無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

摘要隨著人口的增長，商場、劇院、火車站及大型會展中心等公共場所關(guān)于安防系統(tǒng)中對安保的需求也越來越大。而為了降低該類營業(yè)性公共場所的營業(yè)成本，引進無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以為使用者大大節(jié)省經(jīng)營成本，并且存檔的無線視頻便于后續(xù)的管理與維護。而一般的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)都是由網(wǎng)絡(luò)攝像機和PC監(jiān)控管理軟件組成。本課題研究的是網(wǎng)絡(luò)攝像機的一種新型監(jiān)控管理軟件的設(shè)計，其中網(wǎng)絡(luò)攝像機由STC89C52單片機結(jié)合3G路由器、USB攝像頭以及舵機組成，其視頻數(shù)據(jù)通過3G路由器的WiFi功能實時轉(zhuǎn)發(fā)，然后編寫一款A(yù)ndroid客戶端視頻監(jiān)控管理軟件，安卓手機連接上網(wǎng)絡(luò)攝像機的WiFi網(wǎng)絡(luò)后打開該軟件就能實時進行遠程視頻監(jiān)控，可以通過客戶端軟件上的按鈕移動攝像頭左右兩個方向的擺動，并可以抓拍遠程圖片保存在手機里，也可以在Android客戶端軟件中查看，并對之前抓拍的圖片進行管理，為用戶提供了一定的便利性。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)攝像機；Android；單片機；WiFi；舵機AbstractAsthepopulationgrows,shoppingmalls,theaters,trainstationsandlargeconventioncentersandotherpublicplacesonthesecurityneedsofthesecuritysystemisalsogrowing.Inordertoreducetheoperatingcostsofpublicplacessuchbusiness,theintroductionofwirelessmonitoringsystemscangreatlyreducetheoperatingcostsforusersandtofacilitatethesubsequentarchivedonlinevideomanagementandmaintenance.AndgeneralwirelessmonitoringsystemsaremonitoredbythenetworkcameraandPCmanagementsoftware.Thisresearchisanewmonitoringandmanagementsoftwareisdesignedtonetworkcameras,networkcamerasbytheSTC89C52microcontrollerwhichcombines3Grouter,USBcameraandsteeringhead,whosevideodatainrealtimeWIFI3Grouterforwardingfunction,thenwriteanAndroidclientvideosurveillancemanagementsoftware,Androidphonesonthenetworkevenafteryouopenthecamera'sWiFinetworkmanagementsoftwareinreal-timeviaWiFinetworkforremotevideosurveillance,andcanmovethroughthelowerbuttononthecameramanagementsoftwareontheclientabouttwodirectionoftheswing,andyoucancaptureimagesremotelystoredinthephoneintheAndroidclientmonitoringandmanagementsoftwaretoview,monitortheAndroidclientmanagementsoftwarecanalsocapturetheimagebeforetheimagemanagementdirectly,toprovideuserswithacertainamountofconvenience.Keywords：Networkcamera；Android；SCM；WiFi；SteeringenginePAGEII目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章概述 11.1無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的背景 11.2無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 21.3無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的意義 31.4本文研究內(nèi)容 4第2章無線視頻監(jiān)控的方案討論 62.1方案1——采用A/D和D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字無線視頻監(jiān)控系統(tǒng) 62.2方案2——采用WiFi模塊的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng) 72.3本章小結(jié) 8第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計 93.1硬件原理圖概述 93.2單片機選型 103.3WiFi模塊 133.4攝像頭選型 173.5舵機選型 183.6本章小結(jié) 20第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 214.1網(wǎng)絡(luò)攝像機單片機軟件設(shè)計 214.2Android客戶端軟件設(shè)計 244.3本章小結(jié) 28第5章系統(tǒng)功能測試 295.1硬件調(diào)試 295.2軟件調(diào)試 315.3本章小結(jié) 32結(jié)論 33參考文獻 34致謝 35附錄19G舵機-按鍵控制左右轉(zhuǎn)動 36附錄29G舵機-自動0~180度來回擺動 40附錄3串口接收1602 44東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGE48第1章概述在現(xiàn)代社會，視頻監(jiān)控系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、環(huán)保監(jiān)測、公共安全、現(xiàn)代國防等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備之一。無線視頻監(jiān)控是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，由于其具有靈活性好、移動性強、布點靈活、工程量小與工程周期短等優(yōu)點，已逐漸成為視頻監(jiān)控領(lǐng)域的研究熱點。本章介紹無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的背景、發(fā)展現(xiàn)狀、研究意義以及本課題研究內(nèi)容。1.1無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的背景21世紀(jì)，社會上安防產(chǎn)業(yè)的主打方向是安全監(jiān)控類產(chǎn)品，而安全監(jiān)控類產(chǎn)品在專業(yè)領(lǐng)域又分為防盜設(shè)備，門禁，對講和視頻監(jiān)控等應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)是最重要組成部分。無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)中客戶端監(jiān)控管理軟件尤為關(guān)鍵。隨著Android手機風(fēng)靡全世界以及WiFi技術(shù)的不斷成熟，基于Android手機和WiFi技術(shù)開發(fā)的娛樂軟件也越來越多。而且市場上網(wǎng)絡(luò)攝像機種類也日漸增多，其應(yīng)用也會日趨廣泛。無線視頻監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場合。近年來，隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控制技術(shù)也有長遠的發(fā)展[1]。鑒于Android軟件和WiFi技術(shù)是當(dāng)下的熱門話題，相信對它們的開發(fā)和研究對人們的生活和高科技的發(fā)展都將會有很高的價值意義。