基于單片機的應用于視頻監控的矩陣切換器設計

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圖中用P_0.0-P_0.6作為兩片MT8816的行地址和列地址控制線(xiàn)，P_0.7作為兩個(gè)芯片的片選信號。P_3。2-P_3。4分別作為選通脈沖ST、數據輸入DI、復位信號RESET。兩片的ROW₀-ROW₁₅都作為輸入，兩片的COL₀-COL₇依次并聯(lián)作為輸出。即32路輸入，8路輸出。
　　實(shí)際應用中，視頻矩陣切換器輸入部分加匹配電路，輸出部分加緩沖放大器。這里省略未畫(huà)。

模擬開(kāi)關(guān)芯片的地址選擇信號依次接單片機的地址線(xiàn)，分別對32路輸入和8路輸出進(jìn)行譯碼控制。通過(guò)數據線(xiàn)DI寫(xiě)入的邏輯“1”或“0”將決定地址譯碼對應的X_iY_j(i=0,…,31; j=0,…,7)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)的通斷，邏輯“1”將其打開(kāi)，Y_j路輸出上就有X_i路輸入信號，反之，邏輯 “0”將其關(guān)閉，從而實(shí)現對視頻信號的切換控制。

3.2 實(shí)現多功能控制的接口電路

多功能控制的實(shí)現是通過(guò)人機界面控制鍵盤(pán)，一方面實(shí)現對視頻信號的本地切換，另一方面實(shí)現對于云臺、鏡頭等的遠程控制。解碼器能是把控制碼轉換成模擬信號輸出，實(shí)現對云臺、鏡頭等的動(dòng)作進(jìn)行調整。然而解碼器不能直接接收鍵盤(pán)發(fā)來(lái)的控制信號，需要設計一個(gè)連接兩者的接口電路。

這里利用AT89C0251的串行通信口進(jìn)行通信實(shí)現接口。串口通信標準有RS-232C和RS-485。RS-232C是廣泛應用的串口通信標準，但數據傳輸速度慢（最快傳輸速度為20Kbit/s）、傳輸距離短(最大電纜長(cháng)度為15m)、接口處各信號間容易產(chǎn)生干擾，并且只能進(jìn)行一對一的通信。RS-485是一個(gè)多發(fā)送器的電路標準，一個(gè)發(fā)送器最多可允許驅動(dòng)32個(gè)負載設備，RS-485的最大傳輸距離為1200m，最大傳輸速度可達10Mbit/s，它在遠程通信和多機總線(xiàn)系統中具有很大的吸引力。視頻監控系統中監控點(diǎn)與監控室的距離往往超過(guò)15m，且存在多點(diǎn)監控的問(wèn)題，因此串行通信標準選用RS-485。本設計采用75176（ RS-485專(zhuān)用的收發(fā)芯片）完成RS-485標準接口通信。

切換矩陣主機AT89C2051與控制鍵盤(pán)及解碼器的接口電路框圖如圖3所示。

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圖中控制鍵盤(pán)通過(guò)搖桿或按鍵發(fā)出RS485差分控制信號，經(jīng)過(guò)75176收發(fā)器，將485差分信號轉換成AT89C2051可以接收的TTL電平信號。89C2051串口接收數據后，進(jìn)行控制信號判斷，如為本地視頻切換控制信號則進(jìn)行譯碼，變成對應地址碼，并在數據線(xiàn)寫(xiě)入相應數據，實(shí)現對視頻信號的切換控制；如為遠程控制信號則轉換協(xié)議，發(fā)送TTL電平控制信號，再經(jīng)75176把TTL電平信號轉換成可以遠距離傳輸的485差分信號，這個(gè)485差分控制信號就可以被解碼器接收，從而命令繼電器開(kāi)合來(lái)控制云臺和鏡頭等的動(dòng)作。

4 以視頻矩陣切換器為核心組成的視頻監控應用系統

由視頻切換控制矩陣組成的視頻監控系統如圖4。

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圖中最多有32路輸入，8路監視器輸出。攝像機圖像經(jīng)過(guò)光纜傳送到視頻矩陣切換器主機；通過(guò)控制鍵盤(pán)可對所有輸入的視頻信號進(jìn)行切換，選擇其中1路輸出到監視器上（可置于控制臺上）；對云臺與鏡頭的控制，由監控人員操作控制鍵盤(pán)發(fā)出控制信號，主機收到控制信號，由解碼器對傳送來(lái)的信號進(jìn)行譯碼，即確定執行何種控制動(dòng)作，在經(jīng)繼電器功率放大，驅動(dòng)云臺或鏡頭完成相應的控制動(dòng)作，以實(shí)現對監控點(diǎn)攝像機的鏡頭、云臺等設備的遙控。

5 結束語(yǔ)

本文設計中采用AT89C2051單片機作為控制核心部分，使得系統電路的設計大大簡(jiǎn)化。在矩陣切換上選用專(zhuān)用的模擬開(kāi)關(guān)矩陣切換芯片雖價(jià)格較高，但穩定性好，可形成的矩陣規模較大。RS-485電氣接口，在不加總線(xiàn)驅動(dòng)的情況下，方便實(shí)現對多個(gè)終端設備的控制。以此視頻矩陣切換器為核心組成的視頻監控應用系統中監視器的數量可以大量減少，并使得整個(gè)監控系統所占有的空間大為減少，大量減少設備投資。