CN103413423A

CN103413423A - 基于fpga的低功耗监控系统

Info

Publication number: CN103413423A
Application number: CN2013103176398A
Authority: CN
Inventors: 张才坤; 张堃; 王勋; 熊昊
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明提供了一种基于FPGA的低功耗监控系统，电源模块为FPGA中心控制模块、近距通信模块、远程通信模块、拍照模块和图片压缩模块供电；FPGA中心控制模块管理控制拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块和远程通信模块的工作状态；拍照模块将拍得的图片传输给图片压缩模块进行压缩；压缩的图片通过近距通信模块或远程通信模块传输出去。本发明具有原理简单、可实现性强、成本低、操作方便、功耗低等特点，能够在满足系统工作供电的同时，合理优化电源管理，大大增加续航能力。

Description

基于FPGA的低功耗监控系统

技术领域

本发明涉及一种低功耗监控系统。

背景技术

森林防火系统对于监控林区火灾隐患，防止火灾发生起着重要作用。森林防火系统是在大面积森林中布置监控相机或者摄像机网络，通过对监控区域的拍照或监视并通过无线网络将监控图像或图片传送到监控中心实现对监控区域的防火监控。针对该系统电源供给问题，一种现有解决办法是通过拉线提供外接电源，并实行有线数据传输。虽然这样会提供可靠的电力供给和数据，但是容易导致火灾，而且成本较高；另一种现有方法是采用独立电源和无线传输，这种方法可有效避免第一种方法带来的弊端，但是由于森林面积一般较大并且较为偏远，故而监控布局网络需求较大，导致无线发射功耗较大，而系统配备的电源提供的能量有限，因此，必须隔段时间通过人工更换电源或者为移动电源充电，其操作过程复杂，费工费时。尽管现有移动电源等技术能够提供强大的能量供给，但是不能从根本上解决问题。现多采用太阳能等清洁能源提供长期能源保障，实现对森林防火监控系统的续航供电，但遇到阴雨天气等情况时，系统的能源很难供给上。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于FPGA的低功耗监控系统，通过科学合理地调度各个模块工作状态解决功耗过大的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括FPGA中心控制模块、电源模块、拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块和远程通信模块。

电源模块为FPGA中心控制模块、近距通信模块、远程通信模块、拍照模块和图片压缩模块供电；FPGA中心控制模块管理控制拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块和远程通信模块的工作状态；拍照模块将拍得的图片传输给图片压缩模块进行压缩；压缩的图片通过近距通信模块或远程通信模块传输出去；整个监控系统启动后，FPGA中心控制模块将拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块、远程通信模块转置为休眠状态，在定时工作时FPGA中心控制模块唤醒控制拍照模块进行拍照，再将拍的照片传输给图片压缩模块进行压缩，同时将拍照模块置为休眠状态，压缩完图片后，FPGA中心控制模块将图片压缩模块置为休眠状态，唤醒近距通信检测附近是否有对应的移动设备，如果有，将压缩完的图片经近距通信模块传输给检测到的移动设备，传输完毕后，FPGA中心控制模块将近距通信模块置为休眠状态，否则，FPGA中心控制模块将近距通信模块置为休眠状态，并将远程通信模块唤醒，将压缩的图片经远程通信模块传输出去给防火指挥中心。

所述的远程通信模块和近距通信模块可以由防火控制中心和移动设备来唤醒，并接受外部指令，传输给FPGA中心控制模块进行解析、判断。

本发明的有益效果是：该方法主要包括对各个子模块工作状态的控制方案。子模块工作状态控制包括工作和休眠控制，根据工作要求，FPGA灵活协调各个部分的工作，各个部分将实时工作状态反馈给FPGA，将不工作的部分置于休眠待机状态以节省能源。本发明所提出的方案满足FPGA及各个子模块的正常工作要求并降低供电过程中的能耗。采用FPGA控制电源切换及状态控制具有原理简单、可实现性强、成本低、操作方便、功耗低等特点，能够在满足系统工作供电的同时，合理优化电源管理，大大增加续航能力。本发明充分发挥FPGA控制方面的优势，实现控制系统对各模块的优化调度，大大增加能源紧缺系统的能源利用率，使系统在正常工作的同时降低使用功耗。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本控制系统中包括FPGA中心控制模块、电源模块、拍照模块、照片压缩模块、近程通信模块和远程通信模块六大部分。FPGA控制各功能模块的工作状态；电源部分主要包括备用蓄电池和太阳能电池等；拍照模块由四台相机轮循对林区拍照；压缩模块主要将拍得的照片进行压缩处理和存储；近距通信模块主要作用与巡山人员随身设备完成数据交互；远程通信模块主要作用与森林监控指挥中心通信。

电源模块与FPGA中心控制模块、近距通信模块、远程通信模块、拍照模块、图片压缩模块五大模块相连接，其目的是给各模块进行供电。FPGA中心控制模块与拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块、远程通信模块四大模块连接实现对这四个模块的工作状态进行管理控制。拍照模块与图片压缩模块相连接，将拍的图片传输给图片压缩模块进行压缩。图片压缩模块分别与近距通信模块和远程通信模块连接，目的是通过距离的远近将压缩的图片通过近距通信模块和远程通信模块将图片传输出去。

