【正文】 目 錄1 引言 12 方案論證 4 方案1——采用A/D和D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字無線視頻監(jiān)控系統(tǒng) 4 方案2——數(shù)字和模擬結(jié)合的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng) 53 系統(tǒng)概述 74 單元電路設(shè)計 8 射頻發(fā)射電路 8 射頻接收 8 數(shù)字無線發(fā)射電路 9 C8051F310單片機介紹 9 nRF905芯片介紹 13 數(shù)字無線發(fā)射硬件電路 17 液晶顯示電路 19 數(shù)字無線接收電路 23 電源電路 24 +5V電源電壓設(shè)計 24 + 24 蓄電池 255 軟件設(shè)計 26 數(shù)字無線發(fā)射電路程序設(shè)計 26 發(fā)射電路程序 26 液晶顯示電路程序 26 數(shù)字無線接收電路程序設(shè)計 286 測試結(jié)果 30結(jié) 論 31參考文獻(xiàn) 32附錄A 無線發(fā)射電路 33附錄B 無線接收電路 34附錄1 發(fā)射程序 35附錄2 液晶程序 40附錄3 接收程序 61致 謝 67II1 引言無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)。無線視頻監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場合。近年來，隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控制技術(shù)也有長遠(yuǎn)的發(fā)展。在國內(nèi)外市場上，主要推出的是數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控兩類產(chǎn)品。前者技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟、性能穩(wěn)定，并在實際工程應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，特別是在大、中型視頻監(jiān)控工程中的應(yīng)用尤為廣泛；后者是新近崛起的以計算機技術(shù)及圖像視頻壓縮為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了模擬系統(tǒng)部分弊端而迅速崛起，但仍需進(jìn)一步完善和發(fā)展。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正處在數(shù)控模擬系統(tǒng)[1]與數(shù)字系統(tǒng)混合應(yīng)用并將逐漸向數(shù)字系統(tǒng)過渡的階段。數(shù)字信號控制的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為基于微處理器的視頻切換控制加PC機的多媒體管理和基于PC機實現(xiàn)對矩陣主機的切換控制及對系統(tǒng)的多媒體管理兩種類型。80年代是微處理器的年代，視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用微處理器固件發(fā)展的矩陣切換器，將原來分散的全硬件視頻監(jiān)控系統(tǒng)微型集中化，如將視頻切換、對前端的控制等功能集合一起，一機處理，是技術(shù)上的一個突破。自備微處理器的矩陣主機可通過PC機的圖形管理軟件實現(xiàn)以下功能：（1）對單一工作站之中的視頻監(jiān)控、出入口控制、內(nèi)部通訊、報警等進(jìn)行綜合全面控制(注：只能提供一個簡單的、可增強系統(tǒng)控制功能的用戶界面，但不能代替矩陣主機的安防配置和編程能力)；（2）任意一臺工作站可通過網(wǎng)絡(luò)，控制其它工作站所連接的矩陣主機、報警設(shè)備，完成視頻切換、云臺、鏡頭控制及報警聯(lián)動等；（3）可通過軟件實現(xiàn)對眾多矩陣主機和報警接口軟件模塊的控制?；赑C機的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用軟件設(shè)計，實現(xiàn)攝像機到監(jiān)視器的視頻矩陣切換，云臺和鏡頭的控制，通過串口連接報警設(shè)備的報警信息，并通過程序編程自動完成視頻切換、云臺控制、報警聯(lián)動、報警錄像等各項控制功能。系統(tǒng)能充分利用PC機的資源，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)隨電腦技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步，同時其開放性的結(jié)構(gòu)特性更可使之與其它多種系統(tǒng)如與消防報警系統(tǒng)、出入口管理系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)等實現(xiàn)互動集成。