务器等子系统集成一体，具有智能化，网络化，模块化，可靠性高成本低廉以及维护简单等特点的设备远程监控系统具有重要意义。2、该研究的简要内容，拟重点解决的问题，预期结果或成果简要内容：依据一款应用于广播电视系统，图像通信系统类于VAS8001的视音频矩阵切换器的使用状况要求，在其监控系统设计中增加一个嵌入式设备数据测控模块通过现场总线与嵌入式Web服务器相连，并以RS232串口与VAS8001视音频矩阵切换器进行数据通信。需解决的问题：要实现以下几个方面的监测内容。1. 监测功能需要通过模拟量检测和开关量检测，如，通过室内温度，或室内门窗开关状态等来检测；2. 远程控制主要通过VAS-8001音视频切换器以及其它设备开关量输出控制，并使用物理量及其动态的显示出来；预期结果：掌握音视频切换器远程监控系统工作原理，如期完成毕业论文。3、拟采取的研究方法或实验方法、步骤，可能出现的技术问题及解决办法研究方法：嵌入式Web服务器通过通信端口或现场总线与本地机房设备和环境数据采集设备直接相连，并将接收到的数据经过分析、处理后通过TCP/IP协议将其连接到以太网上。客户端监控主机则通过Web浏览器在网络上实时地监控现场信号的动态变化，从而实现远程监控的目标。可能出现技术的问题：可能会造成服务器的运行负荷。系统通过Java Applet平衡了服务器端与浏览器端的负载状况，将一部分从前在服务器上工作分给了浏览器，降低了服务器的运行负荷。4、主要参考文献和资料1、C8051FXXX高速SOC单片机原理及应用M 潘琢金 施国君 编著 北京航空航天大学出版社 2002年5月 2、嵌入式系统技术与应用M 许海燕 付炎 机械工业出版社 2002年4月3、Java网络高级编程 金勇华 曲俊生等编著 人民邮电出版社 2001年4月 4、C8051F系列单片机开发与C语言编程 童长飞 北京航空航天大学出版社 2005年2月5、指导老师意见同意开题，希望认真学习嵌入式技术相关资料，争取如期完成毕业论文。指导教师（签字） 年 月 日教研室意见教研室主任：年 月 日系部意见系部负责人：年 月 日毕业论文（设计）指导情况记录表指导教师对学生论文指导过程记录阶段指导意见(包括存在的问题和改进措施）指导教师签名第一阶段指导（布置任务、提出设计或论文具体要求、审查学生的开题报告、写作提纲）指导时间：2010年11月28日指导意见：1.同意开题。2.认真学习嵌入式技术相关资料。3.仔细研究VAS8001视音频矩阵切换器通信协议。4.按照学院论文要求，规范论文写作过程。5.按照信息工程系毕业论文时间安排要求，定于12月9日前完成初稿。第二阶段指导（审查学生的设计或论文初稿）指导时间：2010年12月10日指导意见：1.论文初稿深度不够，主题不明确。需要进一步学习基于嵌入式Web远程监控系统的工作原理。2.参观学院电视台远程监控系统，增加感性认识。3.参照学院论文要求，进一步规范论文写作格式。第三阶段指导（审查学生的设计或论文修改稿）指导时间：2010年12月28日指导意见：1.论文经局部修改校对之后可以定稿。2.准备论文打印稿（二份）、电子文档和答辩用PPT。3.等待通知，做好答辩准备工作。 音视频切换器远程监控系统作者：舒丹丹指导教师： 张海琼 安徽广播影视职业技术学院信息工程系中国合肥2300112010年 12 月音视频切换器远程监控系统舒丹丹 （安徽广播影视职业技术学院 信息工程系 合肥 230011）摘 要：随着嵌入式技术、网络技术和监控技术的发展，基于嵌入式web的远程监控系统在广电机房设备监控系统领域中将得到越来越广泛的应用。嵌入式系统的本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。基于嵌入式web的远程监控是在远程监控的基础上有融合了web和嵌入式技术，可提供比传统远程监控更为强大的功能，将成为今后远程监控技术发展的主流方向。本毕业设计是根据安广院电视台机房远程监控系统的项目开发学习经历，选用C8051F120高速单片机和CP2200单芯片以太网控制器构成嵌入式web服务器，采用http及Java applet编写动态网页，实现了VAS-8001音视频切换器远程监控系统的设计。