煤炭、石油等化石动力是我国动力供应的主体，特别是煤炭在确保我国动力安全中，起着根底性效果。在我国现在的动力结构中，煤炭仍占动力总量中的70%左右。 可见煤炭已成为支撑我国经济开展的中坚力量，并且这一现状在短时间内不会有太大改动。
在我国最新拟定的煤炭科技十二五开展规划中，提出了“绿色发掘与生态矿山”的概念，这就要求进步煤矿出产的安全和采矿区周边环境的维护。尽管国家和企业现已为了改进出产条件作了很大尽力，但这依旧是一个没有彻底处理的问题。在我国煤炭出产中，不安全事端一再发生，对环境的损坏和因而导致的逝世事情也屡次见诸报端。要处理这一现况，除了进步工人作业水平以外，必需求加大对矿井安全设备的投入。本此规划所选定的项目便是立足于实践，以促进煤炭安全出产和环境维护为方针。可以有用的削减矿井事端的发生，最大极限确保井下人员的安全和采矿区周边环境的调和。
结合咱们对煤炭严峻形势的知道和本次大赛的主题，咱们将选题方向煤矿安全出产会集监控范畴。本次规划对构建调和社会和可持续性开展社会将具有十分重要的含义。
1.2 项目布景/选题动机
煤矿在我国的国民出产日子和经济开展中起着无足轻重的效果。现在我国发电量的大部分来自于煤电，煤炭经济在我国GDP中占有很大比重，可以说煤一朝一夕都在影响着我国的每一个家庭的日子。但是咱们不能忽视的是，在煤炭工业促进我国经济开展和GDP添加的一起，在煤炭出产中所发生的安全问题和对环境的损坏问题让咱们不得不去重视。
2005年3月9日，山西吕梁交城矿难，28人逝世
2006年2月1日晚上7时许，山西省晋城煤业集团所属寺河煤矿发生瓦斯爆破事端，构成23名矿工逝世，还有53人一氧化碳中毒。
2007年03月06日湖南邵阳市邵东县宏发煤矿在修理巷道时发生瓦斯爆破，15人逝世。
2008年01月20日，山西临汾市汾西县煤矿发生炸药爆破，20人逝世。
2009年01月20日21时0分， 山西临汾区域汾西县永安镇蔚家岭村一不合法私开煤矿窝点发生瓦斯爆破，构成20人罹难。
……
当然这仅仅列举了一部分实例，这些惊心的实例时间都在提示咱们煤炭安全出产的重要性。构成这一现象除了人为要素外，安全检测设备的落后和不到位也是一个重要的原因。我国的许多煤矿企业在出产中，伴生着严峻的资源、环境、安全等问题，假如这一问题得不到处理将影响久远开展，这与可持续性开展的理论是各走各路的。据调查，全国的煤炭企业除46%的高突矿井外，大部分已进入深水平发掘，渗水、瓦斯、崩塌等已成为越来越大的安全隐患。添加新的高功用检测设备成为处理煤矿安全问题的要害，一起考虑到许多中当心型煤矿企业的在安全设备方面的投入才干，开宣布一套经济实惠，运用便利，安全高效的安全检控设备成为当今我国大多数煤炭企业的火急需求。
采煤作业面作为整个采煤作业现场的榜首作业区，简单发生瓦斯爆破、漏水和冒顶等事端，一旦发生矿难不但会直接影响到采煤工人的生命安全，更或许会对周边环境构成严峻的损坏。因而，采煤作业区作为事端地带，是构成整个煤矿安全体系的最要害一环。怎么确保采煤作业面的安全出产，一直是一个难以处理的严峻课题。
ATMEL公司的32位AVR嵌入式微处理器功用高、功耗低、价格适合，特别是芯片内部集成了网络接口，简化了网络数据传送和长途操控完结的难度，它强壮的数据处理才干为数字信号的处理供给了有力的支撑，除此之外它还具有其它优异的功用，成为完结本次规划的最佳挑选。本次规划拟选用依据AVR 32 AT32UC3A单片机操控器的EVK1100评价体系和开发体系为根底开发渠道，结合套件自身所供给的资源，经过扩展其它板卡完结规划中要求的悉数功用。鉴于AVR以上的长处，结合现在的煤矿采煤作业面的安全监控存在的缺乏，规划一款依据32位嵌入式AVR微处理器的采煤作业面安全会集监控体系，供给了一种新式嵌入式的计划，以抵达进一步进步采煤作业面的安全性和可靠性。
