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(大連交通大學 電氣信息學院，大連116021)

用于監(jiān)控系統(tǒng)的短距圖像信號無線通信

安美玲，關云鵬

(大連交通大學 電氣信息學院，大連116021)

設計了用于監(jiān)控的短距圖像信號無線通信系統(tǒng)，以單片機最小系統(tǒng)、升壓模塊、無線收發(fā)模塊、電源模塊、繼電器模塊、字符疊加模塊等模塊為核心，采用2.4G的無線傳輸方式實現無線通信網絡的傳輸。其中，單片機最小系統(tǒng)中采用按鍵控制影像B、影像C的切換傳輸，實現視頻信號的短距離傳輸。整個無線傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定性強，傳輸視頻信號穩(wěn)定，影像清晰。

升壓模塊；無線收發(fā)模塊；電源模塊；2.4G無線傳輸

引 言

使用無線藍牙技術實現短距視頻信號無線通信網絡較為簡單，但是藍牙傳輸所需的帶寬比較窄，且傳輸距離也相對短一些，若要滿足圖片傳輸的實時性以及在傳輸過程中圖像質量的完好無損，就必須選擇一種高壓縮率的圖像編碼來進行規(guī)范，但是會導致功耗增加。另外，利用藍牙技術制作的模塊會在相近頻率同時傳輸視頻的情況下造成互相干擾，影響最后的視頻效果。因此本論文提出使用無線2.4G技術實現短距視頻信號無線通信網絡。2.4G的無線傳輸模塊可以工作在ISM頻道 2 400～2 483 MHz范圍內，傳輸帶寬相對較寬，實現起來較為容易。普通的2.4G無線傳輸模塊的傳輸速率最高可以達到1 Mbps，使得視頻的傳輸具有良好的實時性。同時2.4G技術可以通過加大功率和提高接收靈敏度來有效提高發(fā)射距離。

1 系統(tǒng)整體結構

本系統(tǒng)主要由視頻輸入模塊、控制模塊、視頻字符疊加模塊、電源模塊、2.4G發(fā)射模塊、2.4G接收模塊、中繼模塊、視頻輸出模塊等組成。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

2 理論分析與計算

2.1 理論分析

(1)2.4G無線收發(fā)模塊

本系統(tǒng)采用的2.4G無線收發(fā)模塊為TX200。2.4G無線收發(fā)模塊是屬于一種全球免申請的ISM模塊，在開機之后能夠實現自動掃頻，其主要的工作頻道范圍是在2 400～2 483 MHz，頻率范圍之內主要包括50個工作信道，可以在同一時刻同一地點為50名使用者提供可使用的工作環(huán)境，不需要人為地去協(xié)調或者分配信道。同時選擇安裝不同距離多種類型的無線模塊，可以有效地利用資源，同時也可以節(jié)約成本。

(2)視頻字符疊加模塊

本系統(tǒng)所采用的視頻字符疊加模塊為OM9024OSD。視頻字符疊加傳輸模塊是一種專門用于視頻疊加的裝置設備，它的工作模式主要有內模式和外模式，內模式主要是生產具有彩色背景以及彩色文字的視頻輸出信號，外模式的功能是疊加外部視頻，同時視頻可以加白色文字進行修飾。在實際的應用中，完成視頻通信的串口主要有三個，分別是RS232、SPI和TWI。位置、日期、顏色、時間、大小等信息都可以手動進行設置。

圖2 51最小系統(tǒng)原理圖

(3)控制模塊

本系統(tǒng)控制模塊采用的是51系列單片機，通過編程控制按鈕按下與彈起的不同狀態(tài)實現不同的功能，同時控制收發(fā)模塊、視頻字符疊加模塊等。

(4)電源模塊

本系統(tǒng)采用AC轉DC，將220 V交流電壓經過變壓器降壓為9 V直流電壓和5 V直流電壓分別供視頻輸入模塊和控制模塊使用。

2.2 計 算

視頻信號最大信息傳送速率為C=Blog2(1+S/N)；信噪比為S/N；視頻信號傳輸損耗為Lbf=32.5+20lgF+20lgD(Lbf=自由空間損耗(dB))；D=距離(km)；F=頻率(MHz)，(2 400 MHz：Lbf=100+20lgD)， (5 800MHz：Lbf=108+20lgD)。

3 系統(tǒng)硬件設計

51最小系統(tǒng)(最小的應用系統(tǒng))組成包括系統(tǒng)電源、89C52RC最小電路等。本系統(tǒng)所采用的51單片機的最小系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

