1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化无人值守变电站遥视系统一、课题研究意义及现状这几年以来，随着偷窃电力、破坏电力设施等犯罪行为的兴起严重防碍了输配电等电力活动的正常运作，不但给国家公共造成了极其严重的经济损失，而且阻碍了我们的日常生活的正常进行。变电站作为是关系着整个地区正常电力供应的电力系统的“心脏”，我们采取必须有效的计划方案确保它的正常运作。以前，在设计无人值守变电站的时候，电力系统基本具备的技术只有遥调、遥控等能力，无法直接勘察现场周围的环境，导致变电站现场频频发生的意外，比如火灾、盗窃等等。远程监视的提出保证了现场意外可以得到及时有效处理。它不仅可以实现变电站现场无人值班，而
2、且可以让一人在后台监控多个变电站，大大节省人力费用开销。 遥视系统又称远程监控系统，所谓“遥视”就是通过远处现场的摄像机把现场的实时图像等模拟信息经过 A/D 转化后，再将其量化与编码并且上传到后台，在后台中心传输过来过来的压缩后的数据进行视频解码后就能看见远处现场的实时视频。它是运用时下最为先进的图像编解码技术和通信技术，集设备监视、图像采集、闭路电视、图像监视预报联动和视频图像压缩等功能于一体的综合自动化系统，经过遥视系统可以在后台中心看到变电站现场的实时情景。目前，远程视频监控解决方案种类有很多主要有这两种：第 1 种方案是基于计算机多媒体卡的视频监控系统。该系统主要由电脑计算机的插视频
3、卡组成。在受监控现场，图像信号采集以及各种检测信号（比如警报信号、消防信号）通过各自的传输线路，传达到后台的计算机子上。这种系统优点是：系统终端功能颇佳，操作简单。但是缺点诸多：系统的稳定性能不佳，采集终端设计比较复杂，系统可靠性也不高，要是计算机出现意外情况将使整个遥视系统瘫痪。第 2 种方案是基于嵌入式视频服务器的网络数字监控。该方案原理是把摄像机采集到的图像模拟信号经过视频服务器 A/D 转化后输出数字信号，再利用服务器把其信号编码、网络通信、自动控制等等这些处理功能，直接打开 IE 浏览服务器就能监控整个现场。基于嵌入式视频服务器的网络数字监控的解决方案优势很明显：系统架构更为简便，完
4、全数字化的视频流无论在存储、传输、多用户共享，还是系统的扩容、升级方面都变得异常简单、容易。它的推广应用对提高变电站运行的安全性、可靠性，提高运行和管理的科学性，充分发挥变电站效益，促进管理工作的现代化有着现实意义和历史意义。二、课题研究的主要内容和预期目标本文经过历史发展与目前的现状，分析与比较后，决定采用如下的系统：按遥视系统按分层分布式结构设计，采用基于嵌入式视频服务器的网络数字监控的解决方案。遥视主站设计具有分层结构；采用标准的互联网通讯协议和先进的 MPEG-4 视频编/解码技术；基于面向对象的开发技术，具备良好的扩充能力。预期目标是重点研究设计出电力变电站遥视系统的总体设计方案，采
5、集终端的总体设计与视频采集模块的软件设计。方案采用 TMS320DM642 芯片作为系统的主控制器，设计出视频采集终端的总体方案与各个模块的硬件线路原理图，设计出软件总体设计框架图，并设计采集终端视频采集程序。三、课题研究的方法及措施1. 检索相关文献，了解先观的技术背景，成果及方案，并了解视频监控系统、远程监视、图像编码等的相关内容。2. 在了解参考文献和基本背景知识后，构思遥视系统的主体结构设计。3. 了解遥视子站的采集终端的功能，选用合理的元件芯片对其进行设计构架。4. 完成采集终端的硬件电路原理图，并对其各个模块进行了解。5了解并学习汇编语言和 C 语言对 DSP 编程的应用与实现，以
6、顺利完成论文软件设计。6. 完成遥视系统结构软件设计。7. 技术文档总结，完成毕业设计。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自2010年10月20日至2011年4月20日。第一阶段（4周）：根据任务书的要求，收集有关资料如图像压缩方面、网络传输方面、DSP处理方面等等资料，思考与构架系统总体方案，选择最优秀的方案，找出有关远程监控的外文原文，完成开题报告、文献综述、外文翻译。第二阶段（6周）：完成论文初稿，完成论文的硬件的设计与软件的程序设计，撰写设计报告与论文。第三阶段（3周）：找导师评阅论文初稿，指导论文的缺陷，自己在导师帮助下修改与完善论文。五、参考文献1 朱宁.电力行业的经营风险J.四川
7、大学学报,2003,2,18(43):1213.2 沈祥，祝项英，金乃正.无人值班变电站远方监控系统的设计和应用J.电力系统自动化，2004,2,8（02）：8990.3 许志祥.数字电视与图像通信M.上海：上海大学出版社，2000,2.4 张旭东、卢国栋、冯健.图像编码基础和小波压缩技术-原理、算法和标准M.北京：清华大学出版社，2004,6.5 田丽华.编码理论M.西安：西安电子科技大学出版社，2003，11.6 王汇源.数字图像通信原理与技术M.北京：国防工业出版社，2000，10.7 陈志波.H264 运动估值与网络视频传输关键问题研究D.北京：清华大学，2002.8 王正勇，李永合.
