文物监控系统方案设计(参考示范).docx

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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贵重遗产，也是人类生存环境的重要组成局部,具有历史、艺术、科学价值和不行再生性,保护文物关系到国家和民族利益，也关系到宽阔公众的个人利益。随着科学技术日月异的进展，一些利益熏心的不法分子开头向文物伸出了黑手，他们的作案设备越来越先进，作案手段越来越超群。面对文物的损失和流失，文物安全防范系统应当乐观实行措施，做到防患于未然。不过目前国内绝大局部馆藏文物以及遗址、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

2、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、破坏及延迟犯罪行为等功能。要为打击刑事犯罪制造条件，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。尽可能将入侵行为掌握在防护目标之外或限制在最小范围内。本监控系统承受低功耗、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、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，供用户进展分析、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

3、。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，将为使用者供给极大的便利，并能很大程度上节约资源，降低本钱，提高效率。1.2 背景技术随着电子技术及通信技术的进展，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、接口类型越来越简单，现有检测仪器设备落后，费用高，监测简单且耗时长。本工程通过埋在监测位置地下的基于电流环的微震惊感知单元采集单元四周区域的 震惊信息，由专用微信号处理硬件和软件分析后得到震惊感知单元四周区域的震惊并输出相应电信号波形信息，通过现场工

4、业掌握计算机进展波形分析和解析，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、信号波形分析等学问点。在监控系统终端供给了一种基于Android 平台的手持终端设备，以提高监测、评估的效率、牢靠性、敏捷性、智能性。该设备使用Wi-Fi 无线通信技术来猎取前端数据，对数据信息进展掌握和处理，并在此根底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、牢靠、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A

5、ndriod 平台手持终端设备。2.硬件原理图:手持终端设备视频采集设备CPU传输线缆调理电路检波器数据采集卡传送到掌握中心音频采集设备图 1 硬件原理图(1)掌握中心掌握中心硬件主要是由工业掌握计算机和信号采集卡组成。工业掌握计算机通过对数据采集卡 PCI-1713 的掌握来实时的猎取现场信号，并对所采集的信号进展二次处理，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，掌握中心进展推断并对特别信号进展报警。本方案的掌握计算机承受APOLLO150LT 宽温加固式便携机，CPU 承受IntelCeleron、内存/硬盘为 SDRAMDDR/EID

6、ESCSI、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区分率为 1024768 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2560、工作相对湿度 2090。全金属外壳，高强度铝合金构造，机箱四角独特的防震惊橡胶垫，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。数据采集与掌握系统是在硬件板卡

7、/远程采集模块的根底上借助软件来掌握整个系统的工作，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承受 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 转换区分率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局部组成。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展放大、变换、滤波等处理，视频和音频

8、采集设备对现场状况进展监控， 便于掌握中心做出更好的推断。1本方案承受河北赛赛尔俊峰物探装备的SG-10 检波器， 其主要参数如下：失真度0.075%(015)假频(Hz)240自然频率(Hz)102.5%(015)开路阻尼 0.685%阻尼常数(Hz)4925灵敏度(V/m/sec)22.82.5%线圈电阻()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-4090 2调理电路所承受周密仪用放大器INA114该系统调理电路中承受外接滑动

9、变阻器的前置放大器 INA114，将信号增益值在 110000 之间任意放大，益于信号波形的观看及分析处理。INA114 是一种通用仪用放大器，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40V，失调电压低50uA,漂移小0.25uA/，共模抑制比高G=1000 是为 50dB，用激光进展调整，可以在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 3mA。INA114 承受 8 引脚塑料封装或 SQL-16 外表封装贴件，使用温度为-40+80

10、。INA114 的主要电气参数： 电源电压：18V输入电压范围:40V工作温度：40125 存储温度：40125 节点温度：150引脚温度(软焊，10s)：300INA114 周密仪用放大器精度高、增益范围大、性能优良、价格低廉格外适合于周密仪器的使用。3A1205S-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 转换器等数字电路或要求不高的模拟电路。其工作温度：4085；输出额定功率：12W(可依据用户需要调整)：

