无线视频监控系统的设计.docx
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无线视频监控系统的设计.docx
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无线视频监控系统的设计
摘要
随着人口的增长,商场、剧院、火车站及大型会展中心等公共场所关于安防系统中对安保的需求也越来越大。
而为了降低该类营业性公共场所的营业成本,引进无线视频监控系统可以为使用者大大节省经营成本,并且存档的无线视频便于后续的管理与维护。
而一般的无线视频监控系统都是由网络摄像机和PC监控管理软件组成。
基于无线视频监控系统发展迅速更新、升级及应用广泛等这些特点,本论文主要对模拟信号数字化控制,使其推向数字化的应用领域来进行研究。
运用C8051F310单片机控制进行数据信息无线传送,通过高频调制电路对射频图像信息进行无线传送。
电路主要采用射频无线发射、射频无线接收、数字无线发射、数字无线接收等模块完成电路的设计。
关键词:
无线视频监控系统,C8051F310单片机,模拟信号
Abstract
Withthegrowthofthepopulation,shoppingmalls,theaters,railwaystationandlargeconferenceandexhibitioncenteronsecuritysystemsinpublicplacessuchastheneedforsecurityisbecomingmoreandmorebig.Andinordertoreducetheoperatingcostofthiskindofcommercialpublicspace,theintroductionofwirelessvideomonitoringsystemcangreatlyreduceoperatingcostsforusers,andarchivingofwirelessvideoisconvenientforthefollow-upmanagementandmaintenance.AndgeneralwirelessvideomonitoringsystemiscomposedofnetworkvideocameraandPCmonitoringmanagementsoftware.Basedonthewirelessvideomonitoringsystemisdevelopingfastupdate,upgradeandapplicationwidely,etc.Thesecharacteristics,thispapermainlydiscussestheanalogsignaldigitalcontrol,makeitintoadigitalapplicationfieldforresearch.UsingC8051F310MCUcontroldatawirelesstransmission,throughthehighfrequencymodulationcircuitofrfwirelesstransferimageinformation.Circuitmainlyadoptsradiofrequencywirelesslaunch,rfwireless,digitalwirelessreceiver,digitalwirelessreceivingmoduletocompletethedesignofthecircuit.
Keywords:
WirelessvideomonitoringsystemC8051F310MCUAnalogsignal
1引言
无线视频监控系统是安全防范系统的组成部分,它是一种防范能力较强的综合系统。
无线视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。
近年来,随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展,视频监控制技术也有长远的发展。
随着微处理器、微机的功能、性能的增强和提高,多媒体技术的应用,系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化,视频监控系统的构成更加方便灵活、与其它技术系统的接口趋于规范,人机交互界面更为友好。
但由于视频监控系统中信息流的形态没有变,仍为模拟的视频信号,系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络,介质专用的特点,因此系统尽管已发展到很高的水平,已无太多潜力可挖,其局限性依然存在,要满足更高的要求,数字化是必由之路。
