全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽短距視頻信號(hào)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)G題設(shè)計(jì)報(bào)告

1、2015年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽短距視頻信號(hào)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（G題）【本科組】天津工業(yè)大學(xué)時(shí)間：2015年8月短距視頻信號(hào)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)摘要：本次大賽我們小組通過(guò)討論選擇的題目是短距視頻無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，我們?cè)噲D設(shè)計(jì)出可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸視頻信號(hào)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行字符疊加，中繼點(diǎn)傳輸，同時(shí)設(shè)計(jì)方案盡可能降低節(jié)點(diǎn)的功耗。通過(guò)討論，我們組決定將視頻信號(hào)通過(guò)迷你無(wú)線視頻收發(fā)射模塊傳輸和接收，用MAX7456電路達(dá)到疊加字符信號(hào)的功能；在發(fā)揮部分通過(guò)1.2-1.5V電池和12V鋰電池分別給節(jié)點(diǎn)和攝像頭獨(dú)立供電。在解決降低功耗問(wèn)題上，決定通過(guò)一塊MCU進(jìn)行字符疊加，以控制電路為主控制，從節(jié)點(diǎn)的收發(fā)模

2、塊設(shè)置按鍵控制其開(kāi)關(guān)來(lái)降低不必要的損耗。供電方面，由1.2-1.5V電池經(jīng)過(guò)升壓模塊升至5V電壓為整個(gè)節(jié)點(diǎn)供電，力盡實(shí)現(xiàn)基本和發(fā)揮的各個(gè)要求。關(guān)鍵詞: 迷你無(wú)線收發(fā)模塊 低功耗 MAX7456字符疊加模塊 中繼節(jié)點(diǎn) 目錄1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.1無(wú)線傳輸模塊的選擇錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.2字符疊加模塊的選擇41.3 控制器的選擇錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.4 電源模塊的選擇52 系統(tǒng)理論分析與計(jì)算63 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)83.1 發(fā)射電路83.2 接收電路83.3 MAX7456電路94 軟件程序的設(shè)計(jì)104.1 總體流程圖105 系統(tǒng)調(diào)試115.1 測(cè)試過(guò)程115.2 測(cè)試結(jié)果分析12

3、6 設(shè)計(jì)結(jié)論127 參考文獻(xiàn)12一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證1.1無(wú)線傳輸模塊的選擇根據(jù)題目要求，從節(jié)點(diǎn)B、C要完成與主節(jié)點(diǎn)A的單項(xiàng)短距視頻傳輸。故要選擇合適的收發(fā)模塊，按要求設(shè)計(jì)了以下兩種可行方案:方案一：利用ADC采集電壓，視頻信號(hào)解碼成圖像信號(hào)，圖像信號(hào)通過(guò)無(wú)線WIFI模塊完成從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)之間的單向視頻傳輸。WIFI模塊視頻信號(hào)模擬量數(shù)字量AD采集視頻信號(hào)方案二:使用無(wú)線視頻收發(fā)模塊完成從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)之間的單向視頻傳輸。視頻信號(hào)模擬量無(wú)線視頻收發(fā)模塊模擬值視頻信號(hào)比較以上兩種視頻傳輸方案，方案一須將模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)再通過(guò)無(wú)線WIFI模塊進(jìn)行視頻傳輸，此方案涉及到較大工作量的模數(shù)轉(zhuǎn)換；

4、而方案二通過(guò)無(wú)線視頻收發(fā)模塊直接完成模擬信號(hào)的傳輸，方法簡(jiǎn)便，而且2.4G鎖頻200mW視頻收發(fā)模塊體積小，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)傳輸視頻，合以上選擇方案二。1.2 字符疊加模塊的選擇 方案一DSP數(shù)字解碼進(jìn)行圖像處理，再經(jīng)AD輸出 方案二采用MB90092模塊 方案三采用MAX7456模塊對(duì)于字符疊加的問(wèn)題我們采用OSD技術(shù)。OSD技術(shù)通過(guò)顯示在屏幕上的功能菜單達(dá)到調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)的目的，不但調(diào)整方便，而且調(diào)整的內(nèi)容也比以上的兩種方式多，增加了失真、會(huì)聚、色溫、消磁等高級(jí)調(diào)整內(nèi)容。OSD核心是利用字符發(fā)生芯片在顯示器的屏幕上顯示需要的字符。其技術(shù)方式是：與圖像實(shí)時(shí)同步附加或改變圖像中某些像素的顏色，

