1、I目 录1 引言 .12 方案论证 .42.1 方案 1采用 A/D 和 D/A 转换的数字无线视频监控系统 .42.2 方案 2数字和模拟结合的无线视频监控系统 .53 系统概述 .74 单元电路设计 .84.1 射频发射电路 .84.2 射频接收 .84.3 数字无线发射电路 .94.3.1 C8051F310 单片机介绍 .94.3.2 nRF905 芯片介绍 .134.3.3 数字无线发射硬件电路 .174.3.4 液晶显示电路 .194.4 数字无线接收电路 .234.5 电源电路 .244.5.1 +5V 电源电压设计 .244.5.2 +3.3V 电源电压设计 .244.5.3
2、蓄电池 .255 软件设计 .265.1 数字无线发射电路程序设计 .265.1.1 发射电路程序 .265.1.2 液晶显示电路程序 .265.2 数字无线接收电路程序设计 .286 测试结果 .30结 论 .31参考文献 .32附录 A 无线发射电路 .33附录 B 无线接收电路 .34II附录 1 发射程序 .35附录 2 液晶程序 .40附录 3 接收程序 .61致 谢 .67天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计11 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
3、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。在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。目前，视频监控系统正处在数控模拟系统 1与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。数字信号控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加 PC 机的多媒体管理和基于 PC 机实现对矩阵主机的切换控制及
4、对系统的多媒体管理两种类型。80 年代是微处理器的年代，视频监控系统利用微处理器固件发展的矩阵切换器，将原来分散的全硬件视频监控系统微型集中化，如将视频切换、对前端的控制等功能集合一起，一机处理，是技术上的一个突破。自备微处理器的矩阵主机可通过 PC 机的图形管理软件实现以下功能：（1）对单一工作站之中的视频监控、出入口控制、内部通讯、报警等进行综合全面控制(注：只能提供一个简单的、可增强系统控制功能的用户界面，但不能代替矩阵主机的安防配置和编程能力)；（2）任意一台工作站可通过网络，控制其它工作站所连接的矩阵主机、报警设备，完成视频切换、云台、镜头控制及报警联动等；（3）可通过软件实现对众多
5、矩阵主机和报警接口软件模块的控制。基于 PC 机的视频监控系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切换，云台和镜头的控制，通过串口连接报警设备的报警信息，并通过程序编程自动完成视频切换、云台控制、报警联动、报警录像等各项控制功能。系统能充分利用 PC 机的资源，使视频监控系统随电脑技术的发展而不断进步，同时其开放性的结构特性更可使之与其它多种系统如与消防报警系统、出入口管理系统、楼宇自控系统等实现互动集成。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天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计
6、2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。90 年代末，随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、数字视频监控系统迅速崛起，现今市场上有两种数字视频监控系统类型，一种是以数字录像设备为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入式视频 Web 服务器为核心的视频监控系统 2。视频监控系统的发展方向前端一体化、视频数字化、监控网络
7、化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。被广泛运用于商业领域、金融领域、教育领域、高危领域、个人领域等。许多书籍都对无线电系统有一定的介绍，但是没有相关的书本详细的介绍无线视频监控这一部分的内容。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，本毕业设计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
8、收等模块完成电路的设计。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 3SPI0 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
9、时监控。经过对无线视频监控系统的设计，让我们更好的熟悉 C8051F310 单片机和 89S52 两款单片机，而且对C8051F310 这款在校园里运用还不是很多的单片机有很好的掌握。在使用 89S52 单片机控制液晶显示电路时，可以对以往学习过的 51 系列单片机进行巩固；对 HY-12864 液晶显示电路的硬件和软件有一个充分的认识。本设计内容丰富、信息量大、涵盖技术领域宽广、资料齐全、实用性强，为了便于理解和应用，论文中详细介绍了设计方面的所有要点，并且附带了电路原理图和所有的相关程序。可以对无线控制方面的得到了解，同时，对两款单片机的实际天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计3应
