基于A(yíng)tmel AVR單片機的無(wú)線(xiàn)圖像偵檢系統

一、項目概述

1.1 引言

對于圖像監控系統，在一些特殊應用場(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(xiàn)方式監控對象。例如，災害或突發(fā)惡性事故現場(chǎng)這類(lèi)只有救援人員能夠進(jìn)入的場(chǎng)合，或是郊區、深山、荒原等無(wú)人值守的場(chǎng)合。一般的圖像監控系統，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組成的無(wú)線(xiàn)圖像監控系統是最佳選擇。

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作為設計主體實(shí)現一個(gè)無(wú)線(xiàn)圖像偵檢系統，配合協(xié)議中的功耗控制，在能夠較好的實(shí)現功能的情況下達到節能環(huán)保的目的。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

災害或突發(fā)惡性事故現場(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場(chǎng)實(shí)地的情況從而及時(shí)制定搶險方案。若救援人員使用無(wú)線(xiàn)遠程圖像偵檢系統實(shí)地傳輸現場(chǎng)視頻信息，使搶險指揮部門(mén)通過(guò)及時(shí)看到現場(chǎng)的狀況，并迅速作出相應的方案。不僅能贏(yíng)得救援時(shí)間，而且大大提高了救援能力。

本系統應用領(lǐng)域廣泛：

1. 可用于消防救火、救災現場(chǎng)偵檢時(shí)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將圖像傳輸至指揮中心；

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

3. 可用于公安偵察、可疑目標跟蹤等用途；

4. 配合機器人等輔助設施，可用于遙控探測及危險事故處理。

二、需求分析

2.1 功能要求

1. 可同步無(wú)線(xiàn)傳輸視頻信號和音頻信號；

2. 發(fā)射與接收裝置均有四個(gè)頻道可供選擇；

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

4. 發(fā)射機為電池供電；

5. 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≥5fps

聲音碼率：32Kbps ADPCM編碼

無(wú)線(xiàn)輸出功率：0dBm

無(wú)線(xiàn)通信比特率：1M bps

無(wú)線(xiàn)通信距離：不小于30米

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理（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)端負責圖像、語(yǔ)音等信號的采集與壓縮編碼，終端負責移動(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(xiàn)實(shí)現雙工通信。

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

終端將無(wú)線(xiàn)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聲器上播放出來(lái)，通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現對液晶、揚聲器和移動(dòng)端進(jìn)行一定的控制。

3.1 系統硬件結構框圖

3.2 硬件平臺選用及資源配置

AVR EVK1105評估套件

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

語(yǔ)音編解碼模塊：MC145540

無(wú)線(xiàn)模塊：nRF2401

單片機：ATMEL AT32UC3A0512

自制板卡

3.3系統軟件架構

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、攝像頭模塊驅動(dòng)、語(yǔ)言模塊驅動(dòng)、無(wú)線(xiàn)模塊驅動(dòng)；應用層包括影音與傳感器數據幀處理、終端控制信號處理、移動(dòng)端休眠及喚醒、無(wú)線(xiàn)雙工通信。終端軟件底層包括MCU初始化、液晶屏驅動(dòng)、語(yǔ)言解碼模塊驅動(dòng)、鍵盤(pán)掃描；應用層包括影音與傳感器數據幀處理、平臺控制、無(wú)線(xiàn)雙工通信。

3.4 系統軟件流程（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MCU內部AD、SPI等功能進(jìn)行初始化，然后對無(wú)線(xiàn)、攝像模塊、語(yǔ)言模塊進(jìn)行驅動(dòng)，配置工作狀態(tài)。程序主循環(huán)部分主要實(shí)現的功能包括接收中斷發(fā)來(lái)了控制指令并對外設進(jìn)行相應的控制；整個(gè)移動(dòng)端休眠節能狀態(tài)與工作模式切換；影音、傳感器數據處理和收發(fā)等。

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

圖3.2 移動(dòng)端程序運行流程圖 圖3.3 移動(dòng)端程序

運行流程圖

3.5 系統預計實(shí)現結果

可同步無(wú)線(xiàn)傳輸視頻信號和音頻信號；發(fā)射與接收裝置均有四個(gè)頻道可供選擇；接收系統與顯示系統為手持式/車(chē)載式，可安裝于指揮車(chē)中；發(fā)射機為電池供電；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。