隨著微處理器、微機的功能、性能的增強和提高，多媒體技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)在功能、性能、可靠性、結(jié)構(gòu)方式等方面都發(fā)生了很大的變化，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成更加方便靈活、與其它技術(shù)系統(tǒng)的接口趨于規(guī)范，人機交互界面更為友好。但由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中信息流的形態(tài)沒有變，仍為模擬的視頻信號，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是一種單功能、單向、集總方式的信息采集網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)專用的特點，因此系統(tǒng)盡管已發(fā)展到很高的水平，已無太多潛力可挖，其局限性依然存在，要滿足更高的要求，數(shù)字化是必由之路。90年代末，隨著多媒體技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)迅速崛起，現(xiàn)今市場上有兩種數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)類型，一種是以數(shù)字錄像設(shè)備為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，另一種是以嵌入式視頻Web服務(wù)器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)[2]。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)公認(rèn)的發(fā)展方向，而數(shù)字化是網(wǎng)絡(luò)化的前提，網(wǎng)絡(luò)化又是系統(tǒng)集成化的基礎(chǔ)，所以，視頻監(jiān)控發(fā)展的最大兩個特點就是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。被廣泛運用于商業(yè)領(lǐng)域、金融領(lǐng)域、教育領(lǐng)域、高危領(lǐng)域、個人領(lǐng)域等。許多書籍都對無線電系統(tǒng)有一定的介紹，但是沒有相關(guān)的書本詳細(xì)的介紹無線視頻監(jiān)控這一部分的內(nèi)容?；跓o線視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展迅速更新、升級及應(yīng)用廣泛等這些特點，本畢業(yè)設(shè)計主要對模擬信號數(shù)字化控制，使其推向數(shù)字化的應(yīng)用領(lǐng)域來進(jìn)行研究。運用C8051F310單片機控制進(jìn)行數(shù)據(jù)信息無線傳送，通過高頻調(diào)制電路對射頻圖像信息進(jìn)行無線傳送。電路主要采用射頻無線發(fā)射、射頻無線接收、數(shù)字無線發(fā)射、數(shù)字無線接收等模塊完成電路的設(shè)計。本設(shè)計中運用了nRF905收發(fā)模塊，此模塊提供了SPI 接口方便與C8051F310單片機的SPI 口連接。nRF905 單片無線收發(fā)器工作在433MHZ，通過SPI 接口進(jìn)行編程配置，從而工作在消耗很低的電流狀態(tài)。C8051F310單片機的增強型串行外設(shè)接口[3]SPI0提供訪問一個全雙工同步串行總線。SPI0可以作為主器件或從器件工作，使用4線主方式。通過C8051F310單片機SPI串口進(jìn)行編程控制視頻頭的轉(zhuǎn)向，同時，通過89S52單片機控制液晶顯示電路；再運用射頻發(fā)射與射頻接收電路，將圖像信息顯示在電視機上，達(dá)到對周圍事件進(jìn)行實時監(jiān)控。經(jīng)過對無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，讓我們更好的熟悉C8051F310單片機和89S52 兩款單片機，而且對C8051F310這款在校園里運用還不是很多的單片機有很好的掌握。在使用89S52單片機控制液晶顯示電路時，可以對以往學(xué)習(xí)過的51系列單片機進(jìn)行鞏固；對HY12864液晶顯示電路的硬件和軟件有一個充分的認(rèn)識。本設(shè)計內(nèi)容豐富、信息量大、涵蓋技術(shù)領(lǐng)域?qū)拸V、資料齊全、實用性強，為了便于理解和應(yīng)用，論文中詳細(xì)介紹了設(shè)計方面的所有要點，并且附帶了電路原理圖和所有的相關(guān)程序?？梢詫o線控制方面的得到了解，同時，對兩款單片機的實際應(yīng)用能夠更好的掌握。參考硬件電路及源程序進(jìn)行調(diào)試，對系統(tǒng)的設(shè)計方法有一個明確的概括。將畢業(yè)設(shè)計實物更好的運用于實際中，與生活緊密的聯(lián)系起來。畢業(yè)設(shè)計——無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是大學(xué)生運用自己所學(xué)的專業(yè)和理論知識聯(lián)系實際的一個很好的課題。