5、使之組合成人類可以在圖像中辨識(shí)的數(shù)據(jù)。以固定或不固定的方式，改變某個(gè)特定的OSD控制暫存器，即可達(dá)到動(dòng)態(tài)的效果。如：在熒幕上產(chǎn)生由左向右移動(dòng)的OSD字形，只要將控制左右位置的OSD控制暫存器依序填入由小變大或由大變小的數(shù)值，OSD輸出字形自然隨更改的數(shù)值而做左右移動(dòng)。1.3控制器的選擇 方案一：采用51單片機(jī) 方案二：采用 STM32103CBT6 方案三：采用自己設(shè)計(jì)的STM32103CBT6和MAX7456結(jié)合開(kāi)發(fā)板 STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門(mén)設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。STM32F103增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高

6、的產(chǎn)品；內(nèi)置32K到128K的閃存。當(dāng)其時(shí)鐘頻率72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。由于本設(shè)計(jì)對(duì)引腳數(shù)目要求不高，所以我們采用功耗相對(duì)較小的STM32103CBT6。 我們將STM32103CBT6和MAX7456字符疊加模塊設(shè)計(jì)在一塊開(kāi)發(fā)板上，有效的避免了信號(hào)的干擾的同時(shí)將功耗減到了最低，所以方案三是最優(yōu)方案。1.4 電源模塊的選擇根據(jù)題目要求，在發(fā)揮部分中，要求在從節(jié)點(diǎn)B和C必須分別采用2節(jié)1.2-1.5V電池獨(dú)立供電。根據(jù)題目，設(shè)計(jì)了一下兩種方案：方案一：使用ME6211芯片搭建升壓電路。2.4V-3.0V輸入5.

7、0V輸出ME6211升壓電路方案二：直接采用DC-DC升壓模塊給從節(jié)點(diǎn)B和C提供電源。5.0V輸出DC-DC升壓電路2.4V-3.0V輸入比較以上兩種方案，第一種方案采用了ME6211芯片，但是此電路功耗較大，輸出不穩(wěn)定；而第二種方案則采用了DC-DC升壓模塊電路，電壓穩(wěn)定，自消耗較小，因而采用第二種方案。二、系統(tǒng)理論分析與計(jì)算1. 視頻無(wú)線傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,視頻信號(hào)的傳輸與采集主要有模擬方式和數(shù)字方式兩種。在數(shù)字視頻傳輸系統(tǒng)中,需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮和編碼,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。采用無(wú)線方式進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí),由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制,使用數(shù)字方式傳輸視頻信號(hào)的時(shí)延會(huì)比較大,當(dāng)傳輸多路視頻信號(hào)時(shí)這種

8、情況會(huì)更加嚴(yán)重,在這種情況下采用模擬信號(hào)方式進(jìn)行無(wú)線傳輸可以獲得比較好的實(shí)時(shí)性。2. 數(shù)字地與模擬地同一條導(dǎo)線，不同的點(diǎn)的電壓可能是不同的，特別是電流大的時(shí)候，因?yàn)閷?dǎo)線存在著電阻，電流流過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生壓降，另外，導(dǎo)線還有分布電阻，在交流信號(hào)下，分布電感的影響就會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。所以我們要分成數(shù)字地和模擬地，因?yàn)閿?shù)字地的高頻信號(hào)噪聲很大，如果數(shù)字地和模擬地混合的話，就會(huì)把噪聲傳到模擬部分，造成干擾。如果分開(kāi)接地的話，高頻噪聲可以在電源處通過(guò)濾波來(lái)隔離掉。我們小組通過(guò)在模擬地和數(shù)字地之間串接0歐電阻或幾H或幾十H的電感起到隔離作用。3. 功耗計(jì)算4.視頻信號(hào)圖像采集5. 干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因及解決方案干擾信