10、用能够更好的掌握。参考硬件电路及源程序进行调试，对系统的设计方法有一个明确的概括。将毕业设计实物更好的运用于实际中，与生活紧密的联系起来。毕业设计无线视频监控系统是大学生运用自己所学的专业和理论知识联系实际的一个很好的课题。天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计42 方案论证无线视频监控系统运用广泛,使用的环境各不相同, 而且无线视频监控系统的种类比较多，根据具体的情况可以选用不同的设计方案。可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。本设计要求通过单片机控制，对摄像头进行无线实时控制，达到不同角度的监控功能。2.1 方案 1采用 A/D 和 D/A 转换的数字无线视
11、频监控系统摄像头将所采集到的图像信号经过内部的转换电路转换成视频信号传给高速A/D，高速 A/D 负责把摄像头输出的模拟电压信号转换成对应的 8 位数据量 4。C8051F310 单片机控制高速 A/D 的采集开始与结束，将转换后的 8 位数据量传给单片机。单片机是整个系统的中心环节，它将从 A/D 取得的数据信号经过处理后送给无线发射模块进行调制发送。键盘对无线发送模块进行发射控制。详见图 2-1 A/D转换无线发射框图。图 2-1 A/D 转换无线发射框图无线接收模块把接收到的信号进行解调，再把解调后的 8 位数据量传给C8051F310 单片机。单片机通过指令控制高速无线接收模块的开始与
12、结束。将所得到的数据量经过运算处理后送给高速 D/A，其将数据量转换成对应的模拟量，然后送给显示设备。从而达到了监控的功能。详见图 2-2 D/A 转换无线接收框图。图 2-2 D/A 转换无线接收框图键盘C8051F310 单片机高速 A/D 无线发射摄像头无线接收 高速 D/A 显示键盘C8051F310 单片机天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计5此方案处理速度快，功能和可靠性强，视频中分辨率高，可以控制距离远，达到很好的效果，使用范围广。但是，电路通过信息采集、数据处理、传输、系统控制等部分组成，硬件电路结构复杂，需要使用高速的单片机和高速 A/D 与 D/A 转换芯片，电路实
13、现和调试都相当困难。各芯片成本高，适用于专业场合，不便于毕业设计。2.2 方案 2数字和模拟结合的无线视频监控系统此方案采用射频无线发射、射频无线接收、数字无线发射、数字无线接收四部分组成。C8051F310 单片机从键盘取得的数据信号经过处理后送给无线发射模块进行调制发送。键盘经过 C8051F310 单片机可以对无线发射模块 nRF905 进行控制。AT89S52 单片机通过键盘在液晶上显示对应的控制信息。视频显示设备将接收到的射频信号解调成视频信号并显示，从而达到了监控的功能。详见图 2-3 框图。图 2-3 射频无线接收和数字无线发射框图摄像头采集图像信号 5，通过内部转换电路转换成视
14、频信号输出到调制电路。调制电路的设计：电容三点式振荡电路产生 56MHz 正弦信号和 AV 信号调制，得出射频信号，送入到射频放大器 UPC1651 放大后发送出去。nRF905 无线接收模块把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摄像头电机的转向。详见图 2-4 框图。图 2-4 射频无线发射和数字无线接收框图调制数字无线接收C8051F310 单片机摄像头 高频放大箭头显示电机转向 本振AT89S52 单片机射频无线接收液晶显示C8051F310 单片机键盘视频显示数字无线发射天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计6此设计电路简单
15、，容易实现，使用范围广，对于银行、煤矿等安全地带可以很方便控制摄像头的电机进行检测。功耗低、软件编程较简单，nRF905 芯片的体积小、整个系统成本低。用单片机来实现无线视频监控系统，充分利用了单片机的资源。同时使用 C8051F310 单片机和 nRF905 芯片一起控制,非常符合我们的设计思路，所以本设计采用方案 2。天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计73 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
16、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 3-1 所示系统框图。图 3-1 系统框图数字无线
17、接收解调数字无线调制发射C8051F310 单片机C8051F310 单片机AT89S52 单片机电源键盘液晶显示数据信息射频调制发射射频接收摄像头采集输出视频信号控制字控制字天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计84 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。4.1 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
18、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 4-1 所示射频发射电路。R83.3KR6470C94pFC107pFC87pFC74pFQ29018R94.7KL2R1470R55.6KR7 2.2KC6102pFC5102pFC315pFC410uD1D212JP1R2100 12345T1+6V132 4U1UPC1651Q1C1970C215pFL110mH+12VR322R410KRP150K C115pF发发发E1发发发发图 4-1 射频发射电路4.2 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。
