隨著通信、單片機(jī)處理能力以及各種視頻處理技術(shù)的提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的越來越快，其中視頻傳輸采用有線方式具有傳輸穩(wěn)定，畫面清晰等特點。但是，由于這種方式成本高、維護(hù)不方便，且在有些特殊的區(qū)域受條件所限，布線困難甚至無法布線，其使用范圍受到很大限制。而無線傳輸技術(shù)因具有使用靈活、攜帶方便、可移動、低成本等優(yōu)點，在視頻監(jiān)控、傳輸，緊急現(xiàn)場救援和軍事通信等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。
文中基于CC1100無線傳輸模塊和PTC08串口攝像頭模塊設(shè)計并實現(xiàn)了一種無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在環(huán)保監(jiān)測、智能儀器儀表監(jiān)控、車輛管理監(jiān)控、圖像采集等領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)由信號采集設(shè)備、采集端處理器、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、接收端處理器、信號輸出設(shè)備構(gòu)成，如圖1所示。
視頻信號采集設(shè)備通過攝像頭模塊捕捉場景圖像，經(jīng)其內(nèi)部處理器轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字視頻圖像，為視頻圖像處理提供數(shù)據(jù)。采集端處理器負(fù)責(zé)存儲和處理信號采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)和其他節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，同時可協(xié)調(diào)與其他節(jié)點之間通信。線收發(fā)模塊主要負(fù)責(zé)與其他節(jié)點通信，接收、發(fā)送數(shù)據(jù)和交換控制信息。接收端處理器負(fù)責(zé)存儲和處理其他節(jié)點發(fā)送的視頻、圖像數(shù)據(jù)，也可協(xié)調(diào)與其他節(jié)點之間通信。視頻信號輸出設(shè)備即將接收端處理器發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)還原成原場景圖像。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
2．1 CC1100及PTC08簡介
CC1100是一款低成本單片UHF收發(fā)器，專為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計。它主要是為315、433、868和915 MHz的ISM和SRD設(shè)備所設(shè)計，可以編程工作在300～1 000 MHz范圍之間的任一頻率上。具有抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸速率高、誤碼率低等優(yōu)點，支持透明的數(shù)據(jù)傳輸及DL／645規(guī)約。在發(fā)射狀態(tài)下，其發(fā)射功率可編程調(diào)節(jié)，其最大發(fā)射功率達(dá)到10 dBM。
PTC08串口攝像頭是集圖像采集、拍攝控制、數(shù)據(jù)壓縮、串口傳輸于一體的工業(yè)級圖像采集處理模塊。標(biāo)準(zhǔn)三線式RS-232通信接口、簡單的圖像傳輸協(xié)議，使模塊可以方便地實現(xiàn)與電腦以及各種嵌入式系統(tǒng)的連接。
2．2 硬件電路設(shè)計
CC1100的工作狀態(tài)有IDEL(待機(jī))、RX(接收)、TX(發(fā)送)，同時支持遠(yuǎn)程喚醒功能，這樣可以降低功耗。主要的引腳為VCC電源輸入(1．9～3．6V)、SI數(shù)據(jù)輸入、SO數(shù)據(jù)輸出、SCLK時鐘輸入、GD00和GD02為數(shù)字輸出供測試系統(tǒng)使用，CSN為芯片片選信號。芯片內(nèi)置64 Byte的TX和RX緩沖器。文中設(shè)計了圖2所示的無線電路。數(shù)據(jù)操作通過STC11F32XE單片機(jī)的SPI口進(jìn)行。
對本系統(tǒng)來說，PTC08串口攝像頭模塊與微控制器采用串口通信方式。微控制器通過其RX端向PTC08發(fā)送拍照的一系列指令，攝像頭模塊采集完數(shù)據(jù)，收到發(fā)送數(shù)據(jù)指令后，會通過其TX端口將圖像數(shù)據(jù)送至微控制器。CC1100-232收到數(shù)據(jù)時，會自動將數(shù)據(jù)從串口送至接收端處理器。微控制器、PTC08和CC1100模塊間的接口示意圖如圖3所示。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)采用單片機(jī)、無線收發(fā)模塊及串口攝像頭模塊來實現(xiàn)，下位機(jī)軟件采用匯編語言編寫，上位機(jī)軟件編程采用VC++語言。在實際操作過程中，可通過上位機(jī)程序?qū)㈩A(yù)先定義好的指令發(fā)送到采集端處理器，控制采集模塊動作，獲取圖片數(shù)據(jù)；采集端處理器會利用無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)傳至接收端處理器，進(jìn)而在上位機(jī)上恢復(fù)出JPEG圖片。