無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一。無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對重要區(qū)域或遠程地點的監(jiān)視和控制，無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)在電力系統(tǒng)、電信機房、工廠、城市交通、水利系統(tǒng)、小區(qū)治安等領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用。視頻監(jiān)控系統(tǒng)將被監(jiān)控點實時采集的視頻文件及時地傳輸給監(jiān)控中心，實時動態(tài)地報告被監(jiān)測點的情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理。例如，電力系統(tǒng)的變電站和電信行業(yè)的無人值守機房等設(shè)施都需要安裝無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在通常情況下，由于監(jiān)控點分布在較廣闊的范圍內(nèi)，并且與監(jiān)控中心的距離較遠，利用傳統(tǒng)的有線連接方式，線路鋪設(shè)成本高昂，而且施工周期長，或者因為物理因素難以架設(shè)線纜，如遇到河流山脈等障礙時。無線視頻監(jiān)控解決方案可很好地解決上述問題。用戶采用無線視頻監(jiān)控解決方案，無需鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)電纜，可迅速方便地在各種需要的地方布署數(shù)字?jǐn)z像設(shè)備[2]，建立新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)或?qū)ΜF(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行擴展，具有很強的靈活性和可擴充性。采用寬帶無線接入設(shè)備，可以將多個被監(jiān)測點與中央控制中心連接起來，且搭建迅速，可以在最短的時間內(nèi)迅速建立起無線鏈路?，F(xiàn)場監(jiān)控點安裝的攝像機所攝錄的實時和高分辨率的視頻圖像通過成電先鋒寬帶無線接入設(shè)備進行傳輸,傳送到用戶的安全監(jiān)控中心，并可以完成對遠程監(jiān)控點的控制。目前，隨著數(shù)字視頻編碼技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，安裝無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)正迅速從傳統(tǒng)的基于有線電視技術(shù)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)向基于IP技術(shù)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)方向發(fā)展，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在某些領(lǐng)域取代了原有的模擬監(jiān)控系統(tǒng)。1.2無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀無線視頻監(jiān)控中的無線視頻傳輸技術(shù)一直以來都是各國在安防產(chǎn)業(yè)里競相研究的課題，中國近年來在無線視頻傳輸領(lǐng)域取得了一些成績，但是與美國、日本、德國相比還是有一些差距的，主要應(yīng)用主要集中在智能無線監(jiān)控小車的應(yīng)用。日美德等工業(yè)大國在智能無線監(jiān)控小車技術(shù)上一直引領(lǐng)著世界，后起之秀韓國也逐漸走在智能無線監(jiān)控小車研發(fā)的前沿[3]，而中國在相關(guān)應(yīng)用方面稍有不足。在國內(nèi)外市場上，主要推出的是數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控兩類產(chǎn)品。前者技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟、性能穩(wěn)定，并在實際工程應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，特別是在大、中型視頻監(jiān)控工程中的應(yīng)用尤為廣泛；后者是新近崛起的以計算機技術(shù)及圖像視頻壓縮為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了模擬系統(tǒng)部分弊端而迅速崛起，但仍需進一步完善和發(fā)展。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正處在數(shù)控模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)混合應(yīng)用并將逐漸向數(shù)字系統(tǒng)過渡的階段。關(guān)于當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)攝像機的遙控技術(shù)的研究，世界各發(fā)達國家都非常重視用于各種目的、不同場合機器人遙控系統(tǒng)的研究開發(fā)工作[4]。而國內(nèi)對遙控技術(shù)的研究起步相對于國外來說晚了些，總體發(fā)展水平也落后于西方發(fā)達國家。經(jīng)過多年努力，在航空航天、海洋開發(fā)、核工業(yè)已經(jīng)以及國防軍事、工程機械等領(lǐng)域也取得了舉世矚目的研究成果。根據(jù)近年來無線視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)運營實踐、無線視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展及不同用戶群對無線視頻監(jiān)控的需求程度的發(fā)展，今后國內(nèi)無線視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的發(fā)展將會經(jīng)歷以下三個階段：第一階段：以行業(yè)大客戶無線視頻監(jiān)控應(yīng)用為主的行業(yè)典型應(yīng)用階段目前，高端行業(yè)用戶的監(jiān)控系統(tǒng)如國內(nèi)的平安工程、交通的道路監(jiān)控、檢驗檢疫的電子監(jiān)管視頻監(jiān)控等，多為大型化的城域性甚至全國性的行業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。高端行業(yè)用戶現(xiàn)在大多處在建設(shè)大型視頻監(jiān)控項目的初期，其對監(jiān)控系統(tǒng)的要求很高，不僅包括了有線側(cè)圖像能夠?qū)崟r看得清、錄像存得好、云臺控制等指令響應(yīng)得快等，同時還增加了對無線視頻采集(如交通巡邏、平安城市移動巡邏、城管移動巡邏與執(zhí)法等)及移動視頻觀看和控制的應(yīng)用要求。由于當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)盈利的運營商視頻監(jiān)控平臺基本都處于第一階段行業(yè)用戶上，政府、金融和電信仍是視頻監(jiān)控主要的應(yīng)用領(lǐng)域，無線視頻監(jiān)控與具體行業(yè)的深度融合將成為無線視頻監(jiān)控市場發(fā)展的必然趨勢。第二階段：以商業(yè)監(jiān)控的創(chuàng)新性應(yīng)用為主和部分家庭推廣的小眾化應(yīng)用階段中小型商業(yè)用戶不僅是傳統(tǒng)有線視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的另一個潛在的大規(guī)模用戶群，也是無線視頻監(jiān)控應(yīng)用的另一重要領(lǐng)域。這類用戶是指有分布式監(jiān)控訪問要求的小型商店、中等規(guī)模連鎖商業(yè)組織、醫(yī)療、教育機構(gòu)等[5]。由于用戶具有移動性、遠程移動接入及對工作效率高要求等特點，無線視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)在該類應(yīng)用中的滲透率將有較高的起點和較大的提升空間。商業(yè)用戶對無線視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)需求除了移動視頻查看等基礎(chǔ)的監(jiān)控業(yè)務(wù)需求外，往往還需要監(jiān)控系統(tǒng)與企業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)相結(jié)合，比如醫(yī)療有可能會利用視頻監(jiān)控平臺開展移動遠程醫(yī)療服務(wù)(如救護車上的應(yīng)急診斷與救護)、銀行會利用運鈔車的移動視頻監(jiān)控進行管控、學(xué)校會利用監(jiān)控平臺進行無線電化教學(xué)、無線電子監(jiān)考等應(yīng)用。