摘  要： 設(shè)計(jì)了一種以視頻分離模塊LM1881對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行采集分離，在多方位使用多個(gè)監(jiān)控模塊，實(shí)時(shí)地對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行灰度差分等處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)借助NREF24L01進(jìn)行無線傳輸，C8051F020作為移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)地對(duì)每個(gè)監(jiān)控模塊進(jìn)行檢測(cè)、定位特定區(qū)域的警報(bào)，并作出相應(yīng)應(yīng)答的系統(tǒng)。系統(tǒng)可移植性好，便于攜帶，有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞： 視頻分離；LPC2103；無線傳輸；移動(dòng)監(jiān)控

　隨著生活水平的不斷提高，人們?cè)絹碓街匾曌约旱膫€(gè)人安全和財(cái)產(chǎn)安全，以嵌入式視頻服務(wù)器為核心的監(jiān)控系統(tǒng)也不斷向前發(fā)展，它具有性能穩(wěn)定可靠、實(shí)時(shí)性好、抗病毒能力強(qiáng)等特點(diǎn)，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但適用于此監(jiān)控系統(tǒng)的模塊普遍操作復(fù)雜，可移植性差，不易攜帶，不易于實(shí)時(shí)監(jiān)控。為此，在本設(shè)計(jì)中，采用LPC2103作為控制模塊，LM1881對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行采集分離，多個(gè)監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)并進(jìn)行多點(diǎn)到C8051F020移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的無線傳輸，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)時(shí)處理。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
　多方位闖入監(jiān)控?zé)o線報(bào)警系統(tǒng)主要由多個(gè)模擬攝像頭、控制模塊、蜂鳴器模塊、無線傳輸模塊以及一個(gè)圖像顯示屏和移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備等構(gòu)成。監(jiān)控模塊包括模擬攝像頭、控制模塊、蜂鳴器模塊和無線發(fā)送模塊。控制模塊主要由基于ARM7內(nèi)核的集成芯片LPC2103及標(biāo)準(zhǔn)外圍電路組成；無線傳輸模塊由2.4 GHz頻段2 Mb/s高速嵌入式無線數(shù)傳芯片NRF24L0及外圍元件組成；移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備由C8051F020單片機(jī)及其按鍵電路、JTAG接口等構(gòu)成。
　整個(gè)系統(tǒng)中多個(gè)監(jiān)控模塊中的每一個(gè)模塊首先將模擬攝像頭圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為可數(shù)字處理的電信號(hào)，一路送至圖像顯示屏顯示，一路送至視頻同步分離模塊，分離出行同步信號(hào)、奇偶場(chǎng)同步信號(hào)，并傳輸給控制模塊LPC2103芯片。LPC2103對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理后，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)到蜂鳴器模塊和無線傳輸模塊，再傳至移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，等待上一級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)控制指令。若有指令，則通過無線傳輸模塊傳至LPC2103并作出相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1、圖2所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 信號(hào)采集與分離
　首先CCD圖像傳感器把光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)（即視頻信號(hào)），LM1881對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行分離，而LPC2103對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行采集。如圖3所示。

　CCD攝像頭數(shù)據(jù)采集的速率是25 幀/s，一幀分奇偶兩場(chǎng)，即50 場(chǎng)/s，場(chǎng)掃描時(shí)間為20 ms，每場(chǎng)312.5行，行掃描時(shí)間為64 μs，行同步時(shí)間是為12 μs，場(chǎng)同步時(shí)間2.024 ms。在不進(jìn)行其他數(shù)據(jù)處理的情況下，只對(duì)其中的偶場(chǎng)進(jìn)行采集就能以足夠的精度辨別闖入物體的功能，因此在本系統(tǒng)中只對(duì)偶場(chǎng)進(jìn)行采集[1]。
攝像頭視頻信號(hào)端接LM1881[2]的視頻信號(hào)輸入端2腳，同時(shí)將該信號(hào)接入LPC2103的P0.23（即AIN1）進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并把結(jié)果儲(chǔ)存到寄存器里。LM1881的行同步信號(hào)端（引腳1）連接LPC2103的一個(gè)帶中斷能力的I/O口（選用EINT2口即P0.14）。LM1881的奇-偶場(chǎng)同步信號(hào)輸出端7腳接LPC2103的EINT1（P0.16）。在此，選擇奇-偶場(chǎng)同步信號(hào)作為換場(chǎng)的標(biāo)志信號(hào)，而不是選用LM1881引腳3輸出的場(chǎng)同步信號(hào)。這樣做的好處是，當(dāng)攝像頭信號(hào)處于奇場(chǎng)或偶場(chǎng)時(shí)，則奇-偶場(chǎng)信號(hào)整場(chǎng)都相應(yīng)地處于高電平或低電平，若檢測(cè)到該信號(hào)發(fā)生變化，就可以知道攝像頭信號(hào)換場(chǎng)了。因?yàn)槊繄?chǎng)信號(hào)持續(xù)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，所以也不用擔(dān)心漏檢到換場(chǎng)的發(fā)生。
　因?yàn)長(zhǎng)PC2103內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換的頻率固定，從數(shù)據(jù)可靠性與穩(wěn)定性的角度考慮，選擇每行采集50個(gè)點(diǎn)，每場(chǎng)采集50行，這樣，OV5116數(shù)據(jù)采集模塊每場(chǎng)的數(shù)據(jù)變換成一個(gè)50行50列的二維數(shù)組。由于A/D采集的參考電壓為3 V，而視頻輸入信號(hào)的電平在0 V～1.5 V，所以A/D采集結(jié)果是在0~500之間的一個(gè)二維數(shù)組[3]。
2.2 控制模塊
　LM1881芯片分離出行同步信號(hào)、奇偶場(chǎng)同步信號(hào)，并傳輸給LPC2103芯片的兩個(gè)I/O端，LPC2103芯片的6個(gè)并行輸入輸出I/O端（PIO0_3、PIO0_7~PIO0_10、PIO0_15）與無線傳輸模塊的6個(gè)引腳（PIN3~PIN8）連接，LPC2103芯片的PIO0_17與蜂鳴器模塊相連接；當(dāng)CCD攝像頭將圖像信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，A/D采集模塊進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集，將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃PC2103芯片中時(shí)，控制模塊同時(shí)接收到LM1881分離出的行同步信號(hào)（下降沿觸發(fā)）和奇偶場(chǎng)同步信號(hào)（下降沿觸發(fā)），控制模塊進(jìn)行相應(yīng)處理，并輸出信號(hào)到蜂鳴器模塊和無線傳輸模塊，再傳至移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，等待指令?？刂颇K電路圖如圖4所示。

