一种公交车物联网安控终端的FPGA模块制造技术

一种公交车物联网安控终端的FPGA模块属于计算机网络领域，包括FPGA芯片、缓存计算模块、系统配置模块和对外接口模块。对外接口模块具有通信接口、网络视频接口、数据传感器接口、存储接口和配置电源接口，通过与多路高清网络摄像头、温度传感器、报警器连接，完成多种环境和信息的数据采集。本实用新型专利技术实现多路网络高清音视频监控信息、报警信息和环境参数的无线4G高速实时传输，同时也能够通过以太网、通用通信接口进行有线传输。通过简单的定制传感器接口和传输应用配置，就能够分别构成车辆安控物联网接入系统的各种设备装置。具有通用性好、构造简单、低成本，大大降低车辆安控物联网接入系统硬件设备装置开发、生产的难度和成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种可实现多种信息采集、处理和传输的一种公交车物联网安控 终端设备的物联网FPGA模块，该模块具有通用模块化接口设计，属于计算机网络领域。
技术介绍
随着互联网技术的普及，以及嵌入式技术、传感器技术和无线传输技术的迅速发 展，信息网络对人们生活方式的影响越来越大，并深入到各应用领域当中进一步发挥其影 响力。信息网络技术将人们的感知世界进行广阔地延伸，从而将各种逻辑上的信息与真实 物理世界融合在一起，满足了人们信息获取的"无所不在"需求，改变着人们与自然的交互 方式。 物联网是新一代信息技术的重要组成部分，它通过各种信息传感设备，按约定的 协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟 踪、监控和管理的一种网络。物联网是"物物相连的互联网"，其核心和基础仍然是互联网， 物联网是在互联网基础上扩展和延伸的信息网络。物联网通过大量应用各种信息采集传感 器和设备，不断获取应用和环境信息，支持人们对物体实施智能控制。实质上，物联网是传 感网络、无线通信网络和互联网高效融合的产物，是信息系统与物理系统的高效融合的系 统。 物联网接入方式是多种多样的，如广域的PSTN、互联网、无线通信网络等。车辆安 控终端物联网也需要多种信息数据的接入，包括音视频、报警信息、温度数据和GPS位置数 据等等。车辆安控终端设备将多种接入手段整合起来，统一互联到接入网络的车辆安控监 控平台系统。它们可满足多种传感器的接入需求，通过无线网络拓展与互联网接入实现车 辆智能化监控与管理。 而现有的数据采集和传输设备及系统，信息采集和传输功能单一、接入模块的可 扩展性较差。车载视频监控大都仍是低分辨率的模拟视频，且很少能支持实时远程网络监 控。并且每路模拟视频接入通道都需要专门配置接入采集芯片，这样致使多路视频采集的 集成度很低，不利于应用设计和通用配置设备。车载视频监控一旦接入节点设备设计完成， 就难以对节点的传感采集和传输功能进行扩展，对于新的应用场景更要对节点硬件结构进 行重新设计，再开发较复杂且周期长。这不但难于实现多平台无线设备接入，且成本较高， 限制了物联网接入技术的推广应用。 因此本技术利用FPGA设计提供一种支持多种传感器接入、4到6路网络高清 数字音视频实时监控、有线/无线通信传输和互联网接入的通用设计模块，能够进行多种 传感器和采集设备的采集数据信息传输和转发，并提供多种物联网接入的传输方式。能够 广泛应用于各种车辆物联网安控的数据采集和传输设备，提高安控应用服务质量和降低物 联网组网成本。
技术实现思路
： 针对物联网技术的迅速发展，为了扩展现有技术的应用领域，解决上述存在的问 题，因此需要设计一种通用的、功能可重构、能够适用于多种场景的通用型物联网接入模 块。从而保证物联网接入模块的设计灵活性较强，进而减少物联网接入技术推广时的设计 复杂度。 本技术提供一种支持多种传感器、无线传输和网络传输的通用型物联网接入 模块，最终实现：进行4到6路网络高清音视频实时采集，实现本地监控存储和远端实时 调阅；避免重复设计物联网接入设备节点主体硬件情况下，通过添加与模块接口匹配的传 感器接口和控制IP核，完成对多种数据传感数据的采集，以及设置信息数据的应用传输模 式，从而适用于多种车辆安控终端物联网设备设计需求。同时支持无线传输、网络传输和有 线通信等多种物联网接入方式，能够应用于多种设计需求的设备装置。 本技术解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种公交车物联网安控终端的FPGA模块，其特征在于包括FPGA芯片、缓存计算模 块、系统配置模块和对外接口模块。