基于Atmel AVR單片機的無線圖像偵檢系統(tǒng)

一、項目概述

1.1 引言

對于圖像監(jiān)控系統(tǒng)，在一些特殊應用場合用戶常會提出這樣的需求：希望能夠通過無線方式監(jiān)控對象。例如，災害或突發(fā)惡性事故現(xiàn)場這類只有救援人員能夠進入的場合，或是郊區(qū)、深山、荒原等無人值守的場合。一般的圖像監(jiān)控系統(tǒng)，由于體積大小、耗電和成本等原因無法滿足以上需求，而用微型CMOS攝像頭和嵌入式單片機組成的無線圖像監(jiān)控系統(tǒng)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的性能以及先進的DSP算法功能，具有高性能和低功耗特性的特點。因此選用Atmel32位AVR UC3系列MCU作為設計主體實現(xiàn)一個無線圖像偵檢系統(tǒng)，配合協(xié)議中的功耗控制，在能夠較好的實現(xiàn)功能的情況下達到節(jié)能環(huán)保的目的。

1.2 項目背景/選題動機

災害或突發(fā)惡性事故現(xiàn)場由于環(huán)境極其惡劣，只有救援人員能夠進入，因此外部的指揮人員難以知曉現(xiàn)場實地的情況從而及時制定搶險方案。若救援人員使用無線遠程圖像偵檢系統(tǒng)實地傳輸現(xiàn)場視頻信息，使搶險指揮部門通過及時看到現(xiàn)場的狀況，并迅速作出相應的方案。不僅能贏得救援時間，而且大大提高了救援能力。

本系統(tǒng)應用領域廣泛：

1. 可用于消防救火、救災現(xiàn)場偵檢時，通過無線方式將圖像傳輸至指揮中心；

2. 通過不同形式的組合可用于重點設施及建筑物的全天候安全監(jiān)控和大型會議、運動會、演唱會等大型活動的臨時出、入口視像監(jiān)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. 可同步無線傳輸視頻信號和音頻信號；

2. 發(fā)射與接收裝置均有四個頻道可供選擇；

3. 接收系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)為手持式/車載式，可安裝于指揮車中；

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(shù)≥5fps

聲音碼率：32Kbps ADPCM編碼

無線輸出功率：0dBm

無線通信比特率：1M bps

無線通信距離：不小于30米

三、方案設計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理（除圖片外需有文字介紹）

硬件主要分為移動端和終端兩個部分，移動端負責圖像、語音等信號的采集與壓縮編碼，終端負責移動端的控制和影音解碼播放功能，移動與終端間通過無線實現(xiàn)雙工通信。

移動端的圖像和語音采集與編碼都用模塊實現(xiàn)，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)過整流電路送到MCU內(nèi)部AD進行處理。無線模塊與MCU之間使用SPI口進行通信。

終端將無線接收到的影音與傳感器信息通過MCU進行幀重組，然后分別在液晶屏和揚聲器上播放出來，通過鍵盤實現(xiàn)對液晶、揚聲器和移動端進行一定的控制。

3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)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

語音編解碼模塊：MC145540

無線模塊：nRF2401

單片機：ATMEL AT32UC3A0512

自制板卡

3.3系統(tǒng)軟件架構

軟件分為移動端與終端兩個部分，移動端軟件底層包括MCU初始化、攝像頭模塊驅(qū)動、語言模塊驅(qū)動、無線模塊驅(qū)動；應用層包括影音與傳感器數(shù)據(jù)幀處理、終端控制信號處理、移動端休眠及喚醒、無線雙工通信。終端軟件底層包括MCU初始化、液晶屏驅(qū)動、語言解碼模塊驅(qū)動、鍵盤掃描；應用層包括影音與傳感器數(shù)據(jù)幀處理、平臺控制、無線雙工通信。

3.4 系統(tǒng)軟件流程（除圖片外需有文字介紹）

移動端MCU軟件流程如圖3.2，上電后首先對MCU內(nèi)部AD、SPI等功能進行初始化，然后對無線、攝像模塊、語言模塊進行驅(qū)動，配置工作狀態(tài)。程序主循環(huán)部分主要實現(xiàn)的功能包括接收中斷發(fā)來了控制指令并對外設進行相應的控制；整個移動端休眠節(jié)能狀態(tài)與工作模式切換；影音、傳感器數(shù)據(jù)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)部分實現(xiàn)功能包括鍵盤掃描來實現(xiàn)對移動端和終端的控制；影音數(shù)據(jù)接收和幀處理；與液晶屏和揚聲器通信實現(xiàn)影音播放等。

圖3.2 移動端程序運行流程圖 圖3.3 移動端程序

運行流程圖

3.5 系統(tǒng)預計實現(xiàn)結(jié)果

可同步無線傳輸視頻信號和音頻信號；發(fā)射與接收裝置均有四個頻道可供選擇；接收系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)為手持式/車載式，可安裝于指揮車中；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。