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關鍵詞:云臺;無線傳輸,Mini2440;局域網
中圖分類號:TP277
目前在視頻傳輸系統領域中,有線視頻系統應用廣泛,但有很多缺點,只適用于小范圍的區域。尤其對于一些特殊的勘探場合,很難布線,因此有線視頻傳輸系統受物理布線的限制無法實現。無線視頻傳輸系統卻不受限制,可以克服有線視頻傳輸系統的缺點。同時隨著自動化,通信技術的飛速發展,一種以嵌入式系統為主要處理手段的視頻無線傳輸系統的實現已經成為可能。
隨著信息技術的發展,市場上出現很多基于嵌入式的有線和無線兩種視頻傳輸系統。它們有很多突出的優點:系統提供良好的用戶接口,設置了用戶權限,只有有權限的用戶才能操作或控制該系統;可以用手機瀏覽網頁的方式查看實時視頻畫面。因此基于嵌入式技術的網絡視頻傳輸系統將有很好的發展空間。
1 云臺控制視頻無線傳輸系統的硬件結構
設計的系統由兩個大模塊組合而成:一個是控制攝像頭捕捉足夠大的視頻畫面的云臺控制器,此部分的設計是本論文的重點;另一個是基于Mini2440開發板的視頻無線傳輸模塊,此部分是實現整個系統功能的一個重要輔助工具,也是本系統以后發展、延伸的部分。基于云臺的視頻無線傳輸系統中硬件是實現整個系統功能的關鍵,由以下幾個部分構成:云臺控制器、視頻采集模塊、mini2440微處理器、無線傳輸模塊,GSM開關、手機終端模塊。
1.1 云臺控制器。云臺控制器是基于STC12C5A60S2 單片機設計的一個機體結構,通過單片機控制X軸和Y軸方向的兩個舵機,一個是X軸方向的旋轉,通過延時程序的設置可以以任意速度旋轉;Y軸方向的舵機可分三個檔位,當X軸舵機旋轉一個來回時Y軸方向的舵機才旋轉一個檔位,如此周而復始地旋轉,當X軸旋轉6個來回時Y軸舵機的三個檔位才能循環一次,如此的程序設計是為了云臺上的攝像頭能掃描到足夠大的視頻畫面。
1.2 mini2440微處理器。Mini2440是性價比較高的一款開發板。因采用了穩定性特別強的電源芯片供電,再加上專業的復位電路,使得整體的電路板運行非常穩定。其PCB是采用先進的四層板制板技術,布線合理,整個電路板的信號流非常流暢、完整,符合電路信號原理,而且具有很多先進性,支持基本的操作系統,不僅具有極強的視頻圖像處理功能,還有豐富的硬件資源。
1.3 視頻采集模塊。數字攝像頭可以直接捕捉視頻圖像,然后傳送到計算機里儲存或進一步的處理。本文涉及到視頻采集模塊是一款USB攝像頭。
1.4 無線傳輸模塊。本次設計是通過網頁瀏覽的方式將攝像頭捕捉到的視頻圖像經過友善之臂開發板進行處理后經過一個由路由器組建的局域網內實現視頻數據無線傳輸。在本次設計中選擇TP-LINK無線路由器作為無線傳輸模塊來搭建本次設計所用到的一個局域網。TP-LINK無線路由器有很多優點,適合于本次設計的視頻數據傳輸要求。
1.5 GSM開關。整個系統中控制攝像頭掃描范圍的云臺控制器是通過單片機控制兩個平面的舵機轉角來實現攝像頭的畫面捕捉范圍的。云臺控制器耗電量比較大,而且長時間運行會縮短舵機的壽命,所以需要一種開關來控制云臺控制器的開通與關斷,所以對一個GSM開關進行了改裝,從而實現了在任何一個位置,任何一個時間都可以控制云臺控制器的開通與關斷。查看視頻畫面掃不到的范圍時才打開云臺控制器運行,否則就關掉,這樣不僅節省電能,還能做到延長云臺控制器的壽命。
2 云臺控制器的設計