其中： 所述的FPGA芯片为所述公交车物联网安控终端的FPGA模块的控制和处理核心， 与缓存计算模块、系统配置模块和对外接口模块相连接； 所述的缓存计算模块，至少包含一 DDR3SDRAM存储器； 所述的系统配置模块，包含FPGA配置电路和时钟电路，以及QSPI Flash芯片； 所述的对外接口模块，包含通信接口、网络视频接口、数据传感器接口、存储接口 和配置电源接口。 进一步的，配置电路采用上拉电阻和下拉电阻设置；其时钟电路采用一差分晶振 和一基准时钟；QSPI Flash采用四线存储数据设计。 进一步的，所述的通信接口，采用基于4G无线通信协议接口和10/100/1000多态 以太网接口。 进一步的，所述的网络视频接口，采用基于工业以太网的视频数据流接口，支持4 到6路网络高清音视频数据接入。 进一步的，所述的数据传感器接口，采用基于标准I2C、I2S、SPI或UART的传感器 通信接口。 所述的车辆安控终端物联网FPGA模块以FPGA芯片为中心，缓存计算模块、系统配 置模块和对外接口模块都由FPGA芯片进行设置和控制。 所述的缓存计算模块包含动态DDR3高速缓存器件组。DDR3存储器直接与FPGA芯 片相连接，DDR3存储器用于缓存系统计算与处理的数据和程序。 所述的系统配置模块的FPGA配置电路，通过上拉电阻和下拉电阻的配置电路来 设置FPGA芯片的控制状态信号，将FPGA芯片配置成从QSPI Flash存储器上电加载程序的 工作模式；配置模块的时钟电路是一差分晶振和一基准时钟，为FPGA芯片PS核系统和逻辑 提供参考时钟信号。 所述的对外接口模块，通信接口提供无线接入和有线接入，无线传输通信采用4G 无线通信协议接口，有线接入采用10/100/1000多态以太网协议接口；网络视频接口采用 多路高清数字视频流的工业以太网传输接口，通过网络交换芯片进行高速4到6路网络高 清音视频数据接入；数据传感器接口提供多路模拟/数字传感器接入，采用基于标准I 2C、 I2S、SPI或UART的传感器通信接口。通过传感器接口可以实现多种模拟/数字传感器、采集 设备和FPGA芯片相连，扩展传感器信息采集的功能和应用；存储接口，是扩展外部SD卡和 硬盘接入接口，为系统提供系统Iirmx boot配置数据和网络视频数据采集本地存储空间； 电源接口是通过主板多路供电电路输出接入到模块上，为各个功能模块和芯片电路提供所 需运行电平。 本技术在以上技术方案中的有益效果为： 1)本技术提出了一种应用于一种公交车物联网安控终端的FPGA通用处理核 心模块。该模块适用于多种物联网应用环境中的物联网接入设备装置，支持多路高清网络 音视频数据实时监控，支持无线数据通信和网络数据传输，可以载有多种模拟/数字传感 器和采集设备，具有适用范围广、可扩展性好等优点。 2)兼容多种传感器和采集设备，可以包含温度传感器、湿度传感器多种模拟/数 字传感器；可以接入多路网路高清摄像头，通过工业以太网通信接口交互；可以采集各种 环境参数和监测数据。上述传感器和采集设备可以适用于工农业生产、环境监测、车辆安控 等广泛的应用领域。 3)支持多种数据通信方式，可以通过无线通信网络、以太网有线网络等终端进行 通信。能够满足物联网接入系统的多种采集设备需求，支持多种物联网接入方式，降低了物 联网接入网络的组网成本。 4)本技术的电源采用统一的标准电源接口，支持宽范围供电输入12-36V，能 够满足各种车载供电应用环境的要求。【附图说明】本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种公交车物联网安控终端的FPGA模块，其特征在于，包括FPGA芯片、缓存计算模块、系统配置模块和对外接口模块；其中：所述的FPGA芯片与缓存计算模块、系统配置模块和对外接口模块相连接；所述的缓存计算模块，至少包含一DDR3SDRAM存储器；所述的系统配置模块，包含FPGA配置电路和时钟电路，以及QSPI Flash芯片；所述的对外接口模块，包含通信接口、网络视频接口、数据传感器接口、存储接口和配置电源接口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李达，侯义斌，刘宏珍，黄樟钦，王书龙，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京;11