對商業(yè)用戶來說，與自身業(yè)務(wù)結(jié)合良好的無線視頻監(jiān)控平臺是很好的擴展業(yè)務(wù)的手段，因此運營商對商業(yè)客戶的引導(dǎo)策略應(yīng)該是搭建平臺，尋找廣泛的集成商共同開發(fā)面向客戶的商業(yè)應(yīng)用。如果電信運營商積極引導(dǎo)開發(fā)適應(yīng)商業(yè)用戶的殺手級監(jiān)控應(yīng)用，用戶群的規(guī)模將很快得到拓展。第三階段：以廣泛的個人和家庭應(yīng)用、商業(yè)和行業(yè)應(yīng)用全面開花，無線視頻監(jiān)控與視頻的其它應(yīng)用如IPTV、視頻會議和語音業(yè)務(wù)等應(yīng)用相融合的大眾化普遍應(yīng)用階段。1.3無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的意義無線視頻監(jiān)控就是指不用布線（線纜）利用無線電波來傳輸視頻、聲音、數(shù)據(jù)等信號的監(jiān)控系統(tǒng)。無線視頻監(jiān)控分為：模擬微波傳輸和數(shù)字微波傳輸。在無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像頭是最前端、最基礎(chǔ)、投資數(shù)量最大的一個產(chǎn)品，也是最關(guān)鍵設(shè)備，它負(fù)責(zé)對監(jiān)視區(qū)域進行攝像并轉(zhuǎn)換成電信號，再進一步用于傳輸，其質(zhì)量直接影響視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體應(yīng)用，同時還關(guān)系到工程造價。隨著無線技術(shù)的高速發(fā)展,無線網(wǎng)絡(luò)接入已成為一種趨勢[6]。無線網(wǎng)絡(luò)主要用在有線網(wǎng)絡(luò)與有線通信所不易到達的場合和地理環(huán)境、工作環(huán)境特殊的場合及需要經(jīng)常移動的工作場合等。無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)利用微波擴頻技術(shù)、圖像語音動態(tài)壓縮技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)影流傳輸技術(shù)，實現(xiàn)遠程和移動中的圖象、語音和數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、存儲和顯示；同時也廣泛用于遠程監(jiān)控、遠程數(shù)據(jù)采集、遠程電信服務(wù)、遠程網(wǎng)絡(luò)連接、大樓內(nèi)的無線覆蓋、應(yīng)急通信、機動車載移動網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。無線視頻監(jiān)控的優(yōu)勢包括以下幾點：（1）、綜合成本低，性能更穩(wěn)定。只需一次性投資，無須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠及已裝修好的場合；在許多情況下，用戶往往由于受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容的限制，例如山地、港口和開闊地等特殊地理環(huán)境，對有線網(wǎng)絡(luò)、有線傳輸?shù)牟季€工程帶來極大的不便，采用有線的施工周期將很長，甚至根本無法實現(xiàn)。這時，采用無線監(jiān)控可以擺脫線纜的束縛，有安裝周期短、維護方便、擴容能力強，迅速收回成本的優(yōu)點。（2）、組網(wǎng)靈活，可擴展性好，即插即用。管理人員可以迅速將新的無線監(jiān)控點加入到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，不需要為新建傳輸鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)、增加設(shè)備，輕而易舉地實現(xiàn)遠程無線監(jiān)控。（3）、維護費用低。無線監(jiān)控維護由網(wǎng)絡(luò)提供商維護，前端設(shè)備是即插即用、免維護系統(tǒng)。（4）、無線監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控和無線傳輸技術(shù)的結(jié)合，它可以將不同地點的現(xiàn)場信息實時通過無線通訊手段傳送到無線監(jiān)控中心，并且自動形成視頻數(shù)據(jù)庫便于日后的檢索。（5）、在無線監(jiān)控系統(tǒng)中，無線監(jiān)控中心實時得到被監(jiān)控點的視頻信息，并且該視頻信息是連續(xù)、清晰的。在無線監(jiān)控點，通常使用攝像頭對現(xiàn)場情況進行實時采集，攝像頭通過無線視頻傳輸設(shè)備相連，并通過由無線電波將數(shù)據(jù)信號發(fā)送到監(jiān)控中心。無線監(jiān)控技術(shù)的出現(xiàn)，是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與故障監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合的必然結(jié)果，它具有靈活性好、移動性強、布點靈活、工程量小與工程周期短等優(yōu)點。早期無線監(jiān)控技術(shù)是非實時非在線監(jiān)控方式，而現(xiàn)代無線監(jiān)控技術(shù)是實時在線監(jiān)控方式，借助于計算機、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)，操作者可以依靠安裝在現(xiàn)場的各種傳感器及音視頻設(shè)備，遠隔千里便可隨時了解現(xiàn)場生產(chǎn)與設(shè)備情況，對生產(chǎn)現(xiàn)場進行監(jiān)控、診斷與控制[7]。與有線視頻監(jiān)視系統(tǒng)相比，無線視頻監(jiān)視系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性，其研究也具有重大的經(jīng)濟意義和現(xiàn)實意義。1.4本文研究內(nèi)容本課題的研究范圍主要有三大部分，一個是網(wǎng)絡(luò)攝像機硬件部分，一個是網(wǎng)絡(luò)攝像機單片機軟件部分，最后一個是網(wǎng)絡(luò)攝像機Andorid客戶端監(jiān)控管理軟件部分。網(wǎng)絡(luò)攝像機硬件部分主要研究STC89C52單片機最小系統(tǒng)的制作以及網(wǎng)絡(luò)攝像機外圍硬件系統(tǒng)的搭建，其中包括舵機云臺模塊電路，USB攝像頭電路以及3G路由器電路等。而單片機軟件部分采用C語言編程，其完成的主要功能是將3G路由器轉(zhuǎn)發(fā)過來的Android客戶端監(jiān)控管理軟件的控制指令經(jīng)過識別處理，從而完成攝像頭舵機云臺的遠程控制。而Android客戶端監(jiān)控管理軟件采用java語言編程，主要完成Android的TCP客戶端程序，用于連接3G路由器里的TCP服務(wù)器程序，將Android客戶端監(jiān)控管理軟件的控制指令通過socket套接字發(fā)送到3G路由器，Android客戶端監(jiān)控管理軟件的另一個功能是加載3G路由器發(fā)送過來的實時視頻數(shù)據(jù)，將其顯示在客戶端上。本課題擬采用的研究法是理論研究加實物制作，先查閱資料進行方案設(shè)計，確定大概采用的軟硬件系統(tǒng)，然后購買器材進行實際作品制作、調(diào)試，最后撰寫文檔。最終完成一個基于單片機STC89C52的網(wǎng)絡(luò)攝像機系統(tǒng)，該攝像機系統(tǒng)的攝像機安裝在云臺上，用戶可通過在Android客戶端軟件控制云臺左右兩個方向的轉(zhuǎn)動。用戶使用安卓手機連上該網(wǎng)絡(luò)攝像機的WIFI網(wǎng)絡(luò)后打開該Android客戶端軟件能實時進行遠程視頻監(jiān)控，并且可以通過界面的按鈕移動攝像頭左右兩個方向的擺動和抓拍圖片保存在手機里，也可以在Android客戶端軟件中查看，并對之前抓拍的圖片進行管理，為用戶提供了一定的便利性。第2章無線視頻監(jiān)控的方案討論無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)運用廣泛,使用的環(huán)境各不相同,而且無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的種類比較多，根據(jù)具體的情況可以選用不同的設(shè)計方案。