考虑到著作的实用性，除完结对采煤作业面的监控以外，经过简略的批改（规划自身支撑这种裁剪和功用扩成），本次规划效果也可以很简单的转化到其它安全监控范畴，如其它采矿作业的安全监控、家居安全的监控、工厂出产车间安全出产和库房防盗的监控、路途安全运营的监控等等。
山东科技大学原名山东煤矿学院，对煤炭的出产和研讨都有很长的前史，在几十年的开展中堆集了丰厚的经历，在煤炭研讨范畴树立了健全的体系。现在具有国家级煤矿矿山灾祸试验室，在煤炭安全上从科研到开发，我校都走在了全国煤炭范畴的前列。
一起咱们嵌入式试验2003年树立，堆集了许多的有关嵌入式体系规划的经历，校园具有许多资深学者和教授，为我国煤炭作业和嵌入式的体系规划，开展培养了许多的人才。本次规划也得到有关教师的支撑和鼓舞，一起经过向他们的讨教，让咱们团队成员对这一体系的规划有了愈加深入的知道。信任经过教师的辅导和咱们的尽力咱们必定可以完结本次规划。
二、需求剖析
2.1 功用要求
采煤作业面作为采煤作业的榜首现场，那里的情况瞬时万变，是整个井下安全体系中最要害的一环。本次规划将要点重视怎么确保采煤作业面安全出产这一严峻问题。
确保出产进程安全所采纳的办法中，除了增强工人自身安全意识外，另一个重要的要素便是完善依据各种监控设备的预警体系和操控体系。在影响采煤作业面安全的各种可检测要素中，瓦斯浓度、顶板压力、水位、粉尘浓度成为要害，一起为了便于地上监控中心实时了解井下的作业场景，实时的现场画面监控也是必不不行少的。
综上要素，本次规划要求可以及时的，把采煤作业面顶板压力、水位、瓦斯浓度、粉尘浓度等物理量数据进行收集，并经过嵌入式32位AVR微处理器处理后经过网络及时上传到坐落地上上的监控中心，便于安全督查人员和出产调度部分调查和挑选。在紧迫严重的情况下及时采纳相关办法将损害降到最低。一起，也在现场把瓦斯浓度、顶板压力、水位、粉尘浓实践的检测的数据，进行必要的判别和处理，以完结在必定的规模内对以上参数进行自适应调理和主动操控，以抵达进步现场作业效率和安全系数的意图。
2.2 功用要求
考虑到采煤作业面地点的特别环境，要求所规划的产品可以在这种特别的环境下正常的运转。例如规划的低功耗性、防爆性、巩固性、和防潮绝缘性以及断电维护等，而依据相关规则，但凡要应用到煤矿井下的电气设备，其防爆功用要求较高，要么是保安型的，要么是本安型的。而要想得到以上资质，必须到相关煤矿防爆监测站进行有关的检测，检测经往后这些设备才干被用于井下作业。
针对本次规划大赛，因为受条件的约束，有关电气设备的防爆等无法完结和模仿，只能从电气设备的基本功用，结合嵌入式AVR微处理器的功用进行体系规划。
其它功用要求如下：
实时的收集采煤作业面的现场作业画面并经过网络向地上监控中心传输。为了抵达实时的意图，收集图画的速率需最低为5幅/秒 ，一起为抵达图画能正常传输这一意图，对收集的图画需求采纳适宜的紧缩算法。
顶板压力、水位、瓦斯浓度、粉尘浓度等物理量数据收集的采样频率别离是 10秒，50秒，30秒，30秒。一起为了使收集的数据滑润，需求对收集的数据挑选适宜的数字滤波算法进行处理。
对采煤作业面顶板压力，瓦斯，煤尘，水位等的操控，依照超越规则参数上限80%时，才采纳自适应调理和主动操控。经过自行处理调整操控，使其一直坚持在规则参数上限80%以下。当超越这些参数安全上限时开端报警并及时将相关信息上传地上监控中心。
为更好的完结对采煤作业面顶板压力，瓦斯，煤尘，水位等规则参数的主动操控，采纳PID数字操控算法。