关键词：嵌入式WEB技术；远程监控；VAS-8001音视频切换器 目 录一、引言.4二、VAS-8001音视频切换器产品特性及应用.4三、VAS-8001音视频切换器远程监控系统设计.51、系统原理简介.52、系统硬件设计.63、系统软件设计74、系统实现功能.7四、小结.8五、参考文献.9致谢. .10一、引言近年来，随着嵌入式技术的发展，根据广播电视机房设备目前的状况，具有智能化、网络化、模块化、可靠性高、成本低廉以及维护简单等特点的基于嵌入式WEB的音视频矩阵切换器远程监控系统是被迫切需求的。那么如何做到“无人值班，有人留守”的现代化管理模式的技术呢？这就需要用到嵌入式远程监控系统，通过对声音和视频的切换检测到机房环境状况。以往常用的机房设备环境监控系统，是由设在监控中心和各机房内的机房环境监控装置、以及用户提供的通信通道组成的网络系统。组网方式采用C/S（客户机/服务器）构架，是一种典型的“瘦服务器/肥客户机”的模式。其缺点是部署困难，除了要安装服务器软件外，对每台客户机都要安装客户软件的一份拷贝。满足不了客户端跨平台的要求，管理、维修费用高、难度大。随着网络技术的发展，B/S（浏览器/服务器）的应用方式已成为一种潮流，VAS8001机房设备环境以太网监控系统是一种基于嵌入式Web的机房环境实时监控系统。用户工作界面是在WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端实现，但主要事务逻辑在服务器前端实现，是一种“肥服务器/瘦客户机”的模式。这样就大大简化了客户端电脑负荷，省去了专用客户端管理软件，实现对接入到网络中各种设备的统一管理。该系统彻底改变了以往传统监控系统必须在固定的总控中心操作的弊端，监控人员可以灵活机动、随时随地通过现有的公共通信网络，不受地域限制，使用标准的Web浏览器作为接口直接访问嵌入在机房环境监控装置控制设备上的Web服务器，实现对网络中各个节点现场设备的数据采集、远程监控、诊断与维护。此监控模式是一个大转折，突破了地点、空间和人数上的限制，最大限度的发挥了监控系统的可用性、灵活性等优点。二、VAS-8001音视频切换器产品特性及应用音、视频矩阵切换器是广播电视播出机房的重要设备，所谓矩阵一般指在多路输入的情况下有多路输出的选择形成的一种矩阵结构。北京京岛田电子技术有限公司生产的VAS8001视音频矩阵切换器具有对8路视音频输入信号进行选择，输出任意1路视音频信号的功能，每路视、音频信号均有二路分配输出。被广泛地应用于广播电视系统、工业/保安监控系统、电教系统、卡拉OK系统等的音视频信号切换。l 本品采用了单片机控制，实现了逆程状态下进行切换，大大减小了切换时的抖动现象。l 可以通过仪器面板上的铵键开关进行单独控制。亦可通过RS-232口在计算机上进行远程控制。l 用户还可按照自己需要的设置进行定时插播、同时插播、界面锁定、时钟日期显示等。l 切换器与计算机之间实现了双向传输功能，计算机可以实时监视和控制切换器的工作状态。l 输入指示功能，当有输入信号进入切换器时，切换器该路指示灯亮，且计算机此路指示灯颜色改变。l 每路输出信号都提供二路分配输出，解决了用户需要外加视音频分配器的烦恼。l 具有掉电记忆功能。遇到断电或关机，重开机时切换器保持原状态。三、VAS-8001音视频切换器远程监控系统设计1、系统原理简介嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，以微处理器或微控制器为核心的专用计算机系统。嵌入式系统与Internet技术相结合，采用B/S（浏览器/服务器）架构应用方式形成的嵌入式Web技术是近几年随着计算机网络的普及而发展起来的一项新兴技术。基于嵌入式Web技术的机房设备环境实时监控系统是指将嵌入式Web 服务器嵌入到机房设备和机房环境监控装置中，在相应的硬件平台和软件系统的支持下将机房设备参数和机房环境量的数据发送至互联网上共享，为Internet或局域网用户提供基于Web 的图形化管理接口，从而省去了专用客户端管理软件，实现对接入到网络中各种设备的统一管理。基于嵌入式Web技术的音、视频矩阵切换器实时监控系统的核心是嵌入式Web服务器，嵌入式Web服务器由微处理器MCU和以太网接口控制器芯片组成的硬件平台与由数据采集程序、TCP/IP协议栈和HTTP服务器程序组成的软件系统相结合的体系来实现的。基于嵌入式Web技术的音、视频矩阵切换器实时监控系统设计的总体思路是嵌入式Web服务器通过通信端口或现场总线与本地机房设备和环境数据采集设备直接相连，并将接收到的数据经过分析、处理后通过TCP/IP协议将其连接到以太网上。