可以減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本，更快地將產(chǎn)品推向市場。本設(shè)計要求通過單片機控制，對攝像頭進行無線實時控制，達到不同角度的監(jiān)控功能。2.1方案1——采用A/D和D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭將所采集到的圖像信號經(jīng)過內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成視頻信號傳給高速A/D，高速A/D負(fù)責(zé)把攝像頭輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的8位數(shù)據(jù)量。C8051F310單片機控制高速A/D的采集開始與結(jié)束，將轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)據(jù)量傳給單片機。單片機是整個系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，它將從A/D取得的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過處理后送給無線發(fā)射模塊進行調(diào)制發(fā)送。如圖2-1A/D轉(zhuǎn)換無線發(fā)射框圖。攝像頭攝像頭高速A/D無線發(fā)射C8051F310單片機鍵盤圖2-1A/D轉(zhuǎn)換無線發(fā)射框圖無線接收模塊把接收到的信號進行解調(diào)，再把解調(diào)后的8位數(shù)據(jù)量傳給C8051F310單片機。單片機通過指令控制高速無線接收模塊的開始與結(jié)束。將所得到的數(shù)據(jù)量經(jīng)過運算處理后送給高速D/A，其將數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬量，然后送給顯示設(shè)備。從而達到了監(jiān)控的功能。詳見圖2-2D/A轉(zhuǎn)換無線接收框圖。無線接收無線接收高速D/A顯示C8051F310單片機鍵盤圖2-2D/A轉(zhuǎn)換無線接收框圖2.2方案2——采用WiFi模塊的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)此方案采用單片機最小系統(tǒng)電路、網(wǎng)絡(luò)視頻采集及控制指令轉(zhuǎn)發(fā)電路和舵機云臺電路組成。最終完成一個基于單片機STC89C52的網(wǎng)絡(luò)攝像機系統(tǒng)，該攝像機系統(tǒng)的攝像機安裝在云臺上，用戶可通過在客戶端軟件控制云臺左右兩個方向的轉(zhuǎn)動。用戶使用安卓手機連上該網(wǎng)絡(luò)攝像機的WiFi網(wǎng)絡(luò)后打開該Android客戶端軟件能實時進行遠程視頻監(jiān)控，并且可以通過界面的按鈕移動攝像頭左右兩個方向的擺動和抓拍圖片保存在手機里，也可以在Android客戶端軟件中查看，并對之前抓拍的圖片進行管理，從而達到了監(jiān)控的功能。詳見圖2-3基于WiFi模塊的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)框圖。USBUSB攝像頭WiFi模塊X軸舵機STC89C52單片機晶振電路圖2-3基于WiFi模塊的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)框圖單片機最小系統(tǒng)電路由晶振電路以及復(fù)位電路組成。在單片機最小系統(tǒng)電路中其中的晶振電路由一個11.0592MHz的晶振和兩個33pF的獨石電容構(gòu)成，獨石電容主要起到濾波作用，而選取晶振頻率為11.0592MHz的晶振主要是因為無線路由器的通信波特率為9600，如果使用12MHz或其它整數(shù)頻率的晶振的話將單片機串口波特率配置成9600時誤差會過高，因此選取11.0592MHz的晶振比較合適。而單片機的復(fù)位電路由一個10uF的電解電容和一個8.2K的色環(huán)電阻構(gòu)成，該復(fù)位電路采用的是上電復(fù)位的模式，起到簡化硬件系統(tǒng)的作用。網(wǎng)絡(luò)視頻采集及控制指令轉(zhuǎn)發(fā)電路由一個USB攝像頭和一個無線路由器組成。其中無線路由器使用的是一款3G+無線于一體的無線路由器，路由器上帶有USB接口，USB攝像頭直接接入該3G無線路由器中，然后從3G無線路由器中引出其調(diào)試串口的TXD接口接到單片機最小系統(tǒng)的RXD引腳，這樣便能將3G無線路由器接收到的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)到單片機中，單片機處理完成后做出相應(yīng)的操作。舵機云臺電路主要由舵機組成，接到單片機的P3.3引腳，控制攝像頭水平方向的擺動。單片機在接收到Android客戶端軟件的控制指令后通過舵機操控攝像頭往左右兩個方向擺動，從而改變監(jiān)控視角。網(wǎng)絡(luò)攝像機Android客戶端軟件設(shè)計中主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機單片機C語言程序和Android客戶端軟件java程序兩大部分組成。其中網(wǎng)絡(luò)攝像機單片機C語言程序主要完成串口接收處理3G路由器的數(shù)據(jù)和驅(qū)動舵機運作的功能。單片機系統(tǒng)開始運行后，首先是給網(wǎng)絡(luò)攝像機中最重要的STC89C52單片機最小系統(tǒng)板上電，單片機最小系統(tǒng)上電后首先完成的操作是初始化網(wǎng)絡(luò)攝像機連接的各個外圍硬件設(shè)備，包括云臺舵機電路的初始化、3G路由器連接的串口的初始化等。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)攝像機的單片機系統(tǒng)的初始化工作完成后，單片機系統(tǒng)開始進入循環(huán)工作模式，不斷監(jiān)測單片機串口是否接收到3G路由器發(fā)送過來的控制指令，如果沒有接收到則不斷循環(huán)檢測，如果接收到3G路由器發(fā)送過來的控制指令則判斷是否是控制舵機運動的兩個指令，如果是則操控舵機往相應(yīng)的方向擺動。無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是一款簡單易用的小型遠程數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，與網(wǎng)絡(luò)攝像機配套使用，可采用有線或無線方式連接網(wǎng)絡(luò)，易于安裝部署，不需要用戶額外配置專用電腦和采集錄像等設(shè)備。用戶可采用手機或電腦作為監(jiān)控終端設(shè)備，可隨時隨地接收報警信息和查看監(jiān)控視頻。本系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟實用等特點，可用于防火防盜、安全護衛(wèi)、人員監(jiān)護、遠程管理等，特別適合個人、家庭、店鋪等使用。2.3本章小結(jié)本章介紹了兩個方案，都可以實現(xiàn)無線視頻監(jiān)控功能。其中方案一處理速度快，功能和可靠性強，視頻中分辨率高，可以控制距離遠，達到很好的效果，使用范圍廣。但是，電路通過信息采集、數(shù)據(jù)處理、傳輸、系統(tǒng)控制等部分組成，硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要使用高速的單片機和高速A/D與D/A轉(zhuǎn)換芯片，電路實現(xiàn)和調(diào)試都相當(dāng)困難。各芯片成本高，適用于專業(yè)場合，不便于畢業(yè)設(shè)計。方案2電路簡單，容易實現(xiàn)，使用范圍廣，對于銀行、煤礦等安全地帶可以很方便控制攝像頭的電機進行檢測。功耗低、軟件編程較簡單，WiFi模塊的體積小、整個系統(tǒng)成本低。用單片機來實現(xiàn)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用了單片機的資源。同時使用STC89C52單片機和WiFi模塊一起控制,非常符合我們的設(shè)計思路，所以本設(shè)計采用方案2。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1硬件原理圖概述圖3-1系統(tǒng)硬件原理圖網(wǎng)絡(luò)攝像機系統(tǒng)硬件原理圖如圖3-1所示，整個網(wǎng)絡(luò)攝像機的硬件系統(tǒng)主要由單片機最小系統(tǒng)電路、網(wǎng)絡(luò)視頻采集及控制指令轉(zhuǎn)發(fā)電路和舵機電路三大部分組成。