2 方案論證無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)運用廣泛,使用的環(huán)境各不相同, 而且無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的種類比較多，根據(jù)具體的情況可以選用不同的設(shè)計方案。可以減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本，更快地將產(chǎn)品推向市場。本設(shè)計要求通過單片機控制，對攝像頭進(jìn)行無線實時控制，達(dá)到不同角度的監(jiān)控功能。 方案1——采用A/D和D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭將所采集到的圖像信號經(jīng)過內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成視頻信號傳給高速A/D，高速A/D負(fù)責(zé)把攝像頭輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的8位數(shù)據(jù)量[4]。C8051F310單片機控制高速A/D的采集開始與結(jié)束，將轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)據(jù)量傳給單片機。單片機是整個系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，它將從A/D取得的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過處理后送給無線發(fā)射模塊進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。鍵盤對無線發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)射控制。詳見圖21 A/D轉(zhuǎn)換無線發(fā)射框圖。鍵盤C8051F310單片機高速A/D無線發(fā)射攝像頭圖21 A/D轉(zhuǎn)換無線發(fā)射框圖無線接收模塊把接收到的信號進(jìn)行解調(diào)，再把解調(diào)后的8位數(shù)據(jù)量傳給C8051F310單片機。單片機通過指令控制高速無線接收模塊的開始與結(jié)束。將所得到的數(shù)據(jù)量經(jīng)過運算處理后送給高速D/A，其將數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬量，然后送給顯示設(shè)備。從而達(dá)到了監(jiān)控的功能。詳見圖22 D/A轉(zhuǎn)換無線接收框圖。無線接收高速D/A顯示鍵盤C8051F310單片機 圖22 D/A轉(zhuǎn)換無線接收框圖此方案處理速度快，功能和可靠性強，視頻中分辨率高，可以控制距離遠(yuǎn)，達(dá)到很好的效果，使用范圍廣。但是，電路通過信息采集、數(shù)據(jù)處理、傳輸、系統(tǒng)控制等部分組成，硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要使用高速的單片機和高速A/D與D/A轉(zhuǎn)換芯片，電路實現(xiàn)和調(diào)試都相當(dāng)困難。各芯片成本高，適用于專業(yè)場合，不便于畢業(yè)設(shè)計。 方案2——數(shù)字和模擬結(jié)合的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)此方案采用射頻無線發(fā)射、射頻無線接收、數(shù)字無線發(fā)射、數(shù)字無線接收四部分組成。C8051F310單片機從鍵盤取得的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過處理后送給無線發(fā)射模塊進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。鍵盤經(jīng)過C8051F310單片機可以對無線發(fā)射模塊nRF905進(jìn)行控制。AT89S52單片機通過鍵盤在液晶上顯示對應(yīng)的控制信息。視頻顯示設(shè)備將接收到的射頻信號解調(diào)成視頻信號并顯示，從而達(dá)到了監(jiān)控的功能。詳見圖23框圖。AT89S52單片機射頻無線接收液晶顯示C8051F310單片機鍵盤視頻顯示數(shù)字無線發(fā)射 圖23 射頻無線接收和數(shù)字無線發(fā)射框圖攝像頭采集圖像信號[5]，通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成視頻信號輸出到調(diào)制電路。調(diào)制電路的設(shè)計：電容三點式振蕩電路產(chǎn)生56MHz正弦信號和AV信號調(diào)制，得出射頻信號，送入到射頻放大器UPC1651放大后發(fā)送出去。nRF905無線接收模塊把接收到的信號進(jìn)行解調(diào)，把解調(diào)后的數(shù)據(jù)信息傳給C8051F310單片機，單片機通過指令控制攝像頭電機的轉(zhuǎn)向。詳見圖24框圖。調(diào)制數(shù)字無線接收C8051F310單片機攝像頭高頻放大箭頭顯示電機轉(zhuǎn)向 本振圖24 射頻無線發(fā)射和數(shù)字無線接收框圖此設(shè)計電路簡單，容易實現(xiàn)，使用范圍廣，對于銀行、煤礦等安全地帶可以很方便控制攝像頭的電機進(jìn)行檢測。