三、计划规划
3.1 体系功用完结原理
此次规划的体系功用示意图如下图3.1所示：
本次规划是以一个依据AVR32 AT32UC3A单片机操控器的EVK1100评价套件和开发体系为中心，再将各个功用模块衔接在一起，构成的一个完好体系。
首要由各种传感器收集信号，包含瓦斯浓度传感器、粉尘浓度传感器、压力传感器、井下水位传感器和视频收集模块等收集到的信号，先进行滤波、扩大等处理，提取出其间有价值的信号，然后经过A/D转化今后成为便于处理的数字信号。为了进步信号的有用性和滑润度需对其进行数字滤波。而图画信号经过JPEG紧缩算法处理今后可以经过网络，传递给用于监控的上位机。一起为了完结主动操控，对传感器传来的信号进行PID算法处理。当检测到参数超出规则值今后，发生报警信号，并将这一信号传寄给报警装置和地上监控中心，一起宣布操控信号，这一信号经过D/A转化和扩大处理今后对相关电机等进行操控，尽力使相关参数康复到正常规模以内。
经过在体系中添加网络模块，可以完结数据在网络中的有用传输，一起完结让任何接入到网络中的主机设备经过验证机制今后都可以拜访到下位机传来的数据。为了统筹办理各个硬件模块的作业和充分运用体系的资源，在下位机中嵌入小型的uC/OS-II操作体系，一起为各个硬件模块开发相应的驱动程序，以完结应用层软件对底层设备的调用。
本次规划所涉及到的首要技能包含：①各信号的周期型收集完结；②模仿信号的滤波等处理；③数字滤波算法的完结；④uC/OS-II操作体系的移植；⑤相关驱动模块的开发；⑥lwip网络协议栈的嵌入；⑦主动闭环操控（PID算法）的完结；⑧JPEG图画紧缩算法的完结。
3.2 体系硬件架构与资源配置
3.2.1体系硬件组成剖析
体系的硬件全体结构框图如图3.2所示：
依据本次大赛的要求，考虑到本次规划对功用的要求以及其运用环境的特别性，本次规划选用ATMEL公司的AVR 32 AT32UC3A芯片。这款芯片的指令集为紧凑型单周期RISC指令集，并且集成DSP指令集，具有很强的数据运算处理才干，并兼具高功用、低功耗等特色。彻底可以满意本次规划所要求的功用安稳、功耗低一级要求。为了充分运用体系的资源和开掘该款芯片的潜能，完结多使命的操控，在其间嵌入了实时性强可靠性高的操作体系uC/OS-II 。
在硬件的全体规划方面，首要分为四个部分，以各种传感器和画面收集器为中心的数据收集模块，以滤波整形电路为主的模仿信号处理模块，以MCU为中心的数字信号（数据）处理模块，和以地上上位机为中心的数据显现存储和处理模块。其间数据收集模块依据信号的不同处理办法又可以分为两类，以各种传感器为中心的信号收集模块和以摄像头为中心的现场画面收集模块。
给体系上电今后，首要运转体系自检程序，承认各个功用模块正常今后，体系进入正常运转形式。经过守时装置和给定的初始参数，体系顺次选通各个信号收集模块。各个传感器和画面收集器将收集到得模仿信号经过处理今后进行A/D转化，然后提交给MCU。MCU依据预规划的程序处理各种信号，然后将处理好的信号传送到地上信息监控中心和体系自身自带的操控模块。
这儿以瓦斯操控为例，采煤作业面的上隅角往往是瓦斯浓度最高的当地，可以经过在上隅角放置瓦斯浓度传感器，实时的检测那里的瓦斯浓度，然后确保作业环境的正常和采煤区周边环境的安全。体系收集到经过模仿信号处理和A/D转化今后的数据，经过处理今后，将成果发往地上操控中心和体系自带的操控模块。体系自带操控模块依据需求当令自适用的操控通风机的转速，将瓦斯的浓度操控在一个合理的规模，一起体系自身也可以承受地上操控中心发来的操控信息，对通风机的转速进行操控，然后完结体系的监和控。