第一部分是單片機最小系統(tǒng)電路，即原理圖中最下方的部分，單片機最小系統(tǒng)電路由左下方的晶振電路以及晶振電路右邊的復(fù)位電路組成。在單片機最小系統(tǒng)電路中其中的晶振電路由一個11.0592MHz的晶振和兩個33pF的獨石電容構(gòu)成，獨石電容主要起到濾波作用，而選取晶振頻率為11.0592MHz的晶振主要是因為無線路由器的通信波特率為9600，如果使用12MHz或其它整數(shù)頻率的晶振的話將單片機串口波特率配置成9600時誤差會過高，因此選取11.0592MHz的晶振比較合適。而單片機的復(fù)位電路由一個10uF的電解電容和一個8.2K的色環(huán)電阻構(gòu)成，該復(fù)位電路采用的是上電復(fù)位的模式，起到簡化硬件系統(tǒng)的作用。網(wǎng)絡(luò)攝像機的硬件系統(tǒng)第二部分是左上角的網(wǎng)絡(luò)視頻采集及控制指令轉(zhuǎn)發(fā)電路，該電路由一個USB攝像頭和一個無線路由器組成。其中無線路由器使用的是一款3G+無線于一體的無線路由器，路由器上帶有USB接口，USB攝像頭直接接入該3G無線路由器中，然后從3G無線路由器中引出其調(diào)試串口的TXD接口接到單片機最小系統(tǒng)的RXD引腳，這樣便能將3G無線路由器接收到的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)到單片機中，單片機處理完成后做出相應(yīng)的操作，比如操作舵機云臺左右擺動來改變網(wǎng)絡(luò)攝像機的監(jiān)控視角。而視頻流數(shù)據(jù)的采集以及轉(zhuǎn)發(fā)則由3G無線路由器完成，首先在該3G無線路由器中刷入openwrt系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個開源的linux系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)置了mjpg-streamer視頻服務(wù)器程序，該視頻服務(wù)器程序能驅(qū)動與3G無線路由器連接的USB攝像頭，并將其實時采集的視頻流數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)出去，并且openwrt系統(tǒng)還帶有串口轉(zhuǎn)發(fā)程序，該程序是一個TCP服務(wù)器程序，能移植監(jiān)聽一個端口，當(dāng)客戶端連接上該端口后向該TCP服務(wù)器程序轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)都會直接通過調(diào)試串口轉(zhuǎn)發(fā)出去，能實現(xiàn)控制指令的實時轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)攝像機的硬件系統(tǒng)的第三部分是右上角的舵機電路，該電路主要由舵機組成，接到單片機的P3.3引腳，控制攝像頭水平方向的擺動。單片機在接收到Android客戶端軟件的控制指令后通過舵機操控攝像頭往左右兩個方向擺動，從而改變監(jiān)控視角。3.2單片機選型由于網(wǎng)絡(luò)攝像機終端單片機主要完成的任務(wù)是串口接收處理3G路由器發(fā)送過來的控制字符數(shù)據(jù)和驅(qū)動舵機兩個方向的運作的功能，因此本課題中可以選用不太強大的單片機作設(shè)計，型號是STC89C52，該單片機實物圖如圖3-2所示。圖3-2STC89C52單片機實物圖STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C52是STC公司MCS-51系列單片機中基本的產(chǎn)品，它采用ETC公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于80C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應(yīng)用場合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。主要功能特性：1．標(biāo)準(zhǔn)MCS-51內(nèi)核和指令系統(tǒng)。2．32個雙向I/O口。3．3個16位可編程定時/計數(shù)器。4．向上或向下定時計數(shù)器。5．6個中斷源。6．全雙工串行通信口。7．—幀錯誤偵測。8．—自動地址識別。9．空閑和掉電節(jié)省模式。10．片內(nèi)8kROM（可擴充64kB外部存儲器）。11．256x8bit內(nèi)部RAM（可擴充64kB外部存儲器）。12．時鐘頻率3.5-12/24/33MHz。13．改進型快速編程脈沖算法。14．5.0V工作電壓。15．布爾處理器。16．4層優(yōu)先級中斷結(jié)構(gòu)。17．兼容TTL和CMOS邏輯電平。18．PDIP(40)和PLCC(44)封裝形式。管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口作為STC89C52的一些特殊功能口，管腳備選功能：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（計時器0外部輸入）P3.5T1（計時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩電路：外接石英晶體或者陶瓷諧振器以及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。為了使裝置能夠被外部時鐘信號激活，XATL1應(yīng)該有效，而XTAL2應(yīng)該被懸空。由于輸入到內(nèi)部的時鐘信號電路通過了一個二分頻的信號，外部信號的工作周期比沒有別的要求，但是最大值和最小值的大小可以在數(shù)據(jù)表上觀察出來。當(dāng)正常工作時，外部振蕩器可以計算出XTAL1上的電容，最大可達到100pF。這是由于振蕩器電容和反饋電容之間的相互作用。當(dāng)外部信號是標(biāo)準(zhǔn)高電平或者低電平時，電容不會超過20pF?？罩媚Ｊ剑河脩舻能浖伎梢哉{(diào)用空置模式。當(dāng)單片機出于這種模式，耗能就會自然降低。特殊功能端和板子上的隨機存儲器在空置狀態(tài)保持各自的電平。但是處理器阻止裝置執(zhí)行指令?？罩媚Ｊ綍患せ钊绻丝谔幱趶?fù)位狀態(tài)或者中斷系統(tǒng)有效。3.3WiFi模塊網(wǎng)絡(luò)攝像機Android客戶端軟件設(shè)計中的視頻采集及傳輸和WiFi轉(zhuǎn)串口功能由一個刷入OpenWrt系統(tǒng)的3G路由器來實現(xiàn)，其中OpenWrt是一個開源的嵌入式Linux系統(tǒng)，該系統(tǒng)能配置其自動變成一個WiFi轉(zhuǎn)串口模塊，并且可以在該系統(tǒng)上移植開源視頻服務(wù)器程序mjpg_streamer來實現(xiàn)USB攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)以及傳輸。Wifi模塊介紹如下：尺寸：50*50mm；輸入電壓為+5V；4MFlash，64MRAM；電源功耗：1.2W；內(nèi)置天線；此板的串口為TTL電平；保留路由功能，配備一個獨立LAN口與WAN口(軟件復(fù)用)；完全兼容703N的Openwrt固件，自由安裝IPK程序；模塊已經(jīng)刷好Openwrt固件，并安裝了所有的ZC301驅(qū)動與UVC攝像頭驅(qū)動、Ser2net串口轉(zhuǎn)發(fā)軟件、mjpg-streamer視頻解析軟件，并已經(jīng)設(shè)為隨機啟動。本模塊支持串口透傳，支持視頻傳輸，提供上位機和安卓客戶端源碼，WiFi智能小車模塊，本模塊是由路由刷成的，已經(jīng)把串口連了出來，可配合USB攝像頭使用，還原路由器的固件，可以傳送圖像和串口數(shù)據(jù)，手機軟件（手機軟件送源代碼）。Wifi模塊實物圖如圖3-3,3-4所示，原理圖如圖3-5所示。圖3-3WiFi模塊正面圖圖3-4WiFi模塊背面圖圖3-5WiFi模塊原理圖WiFi智能模塊4M32M和8M64M的區(qū)別:4M/8M是FLASH的區(qū)別(就是相當(dāng)與電腦的硬盤一樣)：主要決定WIFI模塊里可以安裝多少程序。32M/64M是DDR的大小，就是內(nèi)存的大小，內(nèi)存大小對視頻流暢度有很大關(guān)系。WiFi智能模塊，就是把3G路由器改裝的，直接把TTL焊點引到了迷你USB接口，所以在供電不正確時會出現(xiàn)一些問題，體現(xiàn)為：有些使用者沒有使用驅(qū)動板的USB供電，而是外接了USB電源適配器進行供電的，結(jié)果一接上去，路由就起不來了，燈常亮或者說找不到SSID，有線也連接不上。更嚴(yán)重的是板載openwrt路由系統(tǒng)也掛掉了，這時一般WiFi智能模塊的燈一直閃，出現(xiàn)這種情況的主要原因來源于外接電源，我們是把TTL引到了迷你USB上面占用了的D+D-這兩個接口，而很多電源適配器的USB里面的D+和D-是短接在一起的，這種設(shè)計原本是為了手機的“快充/慢充”切換，結(jié)果它這么一短接就相當(dāng)于把我們路由器的串口短接了，啟動就會失敗。