8、MPEG-4 与 H.263 视频编码性能比较J.四川大学学报，2001,3,8（3）：1112.9 张炜.TMS320DM642 性能及其在视频处理实验中的应用J.电气电子教学学报，2005,4,30（27）：8385.10何立民.嵌入式系统的定义与发展历史M.北京：北京航空航天大学出版社，2006,5.11慕春棣.嵌入式系统的构建M.北京：清华大学出版社，2004,8.12Kenneth Waks.Home automation and utility customer servicesM.cutter Information Corporation，1998,9.13张炜.TMS320D
9、M642 性能及其在视频处理实验中的应用J.电气电子教学学报，2005,9,28（27）：8385.14Busse I,Deffner B.Dynamic Qos Control and Muitmedia Applications base on RTPJ.Computer Communications,1996,1,9(1):4548.毕业论文文献综述电气工程及自动化无人值守变电站遥视系统摘要：变电站遥视系统，又被人们称作变电站远程监控系统。它是运用了多种跨领域技术的一种兴起的自动化系统，通过网络通信、计算机、视频编解码等等技术来设计采集终端将变电站将实时现场图像进行运输到后台。通过后台，
10、工作人员可以对变电站的周遭环境进行实时的监视，以确保变电站的安全运行与生产。关键词：无人值守变电站；遥视系统；远程监控1引言这几年以来，随着偷窃电力、破坏电力设施等犯罪行为的兴起严重防碍了输配电等电力活动的正常运作，不但给国家公共造成了极其严重的经济损失，而且阻碍了我们的日常生活的正常进行。变电站作为是关系着整个地区正常电力供应的电力系统的“心脏” ，我们必须采取有效的计划方案确保它的正常运作。以前，在设计无人值守变电站的时候，电力系统基本具备的技术只有遥调、遥控等能力，无法直接勘察现场周围的环境，导致变电站现场频频发生的意外，比如火灾、盗窃等等。远程监视的提出保证了现场意外可以得到及时有效处
11、理。它不仅可以实现变电站现场无人值班，而且可以让一人在后台监控多个变电站，大大节省人力费用开销 1。 遥视系统又称远程监控系统，所谓“遥视”就是通过远处现场的摄像机把现场的实时图像等模拟信息经过 A/D 转化后，再将其量化与编码并且上传到后台，在后台中心传输过来过来的压缩后的数据进行视频解码后就能看见远处现场的实时视频。它是运用时下最为先进的图像编解码技术和通信技术，集设备监视、图像采集、闭路电视、图像监视预报联动和视频图像压缩等功能于一体的综合自动化系统，经过遥视系统可以在后台中心看到变电站现场的实时情景 2。2.无人值守变电站遥视系统2.1 遥视系统的发展遥视系统的经历了三个阶段的发展：第
12、一代遥视系统依靠电话拨号方式或者采用电话专线，由于电话信道宽带小的原因图像的编码只能采用 H.261 与 H.263。但是这种方式由于效果不理想很快就被完全淘汰，视频质量不佳，视频不流畅；第二代遥视系统采用图像的传输采用点对点模式的 ISDN 专线。虽然该方式的推出受到很快电力行业的推崇，并开始较为广泛运用，不过这种方式不是没有缺陷，比如次数较多的图像压缩与解压大大损坏了画面的质量，加上也不太迎合当前数字网络化的发展趋向，因此，第三代遥视系统被很快的研究与推出。三代系统依靠宽带网络与 E1 信道为媒介进行通信，这个遥视系统实质上是一个运用多项跨领域技术的多媒体数字网络化系统 3-7。2.2 遥
13、视系统的组成遥视系统其后台称为调度监控中心（也称主站系统） ，其视频监控现场称为远程变电站系统（也称子站系统） ，它们通过通信网络组合而成，这三者也是构成遥视系统的主要三个环节。遥视子站的职能是用变电站内所安装的摄像机对现场实景进行拍摄，再经过现场采集终端系统进行将摄像机所采的模拟信号 A/D 转化成数字信号，然后压缩编码，最后将数据存储与数据上传后台，并且接收后台的反馈信息和执行主站的下达各种命令。子站一般由这几个部分组成：其一是采集设备，也就是摄像机，它的作用是拍摄周围的环境与电气设备视频图像；其二是视频编码器，将摄像机的图像信号进行采集和压缩编码；其三是信号传输媒介，一般为通讯网络，将现