考虑到实践的需求和处理器自身的处理才干，以及网络数据的传输压力。这儿没有选用实时视频传输的计划，转而选用既能满意对进行情况的实时监测又能充分运用体系资源减小功耗的计划：经过收集画面的办法抵达实时监控的意图。例如可以在规则的时间内屡次收集采煤作业面现场的画面（例如5帧/s），然后将收集到得画面进行图画紧缩处理，将处理后的数据上传到坐落地上的操控中心，在显现器上显现出采煤作业面的画面，然后完结对井下采煤作业面的监控。
经过将收集处理今后的数据实时的传输到地上操控中心，存储到数据库。科研人员调用数据库中的数据，并对其进行剖析，从中总结规则，然后找到更好的更安全的作业计划，然后更好的维护人员的安全和采煤区环境的安稳。
3.2.2板卡选用阐明
因为ATMEL公司出产的以AVR（R）32 UC内核为根底的EVK1100渠道，其MCU支撑３２位精简指令集（RISC），具有512K字节闪存， 并具有一个内置的10/100以太网媒体接入操控器（MAC），有一个SRAM/SDRAM外部总线接口，而它主频最高可达66MHz频率，并且还供给有完好的集成开发环境（IDE）。可以对其直接进行程序的烧写。此外板上还装备了LED矩阵，显现模块和足够多的外联接口等丰厚资源。正是因为它具有的这些特色，可以很好的满意本此规划的各个需求。经过在32位AVR MCU上移植优异的小型uC/OS-II体系，使得整个体系的资源得到更好的运用。
并且经过板上丰厚的外接接口，可以与克己的板卡进行衔接，然后进一步扩展体系的功用，例如针对各种被检信号的传感器，现场画面收集器、通风电机、井下压力主动报警装置、操控摄像头滚动等，都可以经过接口与体系结合在一起。并且该渠道自带以太网接口，可以便利的接入网络，完结信息经过网络进行的远距离传输的需求，一起经过必定的保密机制，可以经过任何一台接入网络的电脑实时的拜访井下的监控体系，便于长途监控的专家的辅导。
3.2.3体系器材运用清单
针对整个规划著作资源的分配，可以参见表3.2中的器材运用清单。
表3.2 器材运用清单
器材称号
用处
数量
器材称号
用处
数量
EVK1100板
处理中心
1
摄像头
截取图画
1
云台
操控摄像头滚动
1
电脑
存储/显现
1
电机
模仿通风机
1
报警器
宣布正告信息
1
瓦斯传感器
检测瓦斯浓度
若干
水位传感器
检测水位高度
若干
压力传感器
检测压力改动
若干
粉尘传感器
检测粉尘浓度
若干
电源
供给电压
1
网线
传输信号
若干
3.3体系软件架构
体系的软件全体架构如图3.3所示：
如图3.3所示，依据作业渠道的不同，咱们可以将软件的规划从全体上分为两部分，榜首部分首要是在下位机中嵌入了小型操作体系uC/OS-II的作业渠道，第二部分是运转WindowXP操作体系上位机的工台中以在下位机渠道上的体系开发为主。
在下位机作业渠道上，与3.1中硬件体系全体结构相对应的，咱们又可以将软件体系细分为四部分。这四部分别离为信号收集模块、信号处理模块、操控模块和网络数据传输模块。在信号收集模块首要完结的功用为信号的选通，即在约好的时间周期内顺次处理各个传感器或图画收集器传递过来的数据；如3.1中所述，这儿的信号处理模块也分为两部分：图画信号处理作为独自的一部分；瓦斯浓度信号、顶板压力信号、粉尘浓度信号和井下水位信号的处理办法类似，所以把它全体看作一部分；电机操控模块首要包含通风电机操控模块和摄像头的云台操控模块；在网络传输模块首要完结数据的上下传输，完结长途操控等功用。完结各个功用模块的程序经过uC/OS-II进行一致的调度。经过给底层硬件开发驱动程序，对上层软件屏蔽器材的距离，便利应用层各功用模块程序的完结，和经过操作体系供给的接口对最底层硬件的操控。
