基于PoE的智能互联可视系统硬件设计

摘 要：文章简要介绍了PoE供电技术的原理及应用，提出了一种基于PoE的智能互联可视系统硬件设计的总体方案，该方案包括最小系统、PoE供电模块、无线收发模块和扩展四个部分，并对系统处理器的选择和PoE供电模块网络接口板进行了详细阐述。

关键词：PoE；嵌入式；可视对讲；智能互联

引言

PoE （Power over Ethernet） 以太网供电，这是一项创新的供电技术，通过CAT5/5e/6 类非屏蔽双绞线，为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等 ） 传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术，而且一般的终端设备也可以从这项技术中获益，将极大地减少部署终端设备的电源和管理成本。

一个完整的PoE系统，由供电设备 （Power Sourcing Equipment，PSE） 和受电设备 （Powered Device，PD） 两部分组成。PSE 是为以太网客户端提供电源的设备，同时负责对PD的检测、分级、上电、断路检测等功能，是PoE系统的主要设备，一般可分为两种，一种是端接式PSE （Endpoint PSE），另一种为中跨式PSE （Mid-span PSE）。而 PD 是接受供电的PSE负载，是POE 系统的客户端设备。

1 系统硬件总体设计

PoE智能互联可视系统的研制主要包括PoE供电系统、核心控制平台设计、可视对讲系统、无线接入设计以及系统交互设计，既完成了网络取电和点对点的音视频实时传输，又实现了远程无线视频监控和对讲功能。

系统的硬件设计包括核心控制板、PoE供电模块、无线收发模块和可视对讲模块等四个部分，其总体结构如图1所示。

（a）室外机总体框图

（b）室内机总体框图

图1中，核心板即为主控芯片最小系统模块，用于运行操作系统和完成对整个系统的控制。包括ARM微处理器，1Gbyte NandFLASH和256Byte/16位mDDR，晶振及其他电路。

电路包括PoE供电模块，A/D模数转换，D/A数模转换，显示模块，摄像头视频采集模块，无线传输模块以及各接口电路。这些接口模块在核心板的控制下实现PoE供电和音视频实时传输。

PoE供电模块主要为系统提供电源和实现各级电压的转换功能。键盘模块主要实现对门铃的应答、监控、查阅、开锁、调试等功能。

无线接入模块采用的是自行设计的2.4G WiFi模块，通过SPI接口与系统相连。其主要功能是无线数据链路的时分复用。

2 处理器的选择

在基于PoE智能互联可视系统硬件方案设计时，最先考虑的是处理器的选择。本系统设计的两个主要功能是音视频的实时传输和无线网络接入，所以在处理器选型时主要基于这两点进行选择。

本系统采用的是三星公司的S3C6410处理器，它是一个16/32位RISC处理器，其采用了高性能的ARM1176JZF-S内核，最高工作频率可达667MHz，具有JaVa加速引擎，片上模块提供了丰富的接口，有相机接口，液晶显示控制器，系统管理，MPEG-4编解码器，AC-97音频编解码器，DMA控制器，SPI控制器和SSI控制器，USB主设备和SD主设备等。

S3C6410处理器具有多媒体加速特性，其eMMA（enhanced Multimedia Accelerator，增强的多媒体加速器）模块能够对大运算量的MPEG-4解码部分进行硬件加速，从而减少了系统消耗，提高了系统的稳定性，其结构如图2所示。

图2中，多媒体加速器模块包括了视频编码器，视频解码器，后处理和预处理四个子模块，其提供的视频加速功能能使CPU在视频处理时减少开销。

3 PoE供电模块设计

PoE供电模块网络接口板原理框图如图3所示。

网络接口板主要由交换控制芯片VT6510、2M 的SGRAM 缓存、POE 供电控制芯片MAX5982、微控制器STM32F103 及相关器件组成。其中，VT6510交换芯片可提供8个10/100Mbps Base T/TX交换口及2个符合802.3z 、802.3ab标准的Gigabit交换口，支持双工传输模式和802.3x 流量控制，具有VLAN功能、高效能交换引擎及IP多点传送功能。MAX5982为提供一个完整的接口电设备（PD）的符合IEEE 802.3af/at标准的POE供电控制芯片，其与整流稳压电路配合完成 PSE 设备功能。

4 结束语

随着智慧城市建设的不断深入，可视系统的智能化和互联互通必将成为其中的建设重点。而基于PoE的智能互联可视系统具有数字化、智能化和网络化等特点，其良好的扩充性、可靠性、可管理性以及低成本、节能降耗等诸多优点，使系统更加简单，便于系统升级、拓展和日后的维护保养。

参考文献

[1]胡云.对以太网供电（PoE）技术的研究[J].通讯与网络，2011（6）：40-43

[2]刘凯，张立民，张兵强 .POE 技术在座舱分布式数据采集系统中的应用[J].电子设计工程，2010（11） ：37-40.

[3]杨博，董喜明.电信级以太网交换机的供电机制及实现[J].计算机与现代化，2011，33（ 3） ： 85 -88.

[4]何加铭，曾兴斌，等. 嵌入式32位微处理器系统设计与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2006，1

[5]徐霖. 基于 ARM11 的嵌入式无线视频监控系统的研究与实现[D]. 武汉：武汉科技大学，2012.

作者简介：叶华杰（1979-），男，讲师/工程师，毕业于浙江工业大学，电子与通信工程专业工程硕士，主要从事电子通信技术方面的研究。