本设计中运用了nRF905收发模块,此模块提供了SPI接口方便与C8051F310单片机的SPI口连接。
nRF905单片无线收发器工作在433MHZ,通过SPI接口进行编程配置,从而工作在消耗很低的电流状态。
C8051F310单片机的增强型串行外设接口[3]SPI0提供访问一个全双工同步串行总线。
SPI0可以作为主器件或从器件工作,使用4线主方式。
通过C8051F310单片机SPI串口进行编程控制视频头的转向,同时,通过89S52单片机控制液晶显示电路;再运用射频发射与射频接收电路,将图像信息显示在电视机上,达到对周围事件进行实时监控。
2系统概述
本设计主要完成的任务是将摄像头将所采集到的图像信号经过其内部的转换电路转换成视频信号,送入射频调制发射电路(即通过调制电路把摄像头输出的模拟电压信号和本振信号调制出射频信号,经放大后发送)。
射频接收器将射频调制发射电路发射过来的射频信号还原成图像并进行显示,从而实现了监控的功能。
发射端的C8051F310单片机通过键盘对数字无线发射模块的开始与结束控制。
C8051F310单片机把控制字和所要传送的数据信息分别写入nRF905发射模块进行调制发送。
同时,AT89S52单片机通过键盘在液晶上显示对应的控制信息。
在数字无线接收端,首先,接收端的C8051F310单片机把控制字写入nRF905数字无线接收模块,然后其将接收到的信号进行解调,把解调后的数据信息传给C8051F310单片机,单片机通过指令控制电机转向。
本设计主要组成部分具体如图2-1所示系统框图。
图2-1系统框图
3单元电路设计
按照系统设计功能的要求,确定设计系统硬件电路由射频发射、射频接收、数字无线发射、数字无线接收和电源电路五大模块组成。
各电路模块的设计如下。
3.1射频发射电路
射频发射电路通过电容三点式产生56MHz的频率[6],而图像信号经过摄像头采集,通过摄像头的内部电路转换为模拟电压信号,从JP1端送入,通过二极管调制电路,调制电路负责把摄像头输出的模拟电压信号和本振信号混出射频信号,射频信号经过uPC1651集成运算放大器和共发射级电路放大后发送。
其中uPC1651是电视天线放大器专用集成电路,是一块超高频、宽频带(频率带宽为1200MHz)、低噪声,功率增益大(19dB,f=500MHz)的高频线性放大电路。
如图3-1所示射频发射电路。
图3-1射频发射电路
3.2射频接收
射频接收部分主要是电视机的接收,通过电视台的VHL波段[7]进行摄像头采集的56MHz的AV信号在电视机显示器上显示。
3.3数字无线发射电路
由于单片机具有体积小、结构简单、易于掌握、可靠性高、价格低廉、功耗低、控制功能强及应用灵活等优点,本设计中的数字无线发射和数字无线接收主要是通过C8051F310单片机的串行外设接口总线SPI(SerialPeripheralInterface)和nRF905发射与接收模块的SPI总线进行电路的控制,52系列(AT89S52)单片机主要负责HY-12864液晶显示电路的控制。
3.4数字无线接收电路
无线接收电路同样有C8051F310单片机和nRF905收发模块组成,只是此时的nRF905芯片通过软件置为接收。
在接收电路中,有两路箭头指示灯和一个直流电机,C8051F310单片机通过nRF905芯片接收到的信号进行软件编程控制,检测在P2.0和P2.1输出高低电平控制直流电机的转向(直流电动机是可逆的,实质上是一台装有换向装置的交流电动机。
带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩,推动转子转动起来,f=BiL。
)同时检测P3.0和P3.1输出高低电平使箭头指示灯亮与灭。
4软件设计
硬件电路的设计实现的最高层次是通过软件编程来实现预想的控制和运行效果。
单片机的编程语言可以是C语言和汇编语言,而汇编语言产生的目标代码短,占用的存储空间小,执行速度快,能充分发挥单片机的硬件功能。
因此,本设计采用汇编语言来进行编程。
4.1数字无线发射电路程序设计
数字无线发射电路通过两片单片机对电路的各部件进行控制,C8051F310单片机通过编程主要控制电路中的 nRF905发射模块,AT89S52单片机由编程控制HY-12864液晶的显示。
4.1.1发射电路程序
根据C8051F310单片机的内部性能以及SPI总线的功能,运用此单片机的指令进行汇编语言编程,按照按键的具体情况,使单片机的P2.0、P2.1和P2.2口输出不同的高低电平。
