[摘 要] 攝像機(jī)在安防、交通監(jiān)視領(lǐng)域已廣泛使用，為檢驗(yàn)攝像機(jī)畫面捕捉速度的能力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，本文提出基于AVR單片機(jī)的攝像機(jī)幀速測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用LED數(shù)碼管和攝像機(jī)同步工作的方法，來檢驗(yàn)攝像機(jī)質(zhì)量，此系統(tǒng)具有低功耗、運(yùn)行可靠、使用方便的特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞] 攝像機(jī) 幀速測試 AVR單片機(jī)

隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和技術(shù)突飛猛進(jìn)，公共秩序、生產(chǎn)、財(cái)產(chǎn)等安全問題越來越受到人們的重視，從而使以視頻信息為特征的視頻監(jiān)控更為廣泛地被應(yīng)用在各行業(yè)領(lǐng)域。模擬攝像機(jī)+數(shù)字硬盤錄像機(jī)+計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這是目前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。通過設(shè)定端口、網(wǎng)關(guān)和路由，現(xiàn)場的數(shù)字硬盤錄像機(jī)作為服務(wù)器，在遠(yuǎn)程客戶的計(jì)算機(jī)上安裝專用監(jiān)控軟件或插件，用戶便可通過互聯(lián)網(wǎng)看到千里之外的現(xiàn)場。

由于不同的使用環(huán)境需要使用不同規(guī)格的攝像機(jī)，而評(píng)價(jià)一個(gè)攝像機(jī)畫面捕捉能力是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)則需要通過幀速測試來檢驗(yàn)。幀速定義為：動(dòng)態(tài)畫面每秒鐘展現(xiàn)的幀數(shù)，用于衡量視頻信號(hào)傳輸?shù)乃俣取Ｔ谝曨l監(jiān)控產(chǎn)品經(jīng)歷了模擬時(shí)代、數(shù)字時(shí)代、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展后，現(xiàn)在已經(jīng)逐步走入了高清時(shí)代。

幀速測試用于檢測不同種類攝像機(jī)是否達(dá)到速率質(zhì)量要求，本測試系統(tǒng)是基于AVR單片機(jī)，來為多種不同幀速的攝像機(jī)提供檢測。

一、攝像機(jī)幀速測試原理

測量原理如圖1所示，通過AVR單片機(jī)控制數(shù)碼管，并按照不同幀速的頻率依次點(diǎn)亮數(shù)碼管a-f位并循環(huán)，就是循環(huán)點(diǎn)亮“0”的各個(gè)段碼，之前的方案是數(shù)字0~9循環(huán)，然后觀察數(shù)碼管變化，但是由于余輝效果，不適合此系統(tǒng)設(shè)計(jì)，故選擇“0”循環(huán)方案，例如12.5幀則是讓數(shù)碼管每秒變化12.5次，再通過被測試攝像機(jī)捕捉數(shù)碼管圖像，通過播放軟件觀看被攝像機(jī)記錄的數(shù)碼管圖像是否全部記錄，如有遺漏則說明產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

圖1 幀速測試系統(tǒng)原理圖

本文采用PC式硬盤錄像機(jī)，這種構(gòu)架的DVR以傳統(tǒng)的PC機(jī)為基本硬件，以Win98、Win2000、Win XP、Vista、Linux、為基本軟件，配備圖像采集或圖像采集壓縮卡，編制軟件成為一套完整的系統(tǒng)。PC機(jī)的硬件更新?lián)Q代速度快，因而PC式DVR的產(chǎn)品性能提升較容易，同時(shí)軟件修正、升級(jí)也比較方便。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)

AVR單片機(jī)具有RISC精簡指令集，片內(nèi)資源豐富，接口強(qiáng)大，價(jià)格低廉等優(yōu)勢，采用哈佛結(jié)構(gòu)，處理速度快。

本系統(tǒng)使用AVR單片機(jī)ATmega16L，具有131條機(jī)器指令，32個(gè)8位通用工作寄存器，片內(nèi)含有較大容量的非易失性的程序和數(shù)據(jù)村存儲(chǔ)器，以及JTAG接口， 符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能用于芯片檢測；I/O口驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，本文采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管；數(shù)碼管采用紅色SDM-S10012 A-B并加1K貼片電阻限流保護(hù)電路；使用四個(gè)發(fā)光二極管來指示不同幀速，1K貼片電阻限流保護(hù)電路；穩(wěn)壓器L7805可將12V電源轉(zhuǎn)換為5V電源，近電源端放置貼片電容，達(dá)到濾波效果；貼片式按鍵開關(guān)用來切換不同幀速檔；雙列插針，用于JTAG下載程序；12V電源以及J-TAG仿真器，用于調(diào)試下載程序。幀速測試電路原理圖如圖2所示。

圖2 幀速測試電路原理圖

2.系統(tǒng)PCB板設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用ATmega16L單片機(jī)TQFP貼片式封裝以達(dá)到減小系統(tǒng)尺寸。幀速測試工裝按照模具規(guī)定尺寸制作，裝配成功后加保護(hù)罩提供保護(hù)。由于本系統(tǒng)沒有高速器件，兩層板足以滿足要求。使用示波器檢測單片機(jī)控制數(shù)碼管刷新頻率是否與測試要求相符。如不相符則需要通過軟件修改。

三、幀速測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用8MHz貼片式晶振，8分頻后以1μs為時(shí)鐘周期方便計(jì)時(shí)。使用定時(shí)器T0、T1，分別為8位和16位定時(shí)器，分別使用NORMAL模式和CTC模式將中斷時(shí)間分別設(shè)置為200μs和33.33ms，通過進(jìn)入T0定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)幀速為12.5幀/秒和25幀/秒的攝像機(jī)的測試，進(jìn)入T1定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)幀速為25幀/秒和30幀/秒的攝像機(jī)的檢測，由于機(jī)械抖動(dòng)：按鍵按下時(shí)，電平的變化并不是馬上到位，而是會(huì)有一個(gè)不穩(wěn)定的狀態(tài)過程，再進(jìn)入電平穩(wěn)定狀態(tài)。就需要我們進(jìn)行軟件消抖：即在檢測出按鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序，產(chǎn)生5ms～10ms的延時(shí)，讓前沿抖動(dòng)消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測到按鍵釋放后，也要給5ms～10ms的延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。軟件流程如圖3所示。

四、結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的基于AVR單片機(jī)的幀速測試系統(tǒng)采取了軟件與硬件相結(jié)合的開發(fā)方法，以AVR單片機(jī)為核心邏輯處理單元與數(shù)碼管相結(jié)合，完成針對(duì)普通攝像機(jī)和高清攝像機(jī)的幀速檢測，測試效果穩(wěn)定、準(zhǔn)確。此系統(tǒng)具有低功耗、運(yùn)行可靠、便攜等優(yōu)點(diǎn)。

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