基于Atmel AVR單片機(jī)的無(wú)線圖像偵檢系統(tǒng)

　　一、項(xiàng)目概述

　　1.1 引言

　　對(duì)于圖像監(jiān)控系統(tǒng)，在一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合用戶(hù)常會(huì)提出這樣的需求：希望能夠通過(guò)無(wú)線方式監(jiān)控對(duì)象。例如，災(zāi)害或突發(fā)惡性事故現(xiàn)場(chǎng)這類(lèi)只有救援人員能夠進(jìn)入的場(chǎng)合，或是郊區(qū)、深山、荒原等無(wú)人值守的場(chǎng)合。一般的圖像監(jiān)控系統(tǒng)，由于體積大小、耗電和成本等原因無(wú)法滿(mǎn)足以上需求，而用微型CMOS攝像頭和嵌入式單片機(jī)組成的無(wú)線圖像監(jiān)控系統(tǒng)是最佳選擇。

　　Atmel公司推出的新一代Atmel32位AVR UC3系列MCU具有1.38 DMIPS/MHz的性能以及先進(jìn)的DSP算法功能，具有高性能和低功耗特性的特點(diǎn)。因此選用Atmel32位AVR UC3系列MCU作為設(shè)計(jì)主體實(shí)現(xiàn)一個(gè)無(wú)線圖像偵檢系統(tǒng)，配合協(xié)議中的功耗控制，在能夠較好的實(shí)現(xiàn)功能的情況下達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

　　1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

　　災(zāi)害或突發(fā)惡性事故現(xiàn)場(chǎng)由于環(huán)境極其惡劣，只有救援人員能夠進(jìn)入，因此外部的指揮人員難以知曉現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地的情況從而及時(shí)制定搶險(xiǎn)方案。若救援人員使用無(wú)線遠(yuǎn)程圖像偵檢系統(tǒng)實(shí)地傳輸現(xiàn)場(chǎng)視頻信息，使搶險(xiǎn)指揮部門(mén)通過(guò)及時(shí)看到現(xiàn)場(chǎng)的狀況，并迅速作出相應(yīng)的方案。不僅能贏得救援時(shí)間，而且大大提高了救援能力。

　　本系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：

　　可用于消防救火、救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)偵檢時(shí)，通過(guò)無(wú)線方式將圖像傳輸至指揮中心;

　　通過(guò)不同形式的組合可用于重點(diǎn)設(shè)施及建筑物的全天候安全監(jiān)控和大型會(huì)議、運(yùn)動(dòng)會(huì)、演唱會(huì)等大型活動(dòng)的臨時(shí)出、入口視像監(jiān)控;

　　可用于公安偵察、可疑目標(biāo)跟蹤等用途;

　　配合機(jī)器人等輔助設(shè)施，可用于遙控探測(cè)及危險(xiǎn)事故處理。

　　二、需求分析

　　2.1 功能要求

　　可同步無(wú)線傳輸視頻信號(hào)和音頻信號(hào);

　　發(fā)射與接收裝置均有四個(gè)頻道可供選擇;

　　接收系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)為手持式/車(chē)載式，可安裝于指揮車(chē)中;

　　發(fā)射機(jī)為電池供電;

　　可選擇附帶照明燈和溫度、濕度、煙霧傳感器，特別可用于煙霧及黑暗環(huán)境中的偵檢。

　　2.2 性能要求

　　圖像分辨率：176*144

　　圖像幀數(shù)≥5fps

　　聲音碼率：32Kbps ADPCM編碼

　　無(wú)線輸出功率：0dBm

　　無(wú)線通信比特率：1M bps

　　無(wú)線通信距離：不小于30米

　　三、方案設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理(除圖片外需有文字介紹)

　　硬件主要分為移動(dòng)端和終端兩個(gè)部分，移動(dòng)端負(fù)責(zé)圖像、語(yǔ)音等信號(hào)的采集與壓縮編碼，終端負(fù)責(zé)移動(dòng)端的控制和影音解碼播放功能，移動(dòng)與終端間通過(guò)無(wú)線實(shí)現(xiàn)雙工通信。

　　移動(dòng)端的圖像和語(yǔ)音采集與編碼都用模塊實(shí)現(xiàn)，MCU負(fù)責(zé)控制和幀處理;溫度與煙霧偵測(cè)使用一般傳感器經(jīng)過(guò)整流電路送到MCU內(nèi)部AD進(jìn)行處理。無(wú)線模塊與MCU之間使用SPI口進(jìn)行通信。

　　終端將無(wú)線接收到的影音與傳感器信息通過(guò)MCU進(jìn)行幀重組，然后分別在液晶屏和揚(yáng)聲器上播放出來(lái)，通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶、揚(yáng)聲器和移動(dòng)端進(jìn)行一定的控制。

　　3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

　　AVR EVK1105評(píng)估套件

　　攝像頭：OV6620 SINGLE-CHIP CMOS CIF COLOR DIGITAL CAMERA

　　語(yǔ)音編解碼模塊：MC145540

　　無(wú)線模塊：nRF2401

　　單片機(jī)：ATMEL AT32UC3A0512

　　自制板卡

　　3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

　　軟件分為移動(dòng)端與終端兩個(gè)部分，移動(dòng)端軟件底層包括MCU初始化、攝像頭模塊驅(qū)動(dòng)、語(yǔ)言模塊驅(qū)動(dòng)、無(wú)線模塊驅(qū)動(dòng);應(yīng)用層包括影音與傳感器數(shù)據(jù)幀處理、終端控制信號(hào)處理、移動(dòng)端休眠及喚醒、無(wú)線雙工通信。終端軟件底層包括MCU初始化、液晶屏驅(qū)動(dòng)、語(yǔ)言解碼模塊驅(qū)動(dòng)、鍵盤(pán)掃描;應(yīng)用層包括影音與傳感器數(shù)據(jù)幀處理、平臺(tái)控制、無(wú)線雙工通信。

　　3.4 系統(tǒng)軟件流程(除圖片外需有文字介紹)

　　移動(dòng)端MCU軟件流程如圖3.2，上電后首先對(duì)MCU內(nèi)部AD、SPI等功能進(jìn)行初始化，然后對(duì)無(wú)線、攝像模塊、語(yǔ)言模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，配置工作狀態(tài)。程序主循環(huán)部分主要實(shí)現(xiàn)的功能包括接收中斷發(fā)來(lái)了控制指令并對(duì)外設(shè)進(jìn)行相應(yīng)的控制;整個(gè)移動(dòng)端休眠節(jié)能狀態(tài)與工作模式切換;影音、傳感器數(shù)據(jù)處理和收發(fā)等。

　　終端MCU軟件流程如圖3.3，上電后初始化MCU和外設(shè)。程序主循環(huán)部分實(shí)現(xiàn)功能包括鍵盤(pán)掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)端和終端的控制;影音數(shù)據(jù)接收和幀處理;與液晶屏和揚(yáng)聲器通信實(shí)現(xiàn)影音播放等。

　　運(yùn)行流程圖

　　3.5 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

　　可同步無(wú)線傳輸視頻信號(hào)和音頻信號(hào);發(fā)射與接收裝置均有四個(gè)頻道可供選擇;接收系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)為手持式/車(chē)載式，可安裝于指揮車(chē)中;發(fā)射機(jī)為電池供電;可選擇附帶照明燈和溫度、濕度、煙霧傳感器，特別可用于煙霧及黑暗環(huán)境中的偵檢。