客户端监控主机则通过Web浏览器在网络上实时地监控现场信号的动态变化，从而实现远程监控的目标。VAS-8001音视频切换器远程监控系统原理框图如图1所示：图1 VAS-8001音视频切换器远程监控系统原理框图2、系统的硬件设计基于嵌入式Web技术的VAS-8001音视频切换器远程监控系统的硬件平台主要由嵌入式Web服务器和接口电路组成。嵌入式Web服务器采用Silicon Laboratories公司的高速单片机C8051F120作为中央处理单元。网络协议转换器采用CP2200单芯片以太网控制器。嵌入式控制器C8051F系列单片机是集成的混合信号片上系统SOC（System on chip），具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。C8051F创造了将8位MCU的性能提高到100MIPS的历史，这一性能甚至不少16位MCU都达不到。CP2200是集成了IEEE 802.3以太网媒体访问控制器（MAC）、10Base-T物理层（PHY）和8KB非易失性FLASH存储器的单芯片以太网控制器。片内FLASH存储器可用于存储用户常数、Web服务器内容或作为通用非易失性存储器。FLASH存储器的最后6个存储单元已在出厂前被预先写入了一个唯一的48位MAC地址。CP2200采用精巧的5 × 5毫米封装，能在-40到+85工业级温度范围内正常工作。根据VAS8001视音频矩阵切换器通信协议以及使用状况要求，在其监控系统设计中增加一个嵌入式设备数据测控模块通过现场总线与嵌入式Web服务器相连，并以RS232串口与VAS8001视音频矩阵切换器进行数据通信。嵌入式设备数据测控模块主要功能是通过对VAS-8001音视频切换器通信协议的编解码以完成嵌入式Web服务器对VAS-8001音视频切换器的监测与控制功能。3、系统软件设计基于嵌入式Web技术的VAS-8001音视频切换器远程监控系统软件结构采用浏览器/服务器（B/S ）和客户端与服务器端（C/S）相结合的架构，客户端可使用Microsoft internet explorer浏览器，服务器采用基于CMX-MICRONET的TCP/IP协议栈实现HTTP Web服务。远程测控功能通过CGI（通用网关接口）程序实现。即客户端通过HTTP协议发出请求，该请求到达Web服务器后执行相应的CGI程序采集数据并将结果发回客户。图像、声音及动画等多媒体数据的处理是通过嵌入在页面中的Java Applet程序来实现交互功能。客户端程序采用Java Applet技术增强浏览器的功能，实现动态数据的实时浏览。客户端的IE浏览器通过B/S 方式访问Web 服务器上的网页数据时，网页中Java Applet能够被传送到浏览器并且在浏览器所在的本地机上运行。事实上，在Java applet 中的socket通信是一个典型的C/S访问方式。系统通过Java Applet平衡了服务器端与浏览器端的负载状况，将一部分从前在服务器上工作分给了浏览器，降低了服务器的运行负荷。4、系统实现功能根据机房监控对象的要求，本系统主要实现了以下几个方面的监控功能：监测功能分为模拟量检测和开关量检测两个部分，其中模拟量检测包括室内温度、VAS-8001音视频切换器输出的音频和视频分量幅度的检测；开关量检测包括VAS-8001音视频切换器和室内门、窗开关状态等环境量的检测。远程控制功能主要有VAS-8001音视频切换器以及其它机房设备管理等开关量输出控制。并用嵌入在网页中的Java Applet程序将上述各类物理量用声音及动画及时动态地显示出来；数据采集和报警刷新周期小于0.5s。VAS-8001音视频切换器远程监控系统登录界面与监控界面如图2所示：图2 VAS-8001音视频切换器远程监控系统监控界面基于系统安全性考虑，身份验证是必不可少的。用户进入系统主登录界面后，并不能直接对系统进行监控，必须要经过两层系统身份验证，采用的方法是通过窗体验证监测密码和控制密码来实现对不同用户的授权管理。该系统完全摆脱了传统监控模式在地点、空间和人数上的限制，监控人员可以灵活机动、随时随地通过现有的公共通信网络，在本地PC上使用标准的IE浏览器作为接口直接访问嵌入在VAS8001视音频矩阵切换器上的Web服务器，实现对视音频矩阵切换器的数据采集、远程监控功能。