2.1 云臺機體設計。云臺是為了能使其上面搭載的攝像頭掃描到的范圍更廣泛而設計的。它的機械結構一般有兩個自由度即可,一般是指在水平方向即X軸和垂直方向即Y軸即可滿足要求。
2.2 云臺控制電路的設計。云臺電路結構如下圖1所示,本次云臺共用2路舵機,但考慮到某些端口發生故障而影響研究進程,再考慮到節約資源,避免浪費,此主控板可以對以后的擴展有所幫助,所以我預留了20個接口,主控板共有22路舵機接口,并且在云臺主控板上預留了其他傳感器接口,可以進行一些附加功能的擴展。
圖1 云臺電路結構
2.3 云臺動作程序。程序分兩個子程序:一個是單片機初始化子程序,另一個是云臺動作規劃控制程序。其中云臺動作規劃控制程序又分兩個動作,一個是X軸方向的旋轉,通過延時程序的設置可以以任意速度旋轉,Y軸方向的舵機可分三個檔位,當X軸舵機旋轉一個來回時Y軸方向的舵機才旋轉一個檔位,如此周而復始地旋轉,當X軸旋轉6個來回時Y軸舵機的三個檔位才能循環一次,如此的程序設計是為了云臺上的攝像頭能掃描到足夠大的視頻畫面。
3 視頻無線傳輸的實現
3.1 視頻的無線傳輸。隨著科學技術的不斷發展,各種無線設備如同雨后春筍,得到了很廣泛的應用。在本次論文設計中我主要采用目前技術比較成熟的無線局域網技術,無線局域網的通信標準是802.11a/b/g。通過無線路由器搭建一個局域網,使用TCP/IP協議再將攝像頭采集到的視頻數據經過Mini2440開發板處理后通過局域網可以查看到動態的視頻畫面。
3.2 視頻數據壓縮處理程序的實現。在本次設計中視頻數據的采集及壓縮處理程序是Mini2440-bin,可以與本次論文所選用的攝像頭驅動程序很好地匹配使用。此程序可實現的是實時視頻數據的傳輸,不需要用大量的存儲空間去保存大量的視頻數據,這也是本次畢業論文所設計系統區別與監控錄像的地方。
然后可以通過智能安卓系統的手機在終端通過瀏覽網頁的方式查看實時的視頻畫面,同時也通過手機撥通GSM開關的方法來控制云臺的開通與關斷,即可以用手機查看實時畫面的同時也可以靈活的無線控制云臺輕松得到自己想要看到的視頻畫面角度。
3.3 手機查看視頻畫面。前期的設計和調試工作完成后,就可以通過手機查看系統傳輸的實時畫面。打開手機的瀏覽器,鍵入系統的IP地址,可以在手機上顯示動態的視頻畫面,同時還可以通過手機控制云臺的開通與關斷,從而得到自己想看的畫面角度,找好位置后可以通過手機發送指令關掉云臺,這樣可以節省電能。
4 結論
本次論文設計運用自動控制技術和信息通信技術的一些成熟的技術作為理論依據,成功地完成了基于云臺控制的視頻無線傳輸系統的設計工作。因為在設計云臺控制器主控板時預留了很多傳感器輸入,并且主控板還可以控制20路舵機,所以可以在系統上加一個濕度檢測傳感器,通過濕度檢測傳感器檢測雨點,同時驅動另幾路舵機來控制遮雨裝置工作,保護整個系統不會受雨水淋濕,這樣系統的安裝位置就不受環境限制了,不僅可以用在室內,還可以用在戶外。如此改裝,完善后我們可以將本系統用在實驗室,老師可以隨時隨地查看學生的做實驗狀況。經過長時間運行測試,系統工作穩定可靠,對于畫面運動變化檢測靈敏,能夠滿足一般用途的視頻防盜監控的需要。同時系統價格低廉,可以根據不同的應用改變智能監控算法,具有廣泛的應用前景。
參考文獻:
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[3]石曉棟,李全虎.嵌入式實時視頻傳輸系統的設計與實現[D].呼和浩特:內蒙古大學,2012.