在上位机作业渠道上，借用上位机的显现设备和海量的存储空间，可以在依据微软的操作体系渠道WindowsXP上开宣布许多优异的软件并完结对从下位机传来的数据的存储。为了更好便于监控中心人员的检查，可以经过图形界面程序的规划增强人机的交互性和可观性。一起除了数据显现、数据存储和传递操控参数以外，还可以经进程序规划，调用存储在数据库中的数据对其进行剖析，进一步发掘潜藏在数据中的信息，从其间总结规则，为今后的安全作业发生作业供给重要数据，进一步进步井下作业的安全性和对周边生态环境的维护。
在这儿给出的仅是体系软件的全体结构框图，重要模块的程序完结流程将在3.4中论述。
3.4 体系软件流程
依据3.3的剖析，在软件的规划方面，首要分为下位机和上位机两个部分。嵌入式体系（下位机）与通用型计算机体系（上位机）比较具有许多不同点，首要嵌入式体系一般是面向特定用户群而进行规划的，一般具有低功耗、体积小、集成度高级特色，再次嵌入式体系的硬件和软件都必须高效率地规划，一起嵌入式体系自身一般不具备开发才干。因而嵌入式体系和通用计算机体系在软件规划和完结方面存在许多差异。下面咱们将别离论述在下位机和上位机上运转的各首要功用模块的规划流程，其间以下位机的解说为主。
3.4.1 uC/OS-II 体系操控模块
在下位机上，为了充分运用体系的资源，嵌入了一个老练、开源的嵌入式操作体系uC/OS-II 。在本次规划中，uC/OS-II 的首要功用如图3.4.1所示：
uC/OS-II是有美国嵌入式体系专家Jean.J.Labrosse编写的一款源代码敞开的实时嵌入式体系。与其他嵌入式操作体系体系比较，除具有源代码敞开的有点外，他的可移植性强、功用相对强壮，并且其安稳性与可靠性很高，因而本次规划选用这一款操作体系。
体系上电今后先运转自检程序，假如体系的功用模块出现反常，则发生报警信号，为了防止因宣布声音警报或许构成的惊惧，本次规划经过EVK1100自带的LED灯阵列来提示反常，作业人员可以经过LED灯阵列显现的不同信号快速的查询到问题的地点点，及时的扫除问题。
待判别体系各功用模块运转正常今后发动uC/OS-II。uC/OS-II可以大致分红中心、使命办理、时间处理、使命同步与通讯和CPU移植等五个部分。在本次规划中，这五个部分都将涉及到。如图3.4.1所示，uC/OS-II正常发动今后，开端执行使命调度、使命同步、内存办理和时间办理等功用模块。其间网络通讯功用在uC/OS-II中并没有供给，需求自己移植相关网络协议栈。在本次规划中，咱们挑选在uC/OS-II中移植lwip来完结TCP/IP协议栈。
lwip是瑞典计算机科学院的一个开源的TCP/IP协议栈完结，lwip是一个轻型的IP协议，有无操作体系的支撑都可以运转，其对内存的需求并不高，差不多几百字节的RAM和40K左右的ROM就可以运转，这使lwip协议栈适合在低端的嵌入式体系中运用。因而lwip可以很好的满意本次规划的对网络功用的需求。
3.4.2信号处理模块的软件规划流程
依据信号的特征和信号处理的办法，这一模块的完结首要可以分为两大部分：榜首部分为对传感器传来信号的处理，它们的信号处理流程类似，咱们一瓦斯信号的处理流程做例进行详解；第二部分为图画信号处理模块，不同于前面所说到的信号的处理办法，其规划到图画收集和紧缩等问题，因而咱们将其完结流程独自解说。
3.4.2.1非图画信号处理软件规划
（1）PID算法介绍
为了将瓦斯浓度坚持在一个正常的水平，要求体系可以承受地上操控中心的操控参数对通风电机进行操控，一起为了表现灵活性，要求体系在平常可以自我调控，削减人的作业量。本次规划选用PID操控器完结平常体系的自我调理。体系可以依据瓦斯的浓度主动调理通风电机的转速，一起又能确保在紧迫时间将操控权交给地上操控中心。PID算法操控原理如图3.4.2.1-1所示：