功耗低、軟件編程較簡單，nRF905芯片的體積小、整個系統(tǒng)成本低。用單片機來實現(xiàn)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用了單片機的資源。同時使用C8051F310單片機和nRF905芯片一起控制,非常符合我們的設(shè)計思路，所以本設(shè)計采用方案2。3 系統(tǒng)概述本設(shè)計主要完成的任務(wù)是將攝像頭將所采集到的圖像信號經(jīng)過其內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成視頻信號，送入射頻調(diào)制發(fā)射電路（即通過調(diào)制電路把攝像頭輸出的模擬電壓信號和本振信號調(diào)制出射頻信號，經(jīng)放大后發(fā)送）。射頻接收器將射頻調(diào)制發(fā)射電路發(fā)射過來的射頻信號還原成圖像并進(jìn)行顯示，從而實現(xiàn)了監(jiān)控的功能。發(fā)射端的C8051F310單片機通過鍵盤對數(shù)字無線發(fā)射模塊的開始與結(jié)束控制。C8051F310單片機把控制字和所要傳送的數(shù)據(jù)信息分別寫入nRF905發(fā)射模塊進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。同時，AT89S52單片機通過鍵盤在液晶上顯示對應(yīng)的控制信息。在數(shù)字無線接收端，首先，接收端的C8051F310單片機把控制字寫入nRF905數(shù)字無線接收模塊，然后其將接收到的信號進(jìn)行解調(diào)，把解調(diào)后的數(shù)據(jù)信息傳給C8051F310單片機，單片機通過指令控制電機轉(zhuǎn)向。本設(shè)計主要組成部分具體如圖31所示系統(tǒng)框圖。數(shù)字無線接收解調(diào)數(shù)字無線調(diào)制發(fā)射C8051F310單片機ⅠC8051F310單片機ⅡAT89S52單片機電源鍵盤液晶顯示數(shù)據(jù)信息射頻調(diào)制發(fā)射射頻接收攝像頭采集輸出視頻信號控制字控制字 圖31系統(tǒng)框圖4 單元電路設(shè)計按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，確定設(shè)計系統(tǒng)硬件電路由射頻發(fā)射、射頻接收、數(shù)字無線發(fā)射、數(shù)字無線接收和電源電路五大模塊組成。各電路模塊的設(shè)計如下。 射頻發(fā)射電路射頻發(fā)射電路通過電容三點式產(chǎn)生56MHz的頻率[6]，而圖像信號經(jīng)過攝像頭采集，通過攝像頭的內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，從JP1端送入，通過二極管調(diào)制電路，調(diào)制電路負(fù)責(zé)把攝像頭輸出的模擬電壓信號和本振信號混出射頻信號，射頻信號經(jīng)過uPC1651集成運算放大器和共發(fā)射級電路放大后發(fā)送。其中uPC1651是電視天線放大器專用集成電路，是一塊超高頻、寬頻帶（頻率帶寬為1200MHz）、低噪聲，功率增益大（19dB，f=500MHz）的高頻線性放大電路。如圖41所示射頻發(fā)射電路。圖41 射頻發(fā)射電路 射頻接收射頻接收部分主要是電視機的接收，通過電視臺的VHL波段[7]進(jìn)行攝像頭采集的56MHz的AV信號在電視機顯示器上顯示。 數(shù)字無線發(fā)射電路由于單片機具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、可靠性高、價格低廉、功耗低、控制功能強及應(yīng)用靈活等優(yōu)點，本設(shè)計中的數(shù)字無線發(fā)射和數(shù)字無線接收主要是通過C8051F310單片機的串行外設(shè)接口總線SPI（Serial Peripheral Interface）和nRF905發(fā)射與接收模塊的SPI總線進(jìn)行電路的控制，52系列（AT89S52）單片機主要負(fù)責(zé)HY12864液晶顯示電路的控制。硬件電路見附錄A。 C8051F310單片機介紹 無線發(fā)射和接收電路運用C8051F310單片機的SPI串行外設(shè)接口進(jìn)行電路的控制。在此主要介紹C8051F310單片機的內(nèi)部性能[8]和SPI總線的特性。一、C8051F310內(nèi)部性能 10位ADC 轉(zhuǎn)換速率可達(dá)200ksps 可多達(dá)21個外部單端或差分輸入 VREF可在外部引腳或VDD中選擇 內(nèi)置溫度傳感器（177。3176。C） 兩個模擬比較器 可編程回差電壓和響應(yīng)時間 可配置為中斷或復(fù)位源（比較器0） 片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試（不需仿真器）支持?jǐn)帱c、單步、觀察/修改存儲器和寄存器 比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能 典型工作電流：5mA@25MHz；11181。A@32KHz 溫度范圍：40176。C