11、定电压输入：(5V,12V,24V)；非稳压输出：(5V,12V,15V)此电源性能稳定，牢靠性高。(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 内核的低本钱、低功耗、高性能微处理器解决方案，承受64/32-bit 内部总线架构，内部集成多个功能强大的硬件。S3C6410 的外部存储器接口力量极佳，能够满足And

12、riod 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短距离无线通信操作模日块志，再辅数据以通显信示应数用据程库序存界储面的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FLASH。系统界面应用程序框架历史数据查询1.2 软件设计软件系统承受WindowsXAPPI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 VisualStudio2022 在串口通信和数据采集编程的根底上进展设计开发W。in系dow统s系手X统P 持平台终端设备承受

13、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掌握中心的设计中，为保证操作简洁且能够便利直观地读取数据，良好的人机界面设计是必不行少的。该终端的应用程序界面设计中承受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，数据显示界面四大局部，实现该系统操作界面的具体步骤如下：翻开Android 工程里的reslayout 名目，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 Line

14、arLayout 和 RelativeLayou 进展布局，调整android:layout_width、android:layout_height、android:background、android:padding、android:orientation、android:gravity 等参数值， 以到达满足的整体布局效果。然后在ViewGroup 布局中添加 View 控件： textview 、 button ， 依据实际需要调整各控件的 android:id 、android:layout_height 、 android:layout_width 、 android:text 、a

15、ndroid: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展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：实际上就是承受系统供给的时钟在毫秒级的准确等级上， 通过对存放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：使用中断传输方式，你需要编写中断效劳程序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 转换完毕后，EOC 信号都会产生一个硬件中断，然后由中断效劳程序(ISR)完成数据传输。在使用

16、中断传输方式时，必需制定中断级别。DMA 数据传输方式：尽管应用比较简单，但由于不需要 CPU 的参与DMA(DirectMemoryAccess)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 方式传输方式时必需指定DMA 级别，需要对板卡上的 DMA 掌握存放器操作，并且对Intel8237DMA 掌握其进展操作，因此，猛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以下图所说示： 图 4 运行界面3. 数据通信(1) 串口通信模块 1串口通信编程思想2串口通信协议串口通信程序中为什么要编制通信协议呢？为什么要进展数据处理？答复：为

17、了按规定格式发送用户所需要数据，并且从接收到的数据中提取出所需的信息。用户层的通信协议的编制必需遵循的根本原则：1) 数据包必需有包头：包头是供接收方推断一个数据包开头传输的重要标志，接收方从承受到得数据中推断接收到了包头，就认为承受的数据已经开头，真正的数据信息马上就会到达。包头字符必需有别于数据信息， 这种特征是数据包中其他数据没有的，否则就会引起混乱。2) 非定长数据包必需有包尾。所谓非定长，是指没有指明数据报的长度。对于非定长的数据包，承受方只能依据包尾标志推断数据包是否完毕。同包头一样，包尾字符也应当是有别于数据信息，这种特征是数据包中其它数据没有的，否则也会引起混乱。3) 定长数据

18、包应当指明长度。对于长度不变的数据包，数据长度可以事先商定，也可以在数据包中的商定位置定义；对于长度可变的数据包， 则必需每次在数据包中的指定位置说明。4) 一般应当对数据进展校验。串口通信底层协议已经设置了奇偶校验方式，在用户层参加校验，可以对数据进展进一步的排错，更好的保证数据的正确性，由于在重要的场合，数据出错可能引发严峻的后果。(2) Wi-Fi 模块Wi-Fi 全称WirelessFidelity，又称 802.11b 标准，它的最大优点是传输速度较高，可以到达1Mbps；另外它的有效距离也很长，同时也与已有的各种 802.11DSSS 设备兼容。Wi-Fi 是一个无线网络通信技术的

