用于监控系统的短距图像信号无线通信

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(大连交通大学 电气信息学院，大连116021)

用于监控系统的短距图像信号无线通信

安美玲，关云鹏

(大连交通大学 电气信息学院，大连116021)

设计了用于监控的短距图像信号无线通信系统，以单片机最小系统、升压模块、无线收发模块、电源模块、继电器模块、字符叠加模块等模块为核心，采用2.4G的无线传输方式实现无线通信网络的传输。其中，单片机最小系统中采用按键控制影像B、影像C的切换传输，实现视频信号的短距离传输。整个无线传输系统稳定性强，传输视频信号稳定，影像清晰。

升压模块；无线收发模块；电源模块；2.4G无线传输

引 言

使用无线蓝牙技术实现短距视频信号无线通信网络较为简单，但是蓝牙传输所需的带宽比较窄，且传输距离也相对短一些，若要满足图片传输的实时性以及在传输过程中图像质量的完好无损，就必须选择一种高压缩率的图像编码来进行规范，但是会导致功耗增加。另外，利用蓝牙技术制作的模块会在相近频率同时传输视频的情况下造成互相干扰，影响最后的视频效果。因此本论文提出使用无线2.4G技术实现短距视频信号无线通信网络。2.4G的无线传输模块可以工作在ISM频道 2 400～2 483 MHz范围内，传输带宽相对较宽，实现起来较为容易。普通的2.4G无线传输模块的传输速率最高可以达到1 Mbps，使得视频的传输具有良好的实时性。同时2.4G技术可以通过加大功率和提高接收灵敏度来有效提高发射距离。

1 系统整体结构

本系统主要由视频输入模块、控制模块、视频字符叠加模块、电源模块、2.4G发射模块、2.4G接收模块、中继模块、视频输出模块等组成。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2 理论分析与计算

2.1 理论分析

(1)2.4G无线收发模块

本系统采用的2.4G无线收发模块为TX200。2.4G无线收发模块是属于一种全球免申请的ISM模块，在开机之后能够实现自动扫频，其主要的工作频道范围是在2 400～2 483 MHz，频率范围之内主要包括50个工作信道，可以在同一时刻同一地点为50名使用者提供可使用的工作环境，不需要人为地去协调或者分配信道。同时选择安装不同距离多种类型的无线模块，可以有效地利用资源，同时也可以节约成本。

(2)视频字符叠加模块

本系统所采用的视频字符叠加模块为OM9024OSD。视频字符叠加传输模块是一种专门用于视频叠加的装置设备，它的工作模式主要有内模式和外模式，内模式主要是生产具有彩色背景以及彩色文字的视频输出信号，外模式的功能是叠加外部视频，同时视频可以加白色文字进行修饰。在实际的应用中，完成视频通信的串口主要有三个，分别是RS232、SPI和TWI。位置、日期、颜色、时间、大小等信息都可以手动进行设置。

图2 51最小系统原理图

(3)控制模块

本系统控制模块采用的是51系列单片机，通过编程控制按钮按下与弹起的不同状态实现不同的功能，同时控制收发模块、视频字符叠加模块等。

(4)电源模块

本系统采用AC转DC，将220 V交流电压经过变压器降压为9 V直流电压和5 V直流电压分别供视频输入模块和控制模块使用。

2.2 计 算

视频信号最大信息传送速率为C=Blog2(1+S/N)；信噪比为S/N；视频信号传输损耗为Lbf=32.5+20lgF+20lgD(Lbf=自由空间损耗(dB))；D=距离(km)；F=频率(MHz)，(2 400 MHz：Lbf=100+20lgD)， (5 800MHz：Lbf=108+20lgD)。

3 系统硬件设计

51最小系统(最小的应用系统)组成包括系统电源、89C52RC最小电路等。本系统所采用的51单片机的最小系统原理框图如图2所示。

继电器电路常用在自动控制电路中，总共有两大系统，分别是控制系统和被控制系统。工作原理实质上是用较小的电流去控制较大电流，在自动控制电路中的作用有自动调节、安全保护、转换电路等。继电器的种类繁多，主要有电磁式继电器、热敏干簧继电器、固态继电器三种。继电器在三极管等控制器件的保护下在单片机的I/O口上被控制。系统硬件设计中所采用的继电器电路图如图3所示。

本系统采用的视频字符叠加模块为OM9024 OSD。视频字符叠加模块是一款专用于视频叠加的通用设备，可工作于两种不同的模式下，分别为内模式(主要产生视频信号，并且可产生彩色背景、彩色文字)和外模式(产生白色文字，并且可以描黑边、叠加外部视频)。视频字符叠加模块电路图如图4所示。

4 系统软件设计

恩易通用动态视频字符叠加器是由强大的MB90092字符叠加芯片组合设计而成的，其功能主要是可叠加文字、图片以及动画，字库中一共包含7 445个字符，显示的方式是总共可以显示24行，而每一行可显示24个字，应用极其广泛。只需要对串口通信的知识有一定的了解，就可以做相关视频叠加的工作，通过对串口设置、字符设置等模块进行设置，如图5所示。

图3 继电器电路图

系统软件流程如下：先由摄像头进行数据的采集，并由控制模块控制数据传入字符叠加模块，实现字符的叠加，然后由字符叠加模块输出的信号经由发射模块(B/C节点处)输出，再由接收模块(A节点处)接收，最后由主控模块再控制输出模块输出视频。为避免无线传输模块间的相互干扰，B节点与C节点发送的视频信号频率不同，同时A节点设立两个不同频率的接收模块。系统流程图如图6所示。

5 测试方案与测试结果

5.1 测试方案

调节节点B/C与A之间的距离，对各个模块独立测试，观察实验现象并记录。

图4 视频字符叠加模块电路图

① 无线收发模块：一侧输出信号，另一侧无线收发模块接收信号，导出已接收的信号，看图像是否清晰。

② 51单片机最小系统：用开关控制发光二极管，看是否能够控制其闪烁。

③ 继电器系统：通过51单片机最小系统的开关控制继电器的LED灯，看是否能够来回切换控制其闪烁。

④ 字符叠加模块：通过输入程序叠加字符B/C，观察在小电视上是否清晰显示出B/C。

⑤ 升压模块：用万用表测出按模块前的电压，通过升压模块，再用万用表测结果，看能否达到升压效果。

5.2 测试结果

经过本设计，将B/C的接收信号完全输出给A节点，从A节点能够清晰看到叠加的B/C字符，从节点C转接B信号依然在主节点A上显示，测试结果很好,如表1所列。

图5 恩易通用动态视屏字符叠加器

图6 系统软件与流程图

测试距离/m5101215影像效果(是否清晰)是是是是画面分辨率(高或低)高高高高升压模块能否升压能能能能视频信号能否中继转发能能能能

结 语

[1] 童肇哲.基于嵌入式Linux的图像采集与视频监视系统的设计[D].杭州:杭州电子科技大学,2012.

[2] 徐强.基于视频监控系统的音视频同步技术的设计与实现[D].杭州:杭州电子科技大学,2013.

[3] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础 [M].4版.北京:高等教育出版社,2011.

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安美玲(研究生)，主要研究方向为嵌入式技术应用；关云鹏(研究生)，主要研究方向为电力牵引。

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)