14、场采集来的图像信号压缩编码后上传到主站。子站的采集终端设计方案将会在文章后面重点讲解。遥视主站的职能是处置子站上传信号、控制以及下达命令给子站等。在主站可以实时监控各个远程子站站端的所有动态，也可以对子站站端的视/音频信息进行存储或者进行回放等功能。工作人员在遥视主站可以随意选择遥视子站的任何摄像机下达多方面的命令，比如：改变摄像机的光圈，调整摄像机的拍摄角度与位置等。工作人员还可以在遥视主站对监控现场的重要电气设备进行监视，如果现场发生事故的话可以马上下达命令处理与报警。2.3 遥视系统的图像压缩技术视频压缩编码技术是遥视系统的关键所在。之所以这么说是因为它往往决定传输到后台的视频质量与网络
15、适应性能力。如果编码技术比较落后，那么它传输到后台的图像质量往往比较差、模糊，而且视频流的数据量大容易拥塞网络。第一代遥视系统采用 H261 或者 H263，第二代采用 MPEG1 和 JPEG 标准，也有些地方采用非标的小压缩方式，目前第三代遥视系统普遍采用 MPEG-4 标准（或者 H264） 8。2.4 嵌入式系统简介在智能化的今天，所有电子电器产品总体趋向微型化发展，常常会要求把计算机控制部分安装于产品设备里面而且占有的空间和内存尽量的小，所以处理器一般都没有多少内存更是没有外存空间，而操作系统就被安装在这有限的 ROM 里面，这样的系统人们称之为嵌入式系统。从广义的角度上讲，嵌入式系
16、统就是带有微处理器的专用软硬件。嵌入式系统通常包括嵌入式微处理器，用于控制它的操作系统以及在操作系统上的应用程序，整个系统需要由不同的硬件、软件和系统集成商一起协同合作，才能形成一个完整的产品。一般主要由：CPU、嵌入式操作系统、应用软件这三个结构组成 9-12。2.5 TMS320DM642 芯片简介TMS320DM642 式 TI 公司生产的一种用于多媒体应用的 DSP 芯片。它的处理功能很强大，又有高度的灵活性和可编程性，同时外围具备了非常完整的音频、视频和网络通信等设备及接口。TMS20DM642 主要由这些部分组成 13-14：1，CPU，CPU 包括八个功能单元，两个寄存器和八个功
17、能各异的数据通道， ；2，3 个 VP 口 ，它可以配置视频与音频输入端口，也可以与编码器连接实现视频、音频数据输出；3，一起复用的 HPI、PCI、以太网接口 EMAC，它们通过使能端配置可以实现其中一种或 2 种接口功能；4，外部存储器接口 EMIF，可以与外围存储器连接；5，EDMA，具有 64 路独立通道的增强型直接内存访问控制器；6，多通道带缓冲串行端口 McASP 与 McBSP 。此外还有 16 位通用 I/O 接口、32 位通用定时器等等其他部分。3.总结无人值班已经成为变电站的主要运行模式，根据安全和运行的需要，遥视系统在电力应用具有重要的现实意义和必须性。基于嵌入式系统与
18、MPEG-4 图像压缩技术的新一代遥视系统即将代替所有第一代和第二代遥视系统成为新一代比较全面和完善的系统。参考文献1 朱宁.电力行业的经营风险J.四川大学学报,2003,2,18(43):1213.2 沈祥，祝项英，金乃正.无人值班变电站远方监控系统的设计和应用J.电力系统自动化，2004,2,8（02）：8990.3 许志祥.数字电视与图像通信M.上海：上海大学出版社，2000,2.4 张旭东、卢国栋、冯健.图像编码基础和小波压缩技术-原理、算法和标准M.北京：清华大学出版社，2004,6.5 田丽华.编码理论M.西安：西安电子科技大学出版社，2003，11.6 王汇源.数字图像通信原理与
19、技术M.北京：国防工业出版社，2000，10.7 陈志波.H264 运动估值与网络视频传输关键问题研究D.北京：清华大学，2002.8 王正勇，李永合.MPEG-4 与 H.263 视频编码性能比较J.四川大学学报，2001,3,8（3）：1112.9 张炜.TMS320DM642 性能及其在视频处理实验中的应用J.电气电子教学学报，2005,4,30（27）：8385.10何立民.嵌入式系统的定义与发展历史M.北京：北京航空航天大学出版社，2006,5.11慕春棣.嵌入式系统的构建M.北京：清华大学出版社，2004,8.12Kenneth Waks.Home automation and u
