短距离视频无线通讯网络
2020-10-12胡玉柱李永培李蔚敏
胡玉柱 李永培 李蔚敏
摘要：采用NanoPi S2嵌入式处理器作为控制单元，使用Ubuntu Linux操作系统在虚拟机中进行操作，摄像头进行视频信号的采集，通过发射模块、传输模块和接收模块进行无线网络的传输，在显示屏上对获取的信号进行显示。其优点是可以进行较远距离的信息收集，摄像头小巧，容易灵活采集，可以应用于狭隘人力不可测的地方进行信号收集。其缺点是对于无线载波要求较高，数据采集过程有一定的延时。
关键词：NanoPi S2嵌入式处理器 视频传输 无线通讯
1 引言
短距离无线通讯网络技术作为信息传输的重要技术，影响了生活的方方面面。如何使用更好的无线方法进行各种设备之间的信息传输，为短距离无线通讯网络提供了广阔的空间。目前广泛使用的短距离无线通讯技术有：WLAN、Bluetooth、Zigbee、UWB、NFC、60GHz通信等。无线通讯设备不仅给人们生活带来了极大的便利，也为工业发展提供了未来发展的方向，为人们提供了更加方便的信息传输功能，促进了生活方式的改变，具有安全、便捷、抗干扰能力强、传输速率高的特点。
2 设计原理
设计并制作一个短距离视频信号无线通信网络。该网络包含主节点A和从节点B和C，从而实现从节点B和C到主节点A的视频信号传输。项目中传输的视频信号为彩色视频信号。每个从节点预留AV视频输入插座，通过一根AV连接电缆与摄像头AV输出端子连接。节点使用水平全方向天线，确保节点在使用以上条件上要能达到要求的通信距离。要求项目成果满足以上所有的要求。
3 硬件设计组成
对于硬件设计，其主要元件包含四部分，分别是友善S5P4418、串口、SD卡、USB摄像头。友善S5P4418采用NanoPi S2。使用CH340进行串口的转接来进行程序的兼容。SD卡采用class10 16G方便进行之后信息的存储。USB摄像头使用两个640*480彩色摄像头进行实时数据采集。此外，还有散热片和读卡器等进行散热和其他功能。
有了硬件之后需要对电路进行设计这其中包括发射和接收电路。发射电路采用无线载波信号进行，接收电路采用共射放大电路方便进行稳定电压。在电路设计过程需要提前在Mulitisim中进行仿真模拟，这样可以更好进行思路设计，防止直接操作造成元件的直接损伤，并且在Mulitisim可以找到自己的理想参数方便进行设计。
4 软件设计组成
在使用软件中，采用pcre正则表达式库、zlib数据压缩函式库、tar文件工具程序。然后根据硬件的功能实现进行相应的软件思路设计。
4.1 SELECT原理概述
select 的核心功能是调用tcp文件系统的poll函数，不停的查询，如果没有想要的数据，主动执行一次调度（防止一直占用cpu），直到有一个连接有想要的消息为止。
优点：
（1）select的可移植性更好;
（2）select对于超时值提供了更好的精度。
4.2 EPOLL原理概述
epoll同样只告知那些就绪的文件描述符，而且当我们调用epoll_wait（）获得就绪文件描述符时，其返回不是实际的描述符，而是一个数量的值用就绪描述符来进行代表，只需要去epoll指定的其中一个数组按照顺序依次取得相应数量的文件描述符。
优点：
（1）打开大数目socket描述符且支持相应进程;
（2）I/O效率并不随fd数目增加而呈现线性下降趋势;
5 系统测试
首先进行硬件的檢测防止软件调试时产生意外。然后使用Ubuntu Linux操作系统进行软件的测试，在WORKSTATION虚拟机中进行。先把硬件连接好然后进入虚拟机连接找到IP地址，连接无线进入所需的终端显示屏中，打开两个摄像头在终端显示屏中看到B、C节点的图像结果。
在测试过程中应该先进行硬件测试，其次进行软件测试，这样可以有效避免出现重大误差在硬件中造成不可逆的损害。测试的结果如图2所示。可以看到传输看到的图像和摄像头采集到的图像是一样的。测试过程尽量避免干扰的影响，防止两个摄像头在传输过程中进行的传输速率不同而产生的影响并在传输过程中要保证信号质量确保设备稳定性。同时在观测过程中应该观测不同地方来确保观测图像的一致来保证测试准确。
6 总结
本文主要介绍了无线通讯网络在制造过程中的主要设计思想，通过硬件和软件的配合来达到视频数据的实时传输，希望以后能更进一步的去进行完善。目前，短距离视频这一部分应用前景巨大，在一定距离内具有很高的灵活性，在画面传输的时候还具有稳定性和可靠性，可以在短时间内进行相应的判断，并且在工业用途中可以减少工业中的后期维护，而且也不容易受到安装位置的限制，覆盖的范围也比较大，还有在探险、探查物体方面也具有广阔的前景。
参考文献
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[4]武兵.短距离无线通信技术[J].电子技术与软件工程，2018（10）：29.
项目基金
本项目由西北民族大学电气工程学院“双E”大学生科研项目资助。
作者简介
胡玉柱（1997-），男，本科，安徽淮南人，西北民族大学电气工程学院2017级本科在读，研究方向为电气工程及其自动化。