關鍵詞:軟件工程;專業特色;核心競爭力;實踐創新能力
0、引言
國際上傳統的以計算機裝置為信息處理平臺的計算機學科(Computer)已上升、發展、凝練為更為寬泛的計算學科(Computing),其五大子學科領域分別為計算機科學(CS)、計算機工程(CE)、軟件工程(SE)、信息系統(IS)和信息技術(IT)。我國高等教育中的計算機科學與技術專業基本符合計算機科學的能力培養要求,研究生階段的計算機體系結構專業、計算機應用專業則分別對應計算機工程和信息系統、信息技術。軟件工程作為與計算機科學并列的學科地位,已獲得產業和教育界認可,我國也于2011年3月正式將軟件工程批準為一級學科(代碼0835),這標志著軟件工程學科和專業建設進入一個新的歷史時期,迫切需要在此背景下進行專業特質探索和培養模式創新研究。
我國軟件工程本科專業從2001年起陸續在一些綜合性重點大學和理工科院校開設,有力地補充了軟件開發人才缺口,但作為我國高等教育重要組成部分的師范院校在這方面發展相對遲緩,主要原因是師范院校以教師教育為主,一般以人文和理科專業見長,本身工科發展歷史都不長,即使是信息技術類專業,如計算機科學與技術專業,也是在1990年代國家在中小學開設信息技術課程后才普遍設置和發展起來,而軟件工程專業作為和計算機科學并列的學科專業,必然有其區別于計算機科學的特質和人才內涵要求,因此在師范院校軟件工程本科專業建設中如何繼承學校在長期教育信息化方面已形成的比較優勢,辦好、辦精該專業,提高學生工程化軟件開發能力,努力培養、提高其具有軟件工程師素養,系統的研究軟件工程專業的特色定位以增強畢業學生的職業競爭力就顯得尤為重要。
國務院辦公廳于2009年12月31日了《國務院關于推進海南國際旅游島建設發展的若干意見》,將海南國際旅游島建設上升為國家戰略。建設國際旅游島,迫切需要各類高級專門人才,特別是低碳、環保產業,而軟件產業正好契合海南走生態可持續發展戰略的要求。目前海南生態軟件園、三亞創意園、惠普海南項目正進入如火如荼的建設狀態,未來預期需要大量高素質專業軟件從業人員。
海南師范大學作為省重點大學,義不容辭地肩負著為本省培養“留得住、用得上、后勁足”的各類人才的重任,并率先新辦了軟件工程專業。如何利用好海南目前以軟件開發為主的信息服務業大發展的時代背景和外部產業優勢,培養學生創新實踐能力已成為該專業發展不可回避的關鍵問題。只有與時俱進,抓住專業發展難得的外部產業和人才需求機遇,加強與企事業單位的產學研合作和實踐實訓對接,改革教學模式和核心課程體系設置,著力提供優質的、體現核心競爭力的教學資源,才能提高學生的核心競爭力和軟件工程師素質,為本土軟件技術人才培養提供經驗,為生態化、信息化的國際旅游島建設做出高等教育界應有的貢獻。
師范院校作為高等教育重要組成部分,其開展的軟件工程專業研究并不活躍,大多借鑒綜合理工科院校的建設經驗。目前國內主要有杭州師范大學以軟件服務外包為發展方向、沈陽師范大學面向實踐課程體系的改革、一四川師范大學結合師范教育特征的教學體系的構建等為數不多的專業建設研究。
因此,師范院校軟件工程專業特色定位與學生實踐創新能力培養的研究具有十分重要的現實意義,符合教育和產業發展方向,契合時代背景。其實施目的不僅對本省軟件工程人才培養大發展具有指導意義,而且勢必對提高師范院校軟件工程專業建設提供可以借鑒的指導范本和成熟經驗。
1、師范院校軟件工程專業特色定位
核心競爭力體現在本專業學生具有其他專業所不具有的不可替代的特質,是學生馳騁職場的銀彈。從屬于計算大學科的軟件工程專業,與傳統計算機科學與技術專業具有千絲萬縷的聯系,如何把握兩者的內涵和外延,國內外對此已有了不少成熟的探索。傳統計算機專業側重于科學的探究計算本質,并利用發現的規律來發明相關技術方法,從而推動社會信息化;而軟件工程專業關注采用工程化方法實現計算機軟件開發的高效、高性價比、高可控、高用戶體驗質量,核心是標準化的表達方式和規范化的工作步驟。
明白這點后,軟件工程專業的特色就必須落腳于工程師素質培養上,關注軟件工程三要素的知識學習,即方法、過程和工具。同時,特色定位須傳承各個學校的傳統優勢應用領域,如海南師范大學在教育信息化和旅游信息管理方面已有一定的學科基礎和產業優勢。把握軟件工程專業學生的素質培養本質要求,結合開辦學校已形成的比較優勢領域,同時貫徹可持續發展理念,科學制訂教學計劃,而不是人云亦云、盲目跟風,就可以形成該專業的特色,提高學生職業核心競爭力。通過專業特質分析,我們建立以工程素質培養優先的課程體系,并貫穿本科4年的教學。