9、號(hào)產(chǎn)生原因前端設(shè)備干擾 前端攝像機(jī)的供電電源的干擾，攝像機(jī)本身質(zhì)量問(wèn)題引起的干擾。終端設(shè)備干擾 主要是設(shè)備本身產(chǎn)生的干擾、接地引起的干擾、設(shè)備與設(shè)備連接引起的干擾。傳輸過(guò)程的干擾 主要是傳輸電線損壞引起的干擾、電磁輻射干擾和地線干擾（地電位差：地電位差干擾是由于存在兩個(gè)以上互相沖突的地，地與地之間存在一定的電壓差，該電壓通過(guò)信號(hào)電纜的外屏蔽網(wǎng)形成干擾電流，形成對(duì)圖像的干擾。地電流的主要成份是50赫茲交流電及電氣設(shè)備產(chǎn)生的干擾脈沖，在圖像上的表現(xiàn)是水平黑色條紋、扭曲、摻雜有水平雜波，而其有可能沿垂直方向緩慢移動(dòng)）等三種。布線產(chǎn)生的干擾 主要原因是傳輸電纜與強(qiáng)電線路長(zhǎng)距離近尺寸平行布線，相互產(chǎn)生電

10、磁耦合。同軸電纜的抗干擾能力在低頻段較低，而強(qiáng)電干擾成分主要是50赫茲交流電及其諧波，因此對(duì)通州電纜的威脅比較大。因此要避免信號(hào)線與強(qiáng)電線路長(zhǎng)距離近尺寸平行布線。解決方案通過(guò)隔離數(shù)字地和模擬地，高頻噪聲可以在電源處通過(guò)濾波來(lái)隔離掉，防止模擬部分受到干擾。選用視頻信號(hào)線連接并傳輸高頻視頻信號(hào)增強(qiáng)抗干擾能力。將前端發(fā)射設(shè)備與地隔離，設(shè)備前端、終端及傳輸過(guò)程中避免接近大功率電源和有電磁輻射的設(shè)備，以防受到電磁干擾，影響信號(hào)質(zhì)量。三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 發(fā)射電路3.2 接收電路3.3 MAX7456驅(qū)動(dòng)電路由于所傳輸?shù)脑O(shè)備是高頻信號(hào)，所以在模擬地和數(shù)字地之間要加0歐姆電阻或者磁珠。來(lái)抑制噪聲。4、 軟

11、件程序的設(shè)計(jì)五、系統(tǒng)測(cè)試將A、B、C節(jié)點(diǎn)電路連接完畢，首先測(cè)試基本的四個(gè)要求，通過(guò)投影儀將A接收的圖像投影在屏幕上。 圖1.節(jié)點(diǎn)電路連接 圖2.B節(jié)點(diǎn) 圖3.疊加模塊 圖4.A節(jié)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果： 圖5.測(cè)試結(jié)果 圖6.疊加字符效果圖接下來(lái)測(cè)試三點(diǎn)發(fā)揮要求： 圖7.節(jié)點(diǎn)分配 圖8.測(cè)試結(jié)果 圖9.功率測(cè)試基本和發(fā)揮要求都可以完成。功率測(cè)試為139mw。六、設(shè)計(jì)總結(jié)在設(shè)計(jì)和制作視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中，我們小組深切體會(huì)到，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。本次設(shè)計(jì)是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的一次綜合性檢測(cè)和考驗(yàn)，無(wú)論是動(dòng)手能力還是理論知識(shí)運(yùn)用能力都得到了提高，同時(shí)加深了我們對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源認(rèn)識(shí)，大大提高了查閱資料的能力和效率，使我們有充足的時(shí)間投入到電路設(shè)計(jì)當(dāng)中。七、參考文獻(xiàn)1賈世杰,梁德群,柯少卿