PID是份额、积分、微分的缩写，将误差的份额（P）、积分（I）和微分（D）经过线性组合构成操控量，用这一操控量对被控目标进行操控，这样的操控器就称为PID操控器。本次规划之所以挑选PID操控器，首要是考虑到PID具有以下长处：技能老练、易被人们了解和把握、不需求树立数学模型、操控效果好。
如图3.4.2.1-1所示，该体系有模仿PID操控器和被控目标组成。图中，r（t）是给定值，y（t）是体系的实践输出值，给定值与实践输出值构成操控误差e（t），有e（t）=r（t）-y（t）。e（t）作为PID操控器的输入，u（t）作为操控器的输出和被控目标的输入。
模仿PID操控器的操控规则为：
式3.4.2.1
其间：y（t） ——调理器的输出信号；
e（t） ——调理器的误差信号，它等于给定值与丈量值之差；
KP ——调理器的份额系数；
TI ——调理器的积分时间；
TD——调理器的微分时间。
在式3.4.2.1中，份额环节的效果是对误差瞬间做出快速反应。误差一旦发生，操控器当即发生操控效果，使操控量向削减误差的方向改动。积分环节的效果是把误差的堆集作为输出。在操控的进程中，只需有误差存在，积分环节的输出就会不断增大。直到误差e（t）=0，输出的u（t）才或许坚持在某一常量，是体系在给定值r（t）不变的条件下趋于稳态。微分环节的效果是安排误差的改动。它是依据误差的改动趋势（改动速度）进行操控。误差改动的越快，微分操控器的输出就越大，并能在误差值改动之前进行批改。微分效果的引进，将有助于削减超调量，战胜震动，使体系趋于安稳。
（2）瓦斯操控模块程序流程
瓦斯操控模块的流程如如图3.4.2.1-2所示：
本程序在采样时间抵达以时，才会翻开相关信号通道，在本模块中先收集瓦斯浓度信号，然后程序运转。
为了确保所规划产品的实用性和灵活性，答应其依据实践需求，因运用环境的不同或其它一些要素调理相应的初始参数。在程序的每次运转的开端都要检测是否有批改参数的恳求，若有则保存批改后的参数，然后收集经A/D转化后的瓦斯浓度信号。经过数字信号滤波今后，将有用的信号传寄给PID操控单元，并经过网络模块上传到上位机。
数字滤波具有高精度、高可靠性、可程控改动特性或复用、便于集成等长处。常用的数字滤波办法有管用平均值滤波、中位值滤波、惯性滤波、加权平均值滤波和限幅滤波。从实践需求，本次规划选用的是管用平均值滤波。公式如下所示：
管用平均值滤波可以对周期脉动的采样值进行滑润加工。可以进步本次规划所收集数据的精确度。
（3）主动闭环进程操控模块框图
主动闭环操控进程如图3.4.2.1-4所示
PID算法的基本概念现已在（1）中介绍过，如图3.4.2.1-4整个进程为一个闭环操控。经过瓦斯浓度传感器检测到的浓度信号，经过模仿信号处理电路今后过滤掉搅扰信号，然后经A/D转化器转化为便于MCU处理的数字信号。为了进步丈量的精确度需求对数字信号进行滤波处理。经过数字滤波处理后，进入PID操控单元，操控信息经过D/A转化后成为模仿信号，为了对执行机构构成有力的驱动需求对其进行扩大，因而添加了功率扩大模块。这儿执行机构首要指电机等电气设备，经过对其操控将被控目标（瓦斯）等操控在一个合理的规模，一起起到全体削减功耗的意图。