另外一種原因是這個D+D-是有電壓的。3.3.1刷機固件介紹固件wifi-robots-openwrt-RG100A_DB120-cfe固件說明：1．Ser2net已設(shè)置開機啟動。2．mjpg_streamer開機啟動。攝像頭只有2種驅(qū)動，uvc和301，目前開機mjpg_streamer缺省啟動了301攝像頭，301攝像頭無需設(shè)置直接跳到第3步，uvc需要修改下即可ssh登陸后，vietc/init.d/wificar，找到301攝像頭參數(shù)mjpg_streamer-b-i"input_uvc.so-r640x480-f30"-o"output_http.so-p8080-w/web"修改為uvc參數(shù)mjpg_streamer-b-i"input_uvc.so-r352x288-f15-y"-o"output_http.so-p8080-w/web"然后在putty命令行下輸入chmod777/etc/init.d/wifirobot更改屬性輸/etc/init.d/wificarenable啟動該配置文件重啟路由器，301攝像頭設(shè)置完成。3．支持Luci/web管理,錯誤設(shè)置后不能進入的，可以長按復(fù)位鍵回初始模式。4．網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，目前是AP模式，IP:。3.3.2刷機步驟1．網(wǎng)線連接電腦和路由器的LAN1（靠近電源那個網(wǎng)口，升級只能使用此口，有的版本絲印不是LAN1，反正記住靠近電源的那個口即可），電腦IP設(shè)置為69/，；設(shè)置完成點擊網(wǎng)絡(luò)鄰居，選擇屬性，選擇升級用的有線網(wǎng)口，右鍵點修復(fù)。2．用USBTTL線接好路由的GND、RXD、TXD三條線（VCC電源千萬別接，會燒路由），打開putty，選好端口號，端口號請查看電腦設(shè)備管理器，設(shè)置波特率為115200，點擊下面的Open。3．路由器通電，接線且設(shè)置正確的話，putty窗口應(yīng)該出現(xiàn)路由器的信息，在通電3秒內(nèi)，按下鍵盤的回車鍵，阻止路由器CFE啟動，這時候應(yīng)出現(xiàn)CFE>。4．輸入小寫ea，ea之間有個回車鍵，然后再按下y，點擊回車，路由器開始擦除清除原系統(tǒng)固件。清除之后，路由會持續(xù)輸出很多命令行，且不會停止，我們不用管，關(guān)掉路由電源。5．重新打開路由電源，和第四步一樣，通電3秒內(nèi)按下回車鍵阻止CFE繼續(xù)啟動打開瀏覽器，輸入，應(yīng)看到上傳固件的的選擇文件，putty窗口也會出現(xiàn)路由器升級進度信息，此時千萬不要斷電，理論上此時斷電會刷壞路由器，升級完成后，耐心等待5分鐘，路由器會自動重啟。6．等待路由啟動后，等待幾分鐘再次重啟一次路由，打開網(wǎng)頁，輸入密碼登陸進入路由器的設(shè)置，將路由器的無線網(wǎng)絡(luò)開啟，只有這樣電腦等終端設(shè)備才能通過wifi信號和路由器連接。7．用putty登陸路由，轉(zhuǎn)到/etc/init.d/目錄，可以看到一個ser2net.conf文件，打開它可以看到路由串口的配置信息，默認(rèn)配置的波特率是9600,8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗位。完成之后需要設(shè)定mjpg-streamer和ser2net隨機啟動，不然沒法正常工作。8．由于我使用的攝像頭是301芯片的，在電腦上顯示會花屏，所以還需要對腳本進行修改，其操作步驟如下：具體步驟：A．登陸路由器：telnet(IP地址根據(jù)你的路由器實際地址而定)。B．編輯腳本/etc/init.d/wificar：#vi/etc/init.d/wificar（在START=80后面增加一行killallmjpg_streamer，修改后的腳本看下面內(nèi)容。）#!/bin/sh/etc/monSTART=80killallmjpg_streamerstart(){mjpg_streamer-b-i"input_uvc.so-r640x480-f15"-"output_http.so–p8080-w/web"#mjpg_streamer-b-i"input_uvc.so-r352x288-f15-y"-o"output_http.so-p8080-w/web"ser2net}stop(){killallmjpg_streamerkillallser2net}C．保險起見，修改wificar腳本權(quán)限。#chmod-777D．重啟路由器。#sync；sync；reboot3.4攝像頭選型攝像頭（CAMERA）又稱為電腦相機、電腦眼等，它作為一種視頻輸入設(shè)備，在過去被廣泛的運用于視頻會議、遠程醫(yī)療及實時監(jiān)控等方面。近年以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)速度的不斷提高，再加上感光成像器件技術(shù)的成熟并大量用于攝像頭的制造上，這使得它的價格降到普通人可以承受的區(qū)間。普通的人也可以彼此通過攝像頭在網(wǎng)絡(luò)進行有影像、有聲音的交談和溝通，另外，人們還可以將其用于當(dāng)前各種流行的數(shù)碼影像、影音處理。攝像頭分為數(shù)字?jǐn)z像頭和模擬攝像頭兩大類。模擬攝像頭可以將視頻采集設(shè)備產(chǎn)生的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進而將其儲存在計算機里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號必須經(jīng)過特定的視頻捕捉卡將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉(zhuǎn)換到計算機上運用。數(shù)字?jǐn)z像頭可以直接捕捉影像，然后通過串、并口或者USB接口傳到計算機里?，F(xiàn)在電腦市場上的攝像頭基本以數(shù)字?jǐn)z像頭為主，而數(shù)字?jǐn)z像頭中又以使用新型數(shù)據(jù)傳輸接口的USB數(shù)字?jǐn)z像頭為主，目前市場上可見的大部分都是這種產(chǎn)品。除此之外還有一種與視頻采集卡配合使用的產(chǎn)品，但目前還不是主流。由于個人電腦的迅速普及，模擬攝像頭的整體成本較高等原因，USB接口的傳輸速度遠遠高于串口、并口的速度，因此現(xiàn)在市場熱點主要是USB接口的數(shù)字?jǐn)z像頭。以下主要是指USB接口的數(shù)字?jǐn)z像頭。攝像頭的工作原理大致為：景物通過鏡頭（LENS）生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理芯片（DSP）中加工處理，再通過USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過顯示器就可以看到圖像了。我們這里是將攝像頭連接在路由器的USB接口上，通過路由器上的攝像頭驅(qū)動軟件使攝像頭工作，并由路由器通過WIFI將視頻信號發(fā)送出去。手機等終端接收設(shè)備，接收到視頻信號后通過控制軟件的界面顯示圖像。本課題用到的USB攝像頭實物如圖3-6所示。圖3-6USB攝像頭3.5舵機選型舵機作為微機電系統(tǒng)和航模中基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)，其簡單的控制和輸出使得微機系統(tǒng)非常容易與之接口。而在網(wǎng)絡(luò)攝像機云臺控制系統(tǒng)中，其中舵機控制效果是性能的重要影響因素。本課題選用的云臺舵機型號是輝盛的SG90舵機，該舵機使用簡單，通過單片機編寫定時器程序來向SG90舵機輸出不同占空比的PWM波就可以操作舵機擺動了，SG90舵機的工作電壓是5V，只有3個引腳，分別是5V電源、GND和PWM輸入引腳，實物如圖3-7所示。圖3-7SG90舵機舵機的輸入線共有三條，紅色中間，是電源線，一邊黑色的是地線，這根線給舵機提供最基本的能源保證，主要是電機的轉(zhuǎn)動消耗。電源有兩種規(guī)格，一是4.8V，一是6.0V，分別對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)，即輸出力矩不同，6.0V對應(yīng)的要大一些，具體看應(yīng)用條件；另外一根線是控制信號線，F(xiàn)utaba的一般為白色，JR的一般為桔黃色。另外要注意一點，SANWA的某些型號的舵機引線電源線在邊上而不是中間，需要辨認(rèn)。但記住紅色為電源，黑色為地線，一般不會有錯。舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機或者單片機發(fā)出信號給舵機，其內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動無核心馬達開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回信號，判斷是否已經(jīng)到達定位。適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。一般舵機旋轉(zhuǎn)的角度范圍是0度到180度。舵機的工作原理是：控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。網(wǎng)絡(luò)攝像機控制系統(tǒng)中的使用舵機是改變攝像頭的拍攝方向，以取得不同的拍攝角度，也是智能機器人中常用的伺服的驅(qū)動器。舵機通過內(nèi)部的基準(zhǔn)電路來產(chǎn)生一個20ms周期，1.5ms寬度的基準(zhǔn)信號來取得的內(nèi)部電位器和直流偏置兩個電壓的比較結(jié)果，從而得到相應(yīng)電壓降的輸出。因此產(chǎn)生的正負(fù)電壓降決定了舵機內(nèi)部的驅(qū)動芯片驅(qū)使相應(yīng)電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)。常用舵機的控制信號是一個PWM信號，一般可以通過改變PWM的占空比來改變舵機擺動的角度。3.6本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)硬件的設(shè)計，首先對硬件原理圖進行了概述，介紹了本系統(tǒng)所需要的硬件以及運作原理。然后對單片機進行了選型，最終經(jīng)過多方面考慮選擇了STC89C52單片機。接下來介紹了WiFi模塊，本系統(tǒng)通過WiFi模塊連接了攝像機和安卓客戶端，本章第三節(jié)詳細介紹了WiFi模塊的運作原理及對固件的要求。然后對攝像頭進行了選型，本系統(tǒng)選擇了普通的USB接口的攝像頭。最后對舵機進行了選型。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1網(wǎng)絡(luò)攝像機單片機軟件設(shè)計網(wǎng)絡(luò)攝像機Android客戶端軟件設(shè)計中主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機單片機C語言程序和Android客戶端軟件java程序兩大部分組成。其中網(wǎng)絡(luò)攝像機單片機C語言程序主要完成串口接收處理3G路由器的數(shù)據(jù)和驅(qū)動舵機運作的功能，其軟件流程圖如圖4-1所示。否是控制舵機擺動串口是否接收到否是控制舵機擺動串口是否接收到路由的控制指令單片機上電系統(tǒng)初始化圖4-1網(wǎng)絡(luò)攝像機單片機軟件流程圖從網(wǎng)絡(luò)攝像機Android客戶端軟件設(shè)計中網(wǎng)絡(luò)攝像機的單片機C語言程序流程圖可以知道單片機系統(tǒng)開始運行后，首先是給網(wǎng)絡(luò)攝像機中最重要的STC89C52單片機最小系統(tǒng)板上電，單片機最小系統(tǒng)上電后首先完成的操作是初始化網(wǎng)絡(luò)攝像機連接的各個外圍硬件設(shè)備，包括舵機電路的初始化、3G路由器連接的串口的初始化等。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)攝像機的單片機系統(tǒng)的初始化工作完成后，單片機系統(tǒng)開始進入循環(huán)工作模式，不斷監(jiān)測單片機串口是否接收到3G路由器發(fā)送過來的控制指令，如果沒有接收到則不斷循環(huán)檢測，如果接收到3G路由器發(fā)送過來的控制指令則判斷是否是控制舵機運動的兩個指令，如果是則操控舵機往相應(yīng)的方向擺動。網(wǎng)絡(luò)攝像機的串口初始化代碼如下，該串口初始化主要完成STC89C52單片機串口的初始化，使用的晶振11.0592,串口波特率設(shè)置為9600，使能了串口中斷。其中定時器工作在定時器1的方式2，不倍頻，串口工作在方式1，并且啟動串行接收，將串口的波特率設(shè)置到9600后啟動定時器1開串口中斷再開總中斷，串口的初始化完成。voidCom_Init(void){TMOD=0x21;PCON=0x00;SCON=0x50; TH1=0xFd;TL1=0xFd;TR1=1; ES=1; EA=1;}串口初始化完成后需要編寫串口中斷函數(shù)，作用是在串口有數(shù)據(jù)到來時馬上跳到該終端函數(shù)中執(zhí)行，將傳輸過來的數(shù)據(jù)保存在一變量中供程序使用，其中SBUF是STC89C52單片機的內(nèi)部寄存器，用于存儲接收到的串口字符。其中網(wǎng)絡(luò)攝像機中的單片機串口中斷函數(shù)的代碼實現(xiàn)如下：voidCom_Int(void)interrupt4{ EA=0; if(RI==1)//當(dāng)硬件接收到一個數(shù)據(jù)時，RI會置位 { Command=SBUF; com_flag=1; RI=0; } EA=1;}網(wǎng)絡(luò)攝像機中除了串口程序用于接收3G路由器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)外還需要使用定時器來控制舵機的擺動，因為舵機的控制靠準(zhǔn)確的占空比，因此需要使用精準(zhǔn)的定時器來計算占空比的時間比例，不能使用大概的延遲程序代替，STC89C52單片機定時器初始化函數(shù)主要功能是設(shè)置SFR中T/C1和（或）T/C0相關(guān)參數(shù)來配置定時器工作模式為高4位控制T/C1，然后根據(jù)需要定時的時間來配置16位計數(shù)寄存器T0高8位和低8位數(shù)據(jù)，最后打開定時器中斷。其中具體實現(xiàn)代碼如下：voidT_C_init(void){ TMOD=0x21; EA=1; TH0=0xFF; TL0=0xF5; ET0=1;}與串口的使用類似，進行了定時器的初始化工作后需要定義一個定時器的中斷函數(shù)，使得定時器定時的時間到后能跳轉(zhuǎn)到該函數(shù)中執(zhí)行。該定時器中斷函數(shù)主要實現(xiàn)了重新寫入16位計數(shù)寄存器初始值，處理用戶程序。voidT_C0(void)interrupt1using1{ unsignedinta; if(OUT==0){ a=0x0A*SG1+0x01F3; a=0xFFFF-a; TH0=a/0xFF; TL0=a%0xFF; OUT=1; if(X_PWM==1) PWM_OUT_X=1; else PWM_OUT_Y=1; }else{ a=0x4E1F-(0x0A*SG1+0x01F3); a=0xFFFF-a; TH0=a/0xFF; TL0=a%0xFF; OUT=0; if(X_PWM==1) PWM_OUT_X=0; else PWM_OUT_Y=0; TR0=0; }}每個單片機都是從main函數(shù)中運行，網(wǎng)絡(luò)攝像機的單片機程序中的main函數(shù)的定義如下代碼所示，從main函數(shù)的定義中可以看到整個網(wǎng)絡(luò)攝像機的軟件運行后首先初始化串口和定時器，然后進入串口接收字符的循環(huán)判斷中，其中當(dāng)串口接受到的控制字符是‘L’時操作舵機向左擺動攝像頭；當(dāng)串口接受到的控制字符是‘R’時操作舵機向右擺動攝像頭。voidMain(){ com_flag=0; Com_Init(); P1=0xff; T_C_init();//定時器初始 SG1=90; while(Command!='M'); while(Command!='O'); while(Command!='V'); while(Command!='E'); while(1) { if(com_flag==1) { switch(Command) { case'L':{X_PWM=1;SG1+=10;if(SG1>170)SG1=170;TR0=1;};break;//左擺攝像頭 case'R':{X_PWM=1;SG1-=10;if(SG1<10)SG1=10;TR0=1;};break;//右擺攝像頭 default:break; } com_flag=0; } }}4.2Android客戶端軟件設(shè)計由于TCP服務(wù)器程序內(nèi)置在3G路由器中，因此不用重新編寫，但是TCP客戶端由Android客戶端充當(dāng)，因此需要編寫TCP客戶端的安卓程序?qū)崿F(xiàn)客戶端跟單片機之間的通信。由圖4-2Android客戶端軟件程序流程圖可以看到，整個Android客戶端程序分為5大部分：第一部分：Android客戶端程序使用函數(shù)Socket()連接3G路由器服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)攝像機的3G路由器里的openwrt系統(tǒng)運行著TCP服務(wù)器，該TCP服務(wù)器運行后馬上創(chuàng)建一個TCP套接字對象，所以Android客戶端軟件也需要新建一個套接字，然后用之前預(yù)設(shè)的服務(wù)器IP和端口號連接3G路由器的TCP服務(wù)器來實現(xiàn)通信。