20、tility customer servicesM.cutter Information Corporation，1998,9.13张炜.TMS320DM642 性能及其在视频处理实验中的应用J.电气电子教学学报，2005,9,28（27）：8385.14Busse I,Deffner B.Dynamic Qos Control and Muitmedia Applications base on RTPJ.Computer Communications,1996,1,9(1):4548.毕业设计（20_ _届）无人值守变电站遥视系统摘 要变电站遥视系统，又被人们称作变电站远程监控系统。通过该
21、系统的后台，工作人员可以对变电站的周边进行实时的监视。它是运用了多种跨领域技术的一种兴起的自动化系统，通过网络通信、计算机、视频编解码等技术来实现，将变电站实时现场图像上传到后台。本文探讨了遥视系统当下的发展趋势、历史现状，并介绍了相关的各项基础技术，经过研究按遥视系统的结构进行分层分布式设计，采用基于嵌入式视频服务器的网络数字监控解决方案。本方案采用 TMS320DM642 芯片作为系统的主控制器，根据视频采集终端的总体方案，设计出各个模块的电路原理连接图。其次也给出采集终端的软件设计总体流程图，并设计了视频采集相关的程序。这样的方案利用了 TMS320DM642 强大的处理能力，比起时下的
22、同类系统更加稳定和实时，成本和结构更加优化。关键词：远程监控；嵌入式；DSP；TMS320DM642；SAA7115；AbstractThe System of Remote Supervison for Unmanned Substation, as known as remote monitoring for unmanned substation. Through the background system, the staff around the substation can monitor in real time. It is the use of a variety of cr
23、oss-cutting technology, the rise of automation systems, network communications, computer, video encoding and decoding technology to achieve, in real time live images will be uploaded to the substation back.This paper discusses the development of remote monitoring system of the present trends, histor
24、ical situation, and introduced the basic technology-related, after a study by remote monitoring system for a distributed hierarchical structure of design, embedded video server based network digital surveillance solution Program.TMS320DM642 chip using the program as a system master controller, desig
25、ned the overall program video capture terminal line with the principles of each module connection diagram. Second, the software also gives the design of the overall collection terminal flow chart,and highlight the design of video capture program.This program uses the TMS320DM642 processing power, compared to similar systems nowadays have a more stable and real-time, cost and structure of a more optimize.Key Words: Remote monitoring; Embedded; DSP;TMS320DM642;SAA7115;
