基于單片機(jī)的應(yīng)用于視頻監(jiān)控的矩陣切換器設(shè)計(jì)

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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(hào)。P_3。2-P_3。4分別作為選通脈沖ST、數(shù)據(jù)輸入DI、復(fù)位信號(hào)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(yīng)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(hào)依次接單片機(jī)的地址線(xiàn)，分別對(duì)32路輸入和8路輸出進(jìn)行譯碼控制。通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)DI寫(xiě)入的邏輯“1”或“0”將決定地址譯碼對(duì)應(yīng)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(hào)，反之，邏輯 “0”將其關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的切換控制。

3.2 實(shí)現(xiàn)多功能控制的接口電路

多功能控制的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)人機(jī)界面控制鍵盤(pán)，一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的本地切換，另一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)于云臺(tái)、鏡頭等的遠(yuǎn)程控制。解碼器能是把控制碼轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)、鏡頭等的動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整。然而解碼器不能直接接收鍵盤(pán)發(fā)來(lái)的控制信號(hào)，需要設(shè)計(jì)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(xiàn)接口。串口通信標(biāo)準(zhǔn)有RS-232C和RS-485。RS-232C是廣泛應(yīng)用的串口通信標(biāo)準(zhǔn)，但數(shù)據(jù)傳輸速度慢（最快傳輸速度為20Kbit/s）、傳輸距離短(最大電纜長(zhǎng)度為15m)、接口處各信號(hào)間容易產(chǎn)生干擾，并且只能進(jìn)行一對(duì)一的通信。RS-485是一個(gè)多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)發(fā)送器最多可允許驅(qū)動(dòng)32個(gè)負(fù)載設(shè)備，RS-485的最大傳輸距離為1200m，最大傳輸速度可達(dá)10Mbit/s，它在遠(yuǎn)程通信和多機(jī)總線(xiàn)系統(tǒng)中具有很大的吸引力。視頻監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控點(diǎn)與監(jiān)控室的距離往往超過(guò)15m，且存在多點(diǎn)監(jiān)控的問(wèn)題，因此串行通信標(biāo)準(zhǔn)選用RS-485。本設(shè)計(jì)采用75176（ RS-485專(zhuān)用的收發(fā)芯片）完成RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口通信。

切換矩陣主機(jī)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(hào)，經(jīng)過(guò)75176收發(fā)器，將485差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成AT89C2051可以接收的TTL電平信號(hào)。89C2051串口接收數(shù)據(jù)后，進(jìn)行控制信號(hào)判斷，如為本地視頻切換控制信號(hào)則進(jìn)行譯碼，變成對(duì)應(yīng)地址碼，并在數(shù)據(jù)線(xiàn)寫(xiě)入相應(yīng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的切換控制；如為遠(yuǎn)程控制信號(hào)則轉(zhuǎn)換協(xié)議，發(fā)送TTL電平控制信號(hào)，再經(jīng)75176把TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?85差分信號(hào)，這個(gè)485差分控制信號(hào)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(tái)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(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)

由視頻切換控制矩陣組成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖4。

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圖中最多有32路輸入，8路監(jiān)視器輸出。攝像機(jī)圖像經(jīng)過(guò)光纜傳送到視頻矩陣切換器主機(jī)；通過(guò)控制鍵盤(pán)可對(duì)所有輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行切換，選擇其中1路輸出到監(jiān)視器上（可置于控制臺(tái)上）；對(duì)云臺(tái)與鏡頭的控制，由監(jiān)控人員操作控制鍵盤(pán)發(fā)出控制信號(hào)，主機(jī)收到控制信號(hào)，由解碼器對(duì)傳送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行譯碼，即確定執(zhí)行何種控制動(dòng)作，在經(jīng)繼電器功率放大，驅(qū)動(dòng)云臺(tái)或鏡頭完成相應(yīng)的控制動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控點(diǎn)攝像機(jī)的鏡頭、云臺(tái)等設(shè)備的遙控。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)中采用AT89C2051單片機(jī)作為控制核心部分，使得系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)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(wěn)定性好，可形成的矩陣規(guī)模較大。RS-485電氣接口，在不加總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)的情況下，方便實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)終端設(shè)備的控制。以此視頻矩陣切換器為核心組成的視頻監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)中監(jiān)視器的數(shù)量可以大量減少，并使得整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)所占有的空間大為減少，大量減少設(shè)備投資。