电源模块给其它各个模块进行供电，整个监控系统启动后，FPGA中心控制模块将拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块、远程通信模块转置为休眠状态。在定时工作时候FPGA中心控制模块控制拍照模块进行拍照，并将拍的照片传输给图片压缩模块进行压缩，同时将拍照模块置为休眠状态。压缩完图片后，FPGA中心控制模块唤醒近距通信检测附近是否有对应的移动设备，如果有将压缩完的图片经近距通信模块传输给检测到的移动设备，传输完毕后，FPGA中心控制模块将近距通信模块置为休眠状态。否则，FPGA中心控制模块将近距通信模块置为休眠状态，并将远程通信模块唤醒，将压缩的图片经远程通信模块传输出去给防火指挥中心。同时，远程通信模块和近距通信模块可以由对应的防火控制中心和移动设备来唤醒，并接受外部的指令，经FPGA中心控制模块进行解析、判断。

该方法主要包括对各个子模块工作状态的控制方案。子模块工作状态控制包括工作和休眠控制，根据工作要求，FPGA灵活协调各个部分的工作，各个部分将实时工作状态反馈给FPGA，将不工作的部分置于休眠待机状态以节省能源。

参见图1，本方法实施结构包括FPGA中心控制模块、电源模块、拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块和远程通信模块等六个组成部分。电源模块通过电源线1与各个模块提供电源，为了保证FPGA的稳定工作，其使用备用电源，因为设计中应用功率较大的太阳能电池，在光照充分时，太阳能电池部分将一部分电能用于各个子模块的正常工作，同时补给备用蓄电池。

FPGA中心控制模块通过2、3、4、5、6、7、8、9信号线分别与拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块和远程通信模块相连接，其中FPGA中心控制通过2、4、7、9信号线控制相连接的模块，并通过3、5、6、8信号线得到对应模块的反馈信息及其工作状态。

在各模块完成启动完成后，FPGA中心控制模块将拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块和远程通信模块都置为休眠状态。

在设定时刻点工作时候，FPGA中心控制模块通过2信号线将拍照模块唤醒，拍照模块进行拍照，拍照成功后拍照模块通过3信号线将信息反馈给FPGA中心控制模块，FPGA中心控制模块唤醒图片压缩模块，同时命令拍照模块将图片通过10信号线传输给图片压缩模块进行压缩，传输成功后，FPGA中心控制模块将拍照模块置为休眠状态。压缩模块将图片压缩完后，通过5信号线反馈给FPGA中心控制模块，FPGA中心模块通过4信号线控制压缩模块将压缩后的图片通过11信号线传输给FPGA中心控制模块，将压缩后的图片暂时存储，同时FPGA中心控制模块通过4信号线将压缩模块置为休眠状态。FPGA中心控制模块通过7信号线唤醒近距通信模块，近距通信模块检测附近是否有相应的移动设备，通过6信号线将信息反馈给FPGA中心控制模块。如果反馈信息有相应的移动设备，FPGA中心控制模块将暂存的图片通过12信号线传给近距通信模块，同时近距通信模块将图片发送出去，等待发送完毕后通过6信号线将信息反馈给FPGA中心控制模块，FPGA中心控制模块通过7信号线将近距通信模块置为休眠状态。如果没有相应的移动设备，FPGA中心控制模块通过7信号线将近距通信模块置为休眠状态，同时通过9信号线将远程通信模块唤醒，将暂存的图片通过13信号线传输给远程通信模块，远程通信模块将图片发送给防火指挥中心成功后，通过8信号线反馈给FPGA中心控制模块，FPGA中心模块通过9信号线将远程通信模块置为休眠状态。等待下一个时刻点进行下一轮的图像采集拍照。同时，远程通信模块和近距通信模块也可以由对应的防火控制中心和移动设备来唤醒，将信息分别通过8、6信号线反馈给FPGA中心控制模块，并作出相应的。

通过对工作流程优化设计，将系统能源与工作流程和工作性质紧密结合，充分发挥FPGA的调度作用，可以大大降低功率、提高电源利用率，考虑到这种特点设计出了系统低功耗控制运行方法。

Claims

1.一种基于FPGA的低功耗监控系统，包括FPGA中心控制模块、电源模块、拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块和远程通信模块，其特征在于：电源模块为FPGA中心控制模块、近距通信模块、远程通信模块、拍照模块和图片压缩模块供电；FPGA中心控制模块管理控制拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块和远程通信模块的工作状态；拍照模块将拍得的图片传输给图片压缩模块进行压缩；压缩的图片通过近距通信模块或远程通信模块传输出去；整个监控系统启动后，FPGA中心控制模块将拍照模块、图片压缩模块、近距通信模块、远程通信模块转置为休眠状态，在定时工作时FPGA中心控制模块唤醒控制拍照模块进行拍照，再将拍的照片传输给图片压缩模块进行压缩，同时将拍照模块置为休眠状态，压缩完图片后，FPGA中心控制模块将图片压缩模块置为休眠状态，唤醒近距通信检测附近是否有对应的移动设备，如果有，将压缩完的图片经近距通信模块传输给检测到的移动设备，传输完毕后，FPGA中心控制模块将近距通信模块置为休眠状态，否则，FPGA中心控制模块将近距通信模块置为休眠状态，并将远程通信模块唤醒，将压缩的图片经远程通信模块传输出去给防火指挥中心。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的低功耗监控系统，其特征在于：所述的远程通信模块和近距通信模块可以由防火控制中心和移动设备来唤醒，并接受外部指令，传输给FPGA中心控制模块进行解析、判断。