繼電器電路常用在自動控制電路中，總共有兩大系統(tǒng)，分別是控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)。工作原理實質上是用較小的電流去控制較大電流，在自動控制電路中的作用有自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等。繼電器的種類繁多，主要有電磁式繼電器、熱敏干簧繼電器、固態(tài)繼電器三種。繼電器在三極管等控制器件的保護下在單片機的I/O口上被控制。系統(tǒng)硬件設計中所采用的繼電器電路圖如圖3所示。

本系統(tǒng)采用的視頻字符疊加模塊為OM9024 OSD。視頻字符疊加模塊是一款專用于視頻疊加的通用設備，可工作于兩種不同的模式下，分別為內模式(主要產生視頻信號，并且可產生彩色背景、彩色文字)和外模式(產生白色文字，并且可以描黑邊、疊加外部視頻)。視頻字符疊加模塊電路圖如圖4所示。

4 系統(tǒng)軟件設計

恩易通用動態(tài)視頻字符疊加器是由強大的MB90092字符疊加芯片組合設計而成的，其功能主要是可疊加文字、圖片以及動畫，字庫中一共包含7 445個字符，顯示的方式是總共可以顯示24行，而每一行可顯示24個字，應用極其廣泛。只需要對串口通信的知識有一定的了解，就可以做相關視頻疊加的工作，通過對串口設置、字符設置等模塊進行設置，如圖5所示。

圖3 繼電器電路圖

系統(tǒng)軟件流程如下：先由攝像頭進行數據的采集，并由控制模塊控制數據傳入字符疊加模塊，實現字符的疊加，然后由字符疊加模塊輸出的信號經由發(fā)射模塊(B/C節(jié)點處)輸出，再由接收模塊(A節(jié)點處)接收，最后由主控模塊再控制輸出模塊輸出視頻。為避免無線傳輸模塊間的相互干擾，B節(jié)點與C節(jié)點發(fā)送的視頻信號頻率不同，同時A節(jié)點設立兩個不同頻率的接收模塊。系統(tǒng)流程圖如圖6所示。

5 測試方案與測試結果

5.1 測試方案

調節(jié)節(jié)點B/C與A之間的距離，對各個模塊獨立測試，觀察實驗現象并記錄。

圖4 視頻字符疊加模塊電路圖

① 無線收發(fā)模塊：一側輸出信號，另一側無線收發(fā)模塊接收信號，導出已接收的信號，看圖像是否清晰。

② 51單片機最小系統(tǒng)：用開關控制發(fā)光二極管，看是否能夠控制其閃爍。

③ 繼電器系統(tǒng)：通過51單片機最小系統(tǒng)的開關控制繼電器的LED燈，看是否能夠來回切換控制其閃爍。

④ 字符疊加模塊：通過輸入程序疊加字符B/C，觀察在小電視上是否清晰顯示出B/C。

⑤ 升壓模塊：用萬用表測出按模塊前的電壓，通過升壓模塊，再用萬用表測結果，看能否達到升壓效果。

5.2 測試結果

經過本設計，將B/C的接收信號完全輸出給A節(jié)點，從A節(jié)點能夠清晰看到疊加的B/C字符，從節(jié)點C轉接B信號依然在主節(jié)點A上顯示，測試結果很好,如表1所列。

圖5 恩易通用動態(tài)視屏字符疊加器

圖6 系統(tǒng)軟件與流程圖

測試距離/m5101215影像效果(是否清晰)是是是是畫面分辨率(高或低)高高高高升壓模塊能否升壓能能能能視頻信號能否中繼轉發(fā)能能能能

結 語

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安美玲(研究生)，主要研究方向為嵌入式技術應用；關云鵬(研究生)，主要研究方向為電力牽引。

Short-distanceImageSignalsWirelessCommunicationforMonitoringSystem

AnMeiling,GuanYunpeng

(Institute of Electrical Information,Dalian Jiaotong University,Dalian 116021,China)

In the paper,the short-distance image signals wireless communication system for monitoring is designed,which uses the single chip minimum system,the boost module,the wireless transceiver module,the power module,the relay module,the character overlay module and other modules as the core.The 2.4G wireless transmission mode is used to achieve the wireless communication network transmission.Among them,the single chip minimum system uses the button to control the image B amd image C switching transmission to achieve the short-distance transmission of video signals.The entire wireless transmission system is stability,the video signal transmission is stability,and the image is clear.

boost module;wirelesstransceiver module;power module;2.4G wireless transmission

TN121

A

薛士然

2017-09-11)