(1)軟件工程師能力素質的核心主要是工程組織能力、需求分析與軟件建模能力、軟件體系結構設計能力和編程能力。
(2)在參照軟件工程本科教學規范制定的主要教學計劃基礎上,基于我們對上述核心能力重要性的認識,強化上述能力所對應課程的教學實施和學生階段性能力考核。如工程組織能力主要分布于軟件項目管理、軟件工程導論等課程,知識點主要須掌握以項目為組織形式運作軟件的開發、文檔(含標書、工作計劃)寫作、語言溝通交流等。該能力考核應安排在四年級上學期,未合格者將無法進人畢業設計階段。軟件體系結構設計能力重點針對計算機軟件的本質特征(即構造性與易演化性)展開,培養學生如何設計易擴展、易重構、高靈活性的軟件結構及熟練運用常用軟件框架進行開發的素質,安排在三年級下學期考核。
(3)將教育軟件開發或旅游信息系統開發課程作為學生必須選修的課程,安排在三年級下學期,以便學生熟悉所在學校長期擅長的領域,為學生職業發展奠定一定的應用領域基礎。
因此,海南師范大學軟件工程專業特色定位為:結合海南以旅游為主的現代服務業發展要義,傳承本校教育信息化學科優勢,強化工程組織能力、需求分析與軟件建模能力、軟件體系結構設計能力和編程能力的養成,培養具有工程師素養的具有國際視野的軟件工程化管理和技術人才。
只有建立專業核心競爭力考量下的軟件工程師能力培養觀和相應教學安排,抓住專業特質按計劃完成各項能力的階段性考核達標,可基本保證軟件工程專業的特色定位培養,使其素質區別于其他信息學科,具有獨一無二性,增強職業競爭力,推動專業的良性發展。
2、學生實踐創新能力培養
有了專業核心素質培養的觀念認識,創新學生實踐能力建設就顯得尤為重要。我們只有通過課堂實驗領會理論知識點、校內實訓(課程綜合設計)完成能力培養要求、產業實習增強就業體驗,三位一體才能完成學生核心專業素質培養任務。為此,我們從以下幾個方面人手實施學生實踐創新能力的形成,實現軟件工程師各項素質培養落地。
(1)積極組織學生參加全國計算機軟件考試。軟考在規模、內容、實用性上都得到了產業界認同,有利于學生全面掌握專業所需理論和應用知識,以考促學,同時也為學生職業資質和準入提供條件。
(2)分階段嚴格核心能力評價考核,保證學生軟件工程師素質達標;改革考試模式,課程考試方式綜合采用筆試、獨立作業、團隊設計、答辯、文檔評審等多種形式,通過考試方式強化學生建立工程化問題解決方法。
(3)畢業答辯環節以畢業設計為主,取消畢業論文,以設計方案的業界規范化表達、軟件系統的運行可靠性、產品的社會需求程度、項目組織質量等作為學生成績的評判標準,切實提高畢業設計質量。
(4)加強學校特色選修課程的實踐,如在教育軟件開發課程中,讓學生參與學校精品課程平臺和數字化協作系統開發,通過實際教育軟件實訓進一步體會教育理論背景、掌握教學設計等技術在教育信息化中的應用。
(5)高標準建立校內工程實訓室,按業界標準配齊硬件設施,并健全管理制度實行開放式運行,使學生在校內就擁有良好的實驗實訓條件。
(6)充分利用海南省政府每年安排一定的財政資金資助海南服務外包人才培養的政策導向,加強與惠普、海南生態軟件園等企事業的產學研溝通和聯系,選拔部分學生參與惠普海南項目的軟件服務外包培訓與實習工作,增加學生的職業體驗。
(7)持續發展與軟件企業的校企合作,推動學生軟件開發實踐創新能力的提高。海南師范大學軟件工程系通過與深圳易思博信息技術公司緊密合作,引進“軟酷網”實踐教學平臺。其中針對2010級軟件工程專業的軟酷工程實踐實施方案,是在軟酷實踐能力培養體系架構下,結合海南師范大學的人才培養方案,針對2010級具體工程實踐要求,安排160課時的實踐活動,主要通過項目實踐鞏固學生所學的專業核心理論課程,并加強運用;采用案例教學,對知識進行補強,進而進行項目開發;學生通過了解項目管理工具,學習軟件企業文化,掌握編程工具和框架,了解項目的規劃過程、掌握編程的技能,理解UML建模,通過實際的項目開發掌握編碼規范、編程調試、測試方法等技能。結合學生開發的實踐成果,成功組織2010級軟件工程專業見習實訓成果匯報大會,學生們在Android系統手機應用開發和PC平臺JAVA開發方面的實踐成果和創意令人耳目一新,堅定了我們走校企合作、加速培養創新型軟件人才的信心。
(8)定期舉辦科技活動月,以“創新、創意、創業”為主題,通過科技月開展專家講座、計算機設計大賽、創業創意大賽等模式,提高了學生的實踐操作能力;營造出良好的科技文化氛圍。
3、結語