当P2.2=1(S4按键按下)时,电路开始工作;当P2.0=1(S2按键按下)时, nRF905发送寄存器地址和数据0AH;当P2.1=1(S3按键按下)时, nRF905发送寄存器地址和数据04H。
即C8051F310单片机通过SPI接口,按时序把地址和要发送的数据送传给nRF905,通过nRF905发送出去。
4.1.2液晶显示电路程序
在无线发射电路中还用AT89S52单片机通过指令[15,16,17]对HY-12864液晶进行了控制。
当无按键按下时液晶上显示“电子工程系应教0201班杨丽”,再根据按键按下的情况具体设计程序,按不同的键,在液晶上显示不同的字符。
当按S4时,P1.2=1,液晶上显示“电子工程系应教0201班杨丽请输入方向”,等待电路其它按键工作(即如果此键无按下时,按其他任何键都将无效)。
当按S2时,P1.0=1,液晶上显示“电子工程系应教0201班杨丽向右→”;当按S3时,P1.1=1,液晶上显示“电子工程系应教0201班杨丽←向左”;由于液晶模块内部的结构和特点,需要对液晶显示控制驱动器的应用[17]非常的了解,这样编程就很简单了。
图4-1数字无线发射流程图
图4-2液晶显示流程图
4.2数字无线接收电路程序设计
数字接收电路相对发射电路要简单,编程思路同发射电路类似。
主要是将nRF905所接收到的信息通过编程进行比较,将C8051F310的P2.0、P3.0同时输出相同的电平,而P2.1和P3.1输出与P3.0和P2.0相反的电平。
即当P2.0=1、P3.0=1、P2.1=0、P3.1=0,使对应的三极管Q4、Q5、Q11和Q8同时导通,Q3、Q6、Q10和Q7同时截止,电机向左转,对应的白二极管闪烁5次发光(即在P2.0=1期间P3.0电平由高变低5次);当P2.0=0、P3.0=0、P2.1=1、P3.1=1,使对应的三极管Q4、Q5、Q11和Q8同时截止,Q3、Q6、Q10和Q7同时导通,电机向右转,对应的绿二极管闪烁5次发光(即在P2.1=1期间P3.1电平由高变低5次)。
图4-3数字无线接收流程图
5测试结果
设计完成后,给系统上电,电视机上显示摄像头所采集到的图像信号,而在液晶显示屏显示结果如图5-1所示。
图5-1无键时液晶显示
当数字无线发射电路中的S4按键按下时,液晶的最后一行显示请“输入方向”;S2按键按下时,液晶的最后一行显示“向右→”;S3按键按下时,液晶的最后一行显示“←向左”。
如图5-2~5-4所示。
图5-2S4按下液晶显示图5-3S2按下液晶显示图5-4S3按下液晶显示
数字无线接收端,在发射端S2按键按下时,对应的绿发光二极管闪烁5次,电机向右转;在发射端S3按键按下时,对应的白发光二极管闪烁5次,电机向左转。
射频接收端是电视机显示,在电视上可以显示不同角度的摄像头采集的信号。
而且测试到发射接收距离在8米左右。
调试分为硬件调试和软件调试。
硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。
射频发射与接收可以不进行视频显示。
另外可以通过软件来调试硬件,如为了测试显示电路连接是否正确,可以编写一个简单的显示程序在液晶上显示来测试它。
通过软件编程来检测数字无线发射电路的数据是否在数字无线接收端接收到。
结论
本设计主要以室内的视频监控系统为例,论述一般视频监控系统的工作原理和设计方法。
本文首先介绍了视频监控系统的组成结构及工作原理,将视频监控系统分成了四个部分,并对各个组成部分的作用进行了说明,然后详细说明了视频监控系统的工作原理。
其次说明了视频监控系统的设计方法。
最后一部分说明了通信系统的设计方法,研究了通信接口的设计,以及控制系统与上位机的通信问题,并设计出了主机和从机的通信软件和程序流程图。
由于无线视频监控电路的复杂性,实现方法的多样性,运用的广泛性,又因为视频监控系统是安全防范技术体系中一个重要的组成部分。
目前这种系统的应用在我国发展极快,市场竞争激烈。
随着计算机技术的高速发展,整个系统向着数字化、网络化、集成化的方向发展。
而本设计主要对监控的短距离范围内应用,存在着局限性,因为没有与网络的联系起来,网络连接关系到一定的协议和指令,而且提高了设计的复杂性,给设计增加内容的同时也给调试带来了困难,本次毕业设计由于时间的关系没有结合网络这一部分的内容来进行设计。
但是,并不阻止无线视频监控系统的发展。
联系网络,无线视频监控系统的发展是光明的。
各个领域都需要它,随着社会的发展,它的前景是无量的。
参考文献
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清华大学出版
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