3．1 PTC08模塊初始化配置
PTC08模塊上電之后，延時2．5 s，微控制器向其發(fā)送一系列控制指令，包括復(fù)位、設(shè)置圖片大小、壓縮率、拍照、讀取數(shù)據(jù)，停止拍照等。根據(jù)模塊與微控制器的通信協(xié)議，微控制器將PTC08模塊復(fù)位的匯編語言部分代碼如下(前提是上位機(jī)已將復(fù)位指令數(shù)據(jù)56 00 26 00分別存入微控制器RAM的70H至73H單元中)：
PTC08模塊在收到此復(fù)位指令后，會向微控制器發(fā)出7600 26 00，表示模塊復(fù)位成功。模塊其他指令數(shù)據(jù)可在其數(shù)據(jù)手冊中查詢。
3．2 上位機(jī)軟件設(shè)計
圖4為獲取圖片的上位機(jī)軟件流程圖，其狀態(tài)及函數(shù)描述如下。
1)空閑狀態(tài)
采集端攝像頭模塊處于待機(jī)狀態(tài)。
2)同步狀態(tài)
當(dāng)采集端攝像頭模塊接收到拍照指令時，攝像頭模塊將進(jìn)行一次同步操作，以確保其可用。此狀態(tài)使用函數(shù)如下：
Public void vSynchronize(void)；此函數(shù)最多可連續(xù)執(zhí)行60次。若函數(shù)在執(zhí)行期間，UART接收到0XAA，0XOD，0X0E，0X00，XX(XX為任意)數(shù)據(jù)序列，則表示攝像頭模塊同步信號已經(jīng)被確認(rèn)成功。若函數(shù)連續(xù)執(zhí)行60次后，UART仍末接收到從攝像頭模塊發(fā)出的確認(rèn)信號，則需重新配置采集模塊。
3)參數(shù)設(shè)置狀態(tài)
根據(jù)生成圖片指令，需對攝像頭模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括圖片大小、壓縮率以及輸出圖片數(shù)據(jù)包的大小。此過程使用函數(shù)如下：
PUBLIC void vlnitialCamera(void)；
PUBLIC void vSetPKGSzie(void)；如果采集模塊來發(fā)回確認(rèn)信息，需對其重新配置。
4)數(shù)據(jù)接收狀態(tài)
一旦參數(shù)設(shè)置完成之后，外部控制器將發(fā)出“開始圖片獲取”指令，攝像頭模塊會自動進(jìn)行圖片數(shù)據(jù)的獲取與轉(zhuǎn)換。根據(jù)之前設(shè)置的參數(shù)，連續(xù)輸出圖片數(shù)據(jù)包。但是，每個網(wǎng)片數(shù)據(jù)包從攝像頭模塊發(fā)出之后，接收端處理器均需要返回一個確認(rèn)包，之后才可以獲得下一包數(shù)據(jù)。此過程使用函數(shù)如下：
PUBLIC void vGetPKG(void)；
圖片數(shù)據(jù)的還原將由上位機(jī)軟件直接完成，將確認(rèn)包返回給采集端處理器的函數(shù)為：
PUBLIC void vSetPKTACK(uint16 u16PktCounter)；
其中u16PktCounter是指下一個要獲取數(shù)據(jù)包的編號。若上位機(jī)界面長時間內(nèi)沒有獲得數(shù)據(jù)，上位機(jī)系統(tǒng)則自動重新配置采集模塊。
5)圖片接收完成狀態(tài)
當(dāng)外部控制器給出“開始轉(zhuǎn)換”的指令之后，第一個輸出的數(shù)據(jù)包里已經(jīng)包含了圖片數(shù)據(jù)的確切大小。因此，在這個階段，如果成功獲取的數(shù)據(jù)大小等于第一個數(shù)據(jù)包給出的圖片數(shù)據(jù)大小，說明圖片數(shù)據(jù)已經(jīng)完整的從攝像頭模塊傳出，攝像頭模塊重新進(jìn)入空閑狀態(tài)，等待下一個拍照指令。
遠(yuǎn)程客戶端采用監(jiān)控管理軟件，通過對串口、波特率、圖片大小等參數(shù)的設(shè)置，發(fā)送遠(yuǎn)程監(jiān)控指令，接收視頻采集模塊的信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、接收、存儲和顯示，將采集的圖片信息以直觀方式呈現(xiàn)給監(jiān)控人員。測試結(jié)果如圖5所示。
4 結(jié)論
該系統(tǒng)采用微控制器、無線收發(fā)模塊及串口攝像頭模塊PTC08實現(xiàn)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對其原理及軟硬件實現(xiàn)方法進(jìn)行了簡要說明。經(jīng)測試表明，系統(tǒng)簡單可靠、功耗小、成本低，抗干擾能力強(qiáng)；由于CC1100無線收發(fā)模塊傳輸數(shù)據(jù)速度低，無法實現(xiàn)真正的實時傳輸，可應(yīng)用于實時性要求不高的場所。