第二部分：設(shè)置3G路由上TCP服務(wù)器的Socket套接字的IP和端口號TCP套接字之間的不同端口的通信是通過IP地址和端口號來進行識別的，所以Android客戶端程序在與3G路由器進行TCP通信之前需要先設(shè)置套接字的IP和端口號為3G路由器監(jiān)聽的。第三部分：Android客戶端連接3G路由器的TCP服務(wù)器connect()上一步設(shè)置好TCP服務(wù)器監(jiān)聽的套接字的IP和端口號之后可以直接對3G路由器的TCP進行連接。第四部分：Android客戶端程序使用函數(shù)write()向3G路由器發(fā)送數(shù)據(jù)Android客戶端程序連接上3G路由器的TCP服務(wù)器后通過向套接字用write()寫入數(shù)據(jù)可以發(fā)送相關(guān)控制指令到單片機從而控制云臺舵機的擺動。第五部分：關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接Android客戶端socket()connect()Android客戶端socket()connect()write()close()連接上服務(wù)器后向服務(wù)器發(fā)送舵機控制指令A(yù)ndroid客戶端連接TCP服務(wù)器設(shè)置socket參數(shù)Android客戶端軟件的TCP客戶端程序是其與單片機直接進行通信的橋梁，其中該TCP客戶端網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)的java代碼如下： try { //連接服務(wù)器 mSocketClient=newSocket(sIP,port); //portnum //取得輸入、輸出流 mBufferedReaderClient=newBufferedReader(newInputStreamReader(mSocketClient.getInputStream())); mPrintWriterClient=newPrintWriter(mSocketClient.getOutputStream(),true); Config.mPrintWriterClient=mPrintWriterClient; mPrintWriterClient.print("MOVE"); mPrintWriterClient.flush(); isConnecting=true; Messagemsg=newMessage();msg.what=1; mHandler.sendMessage(msg); //break; } catch(Exceptione) { Messagemsg=newMessage();msg.what=1; mHandler.sendMessage(msg); return; } Android客戶端軟件中最重要的是視頻流數(shù)據(jù)的顯示，該部分是通過3G路由器中視頻服務(wù)器的IP和視頻服務(wù)器端口號進行訪問，將一幅幅的實時圖片顯示在Android客戶端軟件中作為背景，其中具體實現(xiàn)代碼如下： try{ videoUrl=newURL(url); conn=(HttpURLConnection)videoUrl.openConnection(); conn.connect(); inputstream=conn.getInputStream();//獲取流 bmp=BitmapFactory.decodeStream(inputstream);//從獲取的流中構(gòu)建出BMP圖像 mBitmap=Bitmap.createScaledBitmap(bmp,mScreenWidth,mScreenHeight,true); canvas=sfh.lockCanvas(); canvas.drawColor(Color.WHITE); canvas.drawBitmap(mBitmap,0,0,null);//把BMP圖像畫在畫布上 sfh.unlockCanvasAndPost(canvas);//畫完一副圖像，解鎖畫布 }catch(Exceptionex){ ex.printStackTrace(); }finally{ }因為本課題設(shè)計的Android客戶端軟件中的一個功能是可以在軟件中隨意抓拍遠程圖片保存在手機上，因此在進行Android客戶端軟件程序的設(shè)計中需要為相應(yīng)的抓拍按鈕編譯一個響應(yīng)函數(shù)，該相應(yīng)函數(shù)主要完成當(dāng)用戶點擊客戶端軟件中的抓拍按鈕時能將當(dāng)前的實時視頻圖像背景截取出來，然后把圖片以時間的格式命名存放在手機的指定的目錄中，具體實現(xiàn)代碼如下： if(Config.cam_flag){ Config.cam_flag=false; try{ Timetime=newTime("GMT+8"); time.setToNow(); intyear=time.year; intmonth=time.month+1; intday=time.monthDay; intminute=time.minute; inthour=time.hour; intsec=time.second; hour=hour+8; if(hour>=24){ hour=hour-24; } Stringtxtfile="/mnt/sdcard/videopicture/0.png"; Filefiletxt=newFile(txtfile); if(filetxt.exists()){ try{ Config.picname="/mnt/sdcard/videopicture/"+year+month+day+hour+minute+sec+".png"; } catch(Exceptione){ e.printStackTrace(); } } else{ Config.picname="/mnt/sdcard/videopicture/0.png"; } FileOutputStreamout=newFileOutputStream(Config.picname); press(Bitmap.CompressFormat.PNG,90,out); }catch(Exceptione){ e.printStackTrace(); } }Android客戶端監(jiān)控管理軟件把每次抓拍的圖像都保存在手機的根目錄下的videopicture文件夾中，由于Android客戶端軟件具有圖片管理功能，其實現(xiàn)主要是當(dāng)用戶在系統(tǒng)的主界面中點擊圖片管理按鈕后調(diào)用安卓系統(tǒng)自帶的圖片瀏覽器，并打開根目錄下的videopicture文件夾里保存的抓拍圖像，然后通過系統(tǒng)自帶的圖片瀏覽器對之前抓拍的圖像進行管理，具體實現(xiàn)代碼如下： msg_button=(ImageButton)findViewById(R.id.msg_button); msg_button.setOnClickListener(newOnClickListener(){ publicvoidonClick(Viewv){ Intentintent=newIntent(Intent.ACTION_VIEW); if(Config.picname==null){ Config.picname="/mnt/sdcard/videopicture/0.png"; } else{ } Filefile=newFile(Config.picname); intent.setDataAndType(Uri.fromFile(file),"image/*"); startActivity(intent); } });4.3本章小結(jié)本章對系統(tǒng)的軟件進行了設(shè)計，首先對網(wǎng)絡(luò)攝像機單片機軟件進行了設(shè)計，然后用C語言做出了相應(yīng)的程序。對Android客戶端軟件的TCP客戶端程序是其與單片機直接進行通信的橋梁，本章第二節(jié)介紹了該TCP客戶端網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)的java代碼。第5章系統(tǒng)功能測試5.1硬件調(diào)試在對網(wǎng)絡(luò)攝像機Android客戶端軟件進行系統(tǒng)功能測試前需要先把開發(fā)生成的apk安裝包拷貝到手機里安裝，安裝完成后用數(shù)據(jù)線將3G路由器和電源相連，讓各個元件通電，大概30秒后3G路由器上的LED指示燈由一直閃爍狀態(tài)變成常亮的狀態(tài)，此時表示3G路由器已經(jīng)成功加載了USB攝像頭驅(qū)動，并且向外發(fā)射了其WiFi信號。安卓手機安裝好客戶端軟件后打開WiFi,連接上3G路由器的WiFi，打開軟件進入程序，網(wǎng)絡(luò)攝像機Android客戶端視頻監(jiān)控界面如圖5