2.3 無線傳輸模塊
　NRF24L01[4]工作在2．4～2．5 GHz，供電電壓范圍為1．9～3．3 V，最大發(fā)射功率為1 mW；有126頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要；內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制；收發(fā)模式有增強(qiáng)型ShockBurstTM收發(fā)模式、ShockBurstTM收發(fā)模式和直接收發(fā)模式三種，收發(fā)模式由器件配置字決定；功耗低，體積小，可方便集成到各種電子器件。本系統(tǒng)中，將每個(gè)無線發(fā)送模塊nRF24L01的CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE引腳分別與LPC2103及無線接收模塊的C8051F020 6個(gè)I/O口相連。其中，CSN是片選端，SCK是時(shí)鐘線，MISO是主機(jī)輸入從機(jī)輸出端，MOSI是主機(jī)輸出從機(jī)輸入端，IRQ是中斷請(qǐng)求輸出端，CE是芯片模式控制端。本設(shè)計(jì)采用增強(qiáng)型SchockBurst模式，該模式使雙向通信執(zhí)行起來更為容易、可靠。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 信號(hào)采集處理
　作為視頻監(jiān)控處理的每一個(gè)監(jiān)控模塊中的LPC2103，在進(jìn)行系統(tǒng)初始化后進(jìn)入主循環(huán)等待偶場(chǎng)同步信號(hào)的到來。當(dāng)視頻的偶場(chǎng)到來并觸發(fā)場(chǎng)中斷后等待偶場(chǎng)下的行同步信號(hào)的到來、且行同步到來時(shí)，用內(nèi)部A/D采集視頻信號(hào)并存入數(shù)組，直到采集到所需的行數(shù)的信號(hào)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。之后等待下一個(gè)偶場(chǎng)的到來，進(jìn)行下一場(chǎng)的采集處理。流程框圖如圖5所示。

3.2 闖入監(jiān)控處理
　

     由于本系統(tǒng)只對(duì)是否有物體闖入進(jìn)行識(shí)別，所以只需要對(duì)采集進(jìn)來的每一幀圖像進(jìn)行整體的識(shí)別（即圖像有無大的變化進(jìn)行判別），因此，在這里只采用了簡(jiǎn)單的灰度差分法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后根據(jù)處理結(jié)果判斷是否報(bào)警。其算法如下：

3.3 無線傳輸
　在本系統(tǒng)中首先對(duì)每個(gè)監(jiān)控模塊進(jìn)行編號(hào)（1~n），即每一個(gè)監(jiān)控場(chǎng)所有一個(gè)對(duì)應(yīng)的編號(hào)（1~n），這個(gè)編號(hào)將作為每個(gè)監(jiān)控模塊程序中的const變量存儲(chǔ)。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，作為視頻監(jiān)控的LPC2103首先發(fā)送該模塊對(duì)應(yīng)的編號(hào)（1~n），然后將處理得到的Flag標(biāo)志位數(shù)據(jù)進(jìn)行無線發(fā)送并進(jìn)入等待接收狀態(tài)，發(fā)送的數(shù)據(jù)被作為移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的無線模塊接收并產(chǎn)生中斷使與之相連的C8051F020[5]讀取接收到的監(jiān)控模塊編號(hào)及Flag標(biāo)志位數(shù)據(jù)。如果接收到的Flag標(biāo)志位數(shù)據(jù)為1，則該C8051F020使用SPI與無線模塊通信，將指令數(shù)據(jù)1發(fā)送給對(duì)應(yīng)編號(hào)（1~n）的監(jiān)控模塊進(jìn)而關(guān)閉本模塊對(duì)應(yīng)的報(bào)警模塊，進(jìn)行后期處理，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控。如果接收到的Flag標(biāo)志位數(shù)據(jù)為0，則通過無線發(fā)送指令數(shù)據(jù)0監(jiān)控模塊繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控。如果具備其他條件的，還可以通過使用SCI串口通信，將發(fā)生警報(bào)的區(qū)域的監(jiān)控模塊的編號(hào)顯示在電腦顯示屏上，以便工作人員確定檢查區(qū)域。流程圖如圖7所示。

　本文設(shè)計(jì)的多方位闖入監(jiān)控?zé)o線報(bào)警系統(tǒng)，每個(gè)監(jiān)控模塊采用了LPC2103作為主要控制模塊，對(duì)LM1881分離出來的視頻信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，由與其相連的無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備。若有異常，蜂鳴器報(bào)警，移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備C8051F020作出相應(yīng)應(yīng)答指令，并針對(duì)這一情況進(jìn)行處理。在實(shí)際生活中，該系統(tǒng)可移植性好，使用簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確定位警報(bào)地點(diǎn)，真正能做到實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)時(shí)處理。
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