最大限度发挥了监控系统的可用性、灵活性。四、小结这段时间，通过老师对我的指导及我个人在此期间进行的学习，特别是实际参观了我院有线电视台机房远程监控系统后，我对音视频远程监控系统从陌生到渐渐熟悉，初步了解了其原理、技术以及应用。在完成论文期间我翻阅了C8051FXXX高速SOC单片机原理及应用等大量的相关书籍， 通过此次毕业设计我学会了收集技术资料，查阅各类相关技术标准，参考其他设计方案等书写论文的办法，使我有机会把自己所学知识和几年来培养的学习能力有一个升华提高。因为时间和我个人能力有限，对此系统仍在学习和摸索中，其中存在许多不足，如监测对象单一化、数据安全等问题没有得到理想的解决，这将是我在以后的工作学习中继续加以思考和研究的方向。对此，我对音视频切换器有了简单的理解，机房监控系统对环境量检测的信号可以划分为两类：模拟量与数字量；根据机房现有条件其中又可以将两类细分为，模拟量有：温度、烟雾、声波等检测；数字量包括：门窗状态、有无人员进入、电源供电状态等。同样根据实际检测情况以及场所的重要性，可以对相应的检测量进行增减。五、参考文献1许海燕 付炎 嵌入式系统技术与应用M机械工业出版社 20022田泽 嵌入式系统开发与应用 M 北京航空航天大学出版社 2005.13李玉梅 基于MCS-51系列单片机原理的应用设计M国防工业出版社 2006 4 Wayne Wolf 嵌入式计算系统设计原理 M 机械工业出版社 20025潘琢金 施国君C8051FXXX高速SOC单片机原理及应用M北京航空航天大学出版社 2002致 谢我的这篇毕业论文的完成，首先要感谢我的指导老师张海琼，他无论是在资料整理上还是在论文的撰写上等各个方面都给予了大量的指导和帮助，令我不但完成论文，也学到了书本上所学不到的知识。受益匪浅，特致以深深的感谢。张老师渊博的知识、宽广无私的胸怀、夜以继日的工作态度、对事业的执著追求、诲人不倦的教师风范和对问题的敏锐观察力，都将使我毕生受益。没有他的帮助我是很难按时完成的，非常感谢老师，一直帮我指导该课题的重要设计部分。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血，再次感谢我的老师！当然，本论文的顺利完成，也离不开各位老师、同学和朋友的关心，帮助。在三年的学习期间使我了解没有他们的帮助和支持，是没办法完成我的论文的。从开始写作至论文最终定稿，总共花费了我一个月以来所有的业余时间。虽说在繁忙的学习之余，要完成这样一篇的论文，的确是一件不轻松的事情，但我内心深处却满含深深的感激之情。感谢学校领导为我们提供了这次的学习机会，感谢20班所有的任课老师，感谢班主任老师梁忠义，是你们让我能够静静的坐下来，在知识的海洋里吸取更多的营养，从而能够为自己进一步的加油充电。通过对论文的撰写，使我能够更系统、全面的学习有关监控系统的先进前沿理论知识，并得以借鉴众多老师的宝贵经验，这对于我今后的工作和我为之服务的企业，无疑是不可多得的财富。大学三年学习时光接近尾声，在此我想对我的母校表达由衷的谢意。感谢安广院的老师和同学们三年来的关心和鼓励。这次的毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中论文指导老师张老师对我的关心尤为重要。每次遇到难题，我最先做的就是向张老师寻求帮助，而老师每次不管忙或空闲，总会抽空来找我免谈，然后一起商量解决的办法。我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改后期论文格式调整各个环节中都给予了悉心的指导。同时这篇文章的写作也得到了陈新，李玲玉等同学的热情帮助，感谢在整个毕业设计期间与我密切合作的同学。在此，我再一次真诚的想帮助过我的老师和同学表示感谢！感谢培养教育我的安广院，祝学校蒸蒸日上，永创辉煌！毕业论文（设计）答辩和成绩评定情况记录表指导 教师评语该论文选题有一定的学科意义，文章内容有较高的知识含量。观点明确，内容充分，结构完整，格式规范，技术前沿。综上所述，反映出该学生已初步具备综合运用所学电子技术基础理论和专业知识解决VAS-8001音视频切换器远程监控问题的能力。 指导老师： 年 月 日答辩记录记录人： 年 月 日答辩评语 答辩小组主委签名：年 月 日成绩评定100%论 文（设计）撰 写50%论文（设计）答辩50%总 分答辩委员签名备 注得分年 月 日 （公章）