基于Atmel AVR單片機(jī)的無線圖像偵檢系統(tǒng)

一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

對(duì)于圖像監(jiān)控系統(tǒng)，在一些特殊應(yīng)用場合用戶常會(huì)提出這樣的需求：希望能夠通過無線方式監(jiān)控對(duì)象。例如，災(zāi)害或突發(fā)惡性事故現(xiàn)場這類只有救援人員能夠進(jìn)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(jī)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(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(shè)計(jì)主體實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(shí)現(xiàn)功能的情況下達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

災(zāi)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(jìn)入，因此外部的指揮人員難以知曉現(xiàn)場實(shí)地的情況從而及時(shí)制定搶險(xiǎn)方案。若救援人員使用無線遠(yuǎn)程圖像偵檢系統(tǒng)實(shí)地傳輸現(xiàn)場視頻信息，使搶險(xiǎn)指揮部門通過及時(shí)看到現(xiàn)場的狀況，并迅速作出相應(yīng)的方案。不僅能贏得救援時(shí)間，而且大大提高了救援能力。

本系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：

1. 可用于消防救火、救災(zāi)現(xiàn)場偵檢時(shí)，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(diǎn)設(shè)施及建筑物的全天候安全監(jiān)控和大型會(huì)議、運(yùn)動(dòng)會(huì)、演唱會(huì)等大型活動(dòng)的臨時(shí)出、入口視像監(jiān)控；

3. 可用于公安偵察、可疑目標(biāo)跟蹤等用途；

4. 配合機(jī)器人等輔助設(shè)施，可用于遙控探測及危險(xiǎn)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(hào)和音頻信號(hào)；

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(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(jī)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(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)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(fù)責(zé)圖像、語音等信號(hào)的采集與壓縮編碼，終端負(fù)責(zé)移動(dòng)端的控制和影音解碼播放功能，移動(dòng)與終端間通過無線實(shí)現(xiàn)雙工通信。

移動(dòng)端的圖像和語音采集與編碼都用模塊實(shí)現(xiàn)，MCU負(fù)責(zé)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(jìn)行處理。無線模塊與MCU之間使用SPI口進(jìn)行通信。

終端將無線接收到的影音與傳感器信息通過MCU進(jìn)行幀重組，然后分別在液晶屏和揚(yáng)聲器上播放出來，通過鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶、揚(yáng)聲器和移動(dòng)端進(jìn)行一定的控制。

3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

AVR EVK1105評(píng)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(jī)：ATMEL AT32UC3A0512

自制板卡

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

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(qū)動(dòng)、語言模塊驅(qū)動(dòng)、無線模塊驅(qū)動(dòng)；應(yīng)用層包括影音與傳感器數(shù)據(jù)幀處理、終端控制信號(hào)處理、移動(dòng)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(dòng)、語言解碼模塊驅(qū)動(dòng)、鍵盤掃描；應(yīng)用層包括影音與傳感器數(shù)據(jù)幀處理、平臺(tái)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(dòng)端MCU軟件流程如圖3.2，上電后首先對(duì)MCU內(nèi)部AD、SPI等功能進(jìn)行初始化，然后對(duì)無線、攝像模塊、語言模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，配置工作狀態(tài)。程序主循環(huán)部分主要實(shí)現(xiàn)的功能包括接收中斷發(fā)來了控制指令并對(duì)外設(shè)進(jìn)行相應(yīng)的控制；整個(gè)移動(dòng)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(shè)。程序主循環(huán)部分實(shí)現(xiàn)功能包括鍵盤掃描來實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)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(yáng)聲器通信實(shí)現(xiàn)影音播放等。

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

運(yùn)行流程圖

3.5 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

可同步無線傳輸視頻信號(hào)和音頻信號(hào)；發(fā)射與接收裝置均有四個(gè)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(jī)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。