19、品牌， 由Wi-Fi 联盟拥有。以下是Wi-Fi 的类和接口，实现一些常见的操作： 1)ScanResult主要用来描述已检测出的接入点，包括接入点的地址、接入点的名称、身份认证、频率、信号强度等信息。2WifiConfigurationWiFi 网络的配置，包括安全配置等。3WiFiInfoWiFi 无线连接的描述，包括接入点、网络连接状态、隐蔽的接入点、IP 地址、连接速度、MAC 地址、网络ID、信号强度等信息。4WiFiManager供给了治理WiFi 连接的大局部API，它主要包括以下内容：已经配置好的网络的清单。这个清单可以查看和修改，而且可以修改个别记录的属性。当活动中有活动的W

20、i-Fi 网络时，可以建立或者关闭这个链接，而且可以查询有关网络状态的动态信息。对接入点的扫描结果包含足够的信息来解决需要与什么接入点建立连接。还定义了很多常量来表示Wi-Fi 状态的转变。由于 Wi-Fi 的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的免费频段，因此 WLAN 无限设备供给了一个世界范围内可用的、费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。用户可以在 Wi-Fi 掩盖区域内快速扫瞄网页，随时随地的接听、拨打 。由于 Wi-Fi 在国内掩盖范围越来越广泛， 所以无论我们身处何地都可以尽情的使用我们的掌上设备，便利快捷的网上冲浪了。(3) Socket 编程模块Socket 网络编程有

21、两种主要的操作方式：面对连接的和无连接的。面对连接的Socket(TCP 协议)操作就像一部 ，必需建立一个连接和呼叫。全部的命令到达时的挨次与它们动身时的挨次是一样的,它的牢靠性比较强但是效率相对无连接的较低。无连接的 Socket(UDP 协议)操作就像是一个邮件投递，没有什么保证，多个邮件到达时的挨次可能与动身时的挨次不一样，此操作是快速的高效的，但是数据安全性不佳。创立效劳器中继器端的步骤： 1)指定端口实例化一个Serversocket；2)调用Serversocket 的accept以在等待连接期间造成堵塞； 3)猎取位于该底层Socket 的流以进展读写操作；4)将数据封装成流；

22、 5)对Socket 进展读写； 6)关闭翻开的流。创立客户端手持终端的步骤：1) 通过IP 地址和端口号实例化Socket 恳求连接效劳器；2) 猎取Socket 上的流以进展读写；3) 把流包装进BufferredRead/PrintWriter 的实例； 4)对Socket 进展读写；5)关闭翻开的流。4. 数据库模块SQLite，是一款轻型的数据库，遵守 ACID 的关联式数据库治理系统， 它的设计目标是嵌入式的，它占用资源格外的低，在嵌入式设备中，可能只需要几百 K 的内存就够了。它能够支持Windows/Linux/Unix 等主流的操作系统，同时能够跟很多程序语言相结合，比方 T

23、cl、C#、PHP、Java 等，还有 ODBC 接口，同样比起 Mysql、PostgreSQL 这两款开源世界著名的数据库治理系统来讲，它的处理速度比他们都快。手持终端接收到文物监控系统发送数据后需要在本地对数据进展分 析归类并保存在 SQLite 数据库中，以便后期的调用查询。在该终端的应用程序设计中承受 Android 系统内置的 SQLite 数据库，该数据库供给了添加(insert)、删除(delete)、查询(query)、修改(update)等根本操作。应用程序通过 SQLite 创立私有的数据库以存储简单的构造化数据，在Android 设备中数据库位于/data/data/databases 文件夹。该应用程序设计中，通过调用关心类 SQLiteOpenHelper 来创立、翻开、更和升级数据库。 SQLiteOpenHelper 类的实现由调用其子类： onCreate(SQLiteDatabase),onUpgrade(SQLiteDatabase,int,int) 来 完成，其中 SQLiteDatabase 供给create,delete,executeSQLcommands 等方法来治理和操作SQLite 数据库。