针对PID操控模块的程序完结，如图3.4.2.1-3所示。在本模块程序运转之前先要检测是否有来自于上位机的操控信号，若有，在越过PID运算模块直接对被控量进行操控，不然，经过收集到得相关数据，主动的计算出用于PID运算的相关参数，然后运用这些参数进行PID运算，并发生信号量对被控端进行操控，尽力使环境变量坚持在正常水平。例如瓦斯浓度过高则加大通机转速，如瓦斯浓度正常坚持通风机速率不变，若瓦斯浓度很低可以适度的下降通风机的转速以减小功耗。此外经过检测e（t）的巨细判别瓦斯浓度是否超越正常值，若超越则发生报警信号。
3.4.2.2 图画信号处理
为了更快更好的网络中的传输图画，需求对收集到的信号进行紧缩处理，紧缩后的图画在坚持不失真的情况下，可以下降网络流量，加速传输速度。
在归纳考虑对收集到的图画信号进行处理可以选用的各种算法后，咱们终究决议选用JPEG图画紧缩算法。经过JPEG图片紧缩算法可以将所收集到得图画紧缩成可以满意需求的数据格局，并且考虑到JPEG格局是运用最广泛的图片格局，它选用的是特别的紧缩算法，将不易被人眼发觉的图画颜色删去，然后抵达较大的紧缩比（可抵达2:1乃至40:1），有“身段娇小，容貌姣好”的美称，一起其算法在本次有限资源的开发渠道中可以得以完结，因而本次规划选用JPEG紧缩算法。
如图3.4.2.2-1所示，其所表达的是JPEG编码的整个作业办法的原理图，其流程首要为①颜色空间转化及采样，②正向离散余弦改动（FDCT）， ③量化（QuanTIzaTIon），④直流系数（dc）的差分编码、直流系数（ac）的zig-zag扫描及行程编码，⑤熵编码（Entropy Coding）。
如图3.4.2.2-2所示，为图画处理模块的全体流程图。守时周期抵达后，体系每次调用本程序模块运转时都要先检查是否有来自上位机的操控云台滚动的音讯。如有则依据其参数将摄像头滚动到适宜的视点，然后再进行现场画面的收集。体系每隔一段时间就收集一次经模仿信号处理单元处理今后再经A/D模块转化后的图片数据。然后将相关数据传寄到图片紧缩模块，完结对图画数据的编码处理。这样使得图画的数据更小、更简单在信道上传达、也便利对图画的保存和检查。经紧缩编码处理后的图画数据经过网络传输模块送至上位机，上位机经过相应的JPEG解码程序就可以完结对紧缩图片的正常显现，并将相关数据进行存储以备今后查询。整个JPEG图画紧缩算法的详细完结流程参见图3.4.2.2-3。
3.4.3上位机首要功用模块的软件完结
在上位机的各功用模块中，首要的功用模块便是对数据的剖析和显现。其程序流程框图如图3.4.3所示：
程序正常运转今后，在平常的作业形式下（大多数时间内）体系仅是接纳来自下位机的数据，然后将数据存储到数据库中并在屏幕上显现出来便于地上监控中心作业人员的检查。一起也可以调用数据库中的数据进行剖析，并将成果在屏幕上显现出来。
假如下位机传来的是报警信号，则体系除了存储和显现相关信息外，还会发动地上紧迫报警装置，提示监控中心的人员井下发生紧迫情况，可以让相关人员及时采纳办法，将或许构成的损害降到最小。
当程序检测到有操控信号发生今后，当即经过网络给下位机发送强制操控信号，辅导下位机完结操控动作。完结长途监控的效果。
3.5 体系估计完结成果
依据前面得剖析，本次规划可以成功的完结预订的功用，且满意相关的功用要求。终究所完结的著作可以及时的对瓦斯浓度、顶板压力、粉尘浓度、水位和现场画面等信息进行收集，并且经过相应的针对各种信息的成型模块处理今后，将成果实时传输到坐落地上的监控中心。并且依据某些特别需求，其它衔接在网络上的经过验证的主机也可以获得这些信息。当检测到得信号出现反常时，例如超出某个依据实践情况预设的规模后，体系自身除自我调控以外还可以及时的宣布报警信息，提示井下作业人员当即撤离，并由监控中心的作业人员及时做出布置，尽量将丢失尽量下降到最低。
上位机程序的运转预期界面如下图所示：
