基于單片機(jī)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

90年代末，隨著多媒體技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字主要對(duì)模擬信號(hào)數(shù)字化控制，使其推向數(shù)字化的應(yīng)用領(lǐng)域來進(jìn)行研究。運(yùn)用本設(shè)計(jì)中運(yùn)用了nRF905收發(fā)模塊，此模塊提供了SPI接口方便與C8051F310單片機(jī)的SPI口連接。nRF905單片無線收發(fā)器工作在433用4線主方式。通過C8051F310單片機(jī)SPI串口進(jìn)行編程控制視頻頭的轉(zhuǎn)向，同時(shí)，讓我們更好的熟悉C8051F310單片機(jī)和89S52兩款單片機(jī)，而且對(duì)C8051F310這款電路時(shí)，可以對(duì)以往學(xué)習(xí)過的51系列單片機(jī)進(jìn)行鞏固；對(duì)HY-12864液晶顯示電路的線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是大學(xué)生運(yùn)用自己所學(xué)的專業(yè)和理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際的一個(gè)很好的課2方案論證無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)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(jì)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(chǎng)。本設(shè)計(jì)要求通過單片機(jī)控制，對(duì)攝像頭進(jìn)行無線實(shí)時(shí)控制，達(dá)到不同角度的監(jiān)控功能。A/D,高速A/D負(fù)責(zé)把攝像頭輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的8位數(shù)據(jù)量4。C8051F310單片機(jī)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(jī)。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，它將從A/D取得的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過處理后送給無線發(fā)射模塊進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。鍵盤對(duì)無線發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)射控制。詳見圖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(hào)進(jìn)行解調(diào)，再把解調(diào)后的8位數(shù)據(jù)量傳給C8051F310單片機(jī)。單片機(jī)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(yùn)算處理后送給高速D/A,其將數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模擬量，然后送給顯示設(shè)備。從而達(dá)到了監(jiān)控的功能。詳見圖2-2D/A轉(zhuǎn)換無線接收框圖。此方案處理速度快，功能和可靠性強(qiáng)，視頻中分辨率高，可以控制距離遠(yuǎn)，達(dá)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(jī)和高速A/D與D/A轉(zhuǎn)換芯片，電路實(shí)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(chǎng)合，不便于畢業(yè)設(shè)計(jì)。此方案采用射頻無線發(fā)射、射頻無線接收、數(shù)字無線發(fā)射、數(shù)字無線接收四部分組成。C8051F310單片機(jī)從鍵盤取得的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過處理后送給無線發(fā)射模塊進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。鍵盤經(jīng)過C8051F310單片機(jī)可以對(duì)無線發(fā)射模塊nRF905進(jìn)行控制。AT89S52單片機(jī)通過鍵盤在液晶上顯示對(duì)應(yīng)的控制信息。視頻顯示設(shè)備將接收到的射頻信號(hào)解調(diào)成視頻信號(hào)并顯示，從而達(dá)到了監(jiān)控的功能。詳見圖2-3框圖。攝像頭采集圖像信號(hào)5,通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)輸出到調(diào)制電路。調(diào)制電路的設(shè)計(jì)：電容三點(diǎn)式振蕩電路產(chǎn)生56MHz正弦信號(hào)和AV信號(hào)調(diào)制，得出射頻信號(hào)，送入到射頻放大器UPC1651放大后發(fā)送出去。nRF905無線接收模塊把接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，把解調(diào)后的數(shù)據(jù)信息傳給C8051F310單片機(jī)，單片機(jī)通過指令控制攝像頭電機(jī)的轉(zhuǎn)向。詳見圖2-4框圖。3系統(tǒng)概述本設(shè)計(jì)主要完成的任務(wù)是將攝像頭將所采集到的圖像信號(hào)經(jīng)過其內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，送入射頻調(diào)制發(fā)射電路(即通過調(diào)制電路把攝像頭輸出的模擬電壓信號(hào)和本振信號(hào)調(diào)制出射頻信號(hào)，經(jīng)放大后發(fā)送)。射頻接收器將射頻調(diào)制發(fā)射電路發(fā)射過來的射頻信號(hào)還原成圖像并進(jìn)行顯示，從而實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控的功能。發(fā)射端的C8051F310單片機(jī)通過鍵盤對(duì)數(shù)字無線發(fā)射模塊的開始與結(jié)束控制。C8051F310單片機(jī)把控制字和所要傳送的數(shù)據(jù)信息分別寫入nRF905發(fā)射模塊進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。同時(shí)，AT89S52單片機(jī)通過鍵盤在液晶上顯示對(duì)應(yīng)的控制信息。在數(shù)字無線接收端，首先，接收端的C8051F310單片機(jī)把控制字寫入nRF905數(shù)字無線接收模塊，然后其將接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，把解調(diào)后的數(shù)據(jù)信息傳給C8051F310單片機(jī)，單片機(jī)通過指令控制電機(jī)轉(zhuǎn)向。本設(shè)計(jì)主要組成部分具體如圖3-1所示系統(tǒng)框圖。4單元電路設(shè)計(jì)通過攝像頭的內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，從JP1端送入，通過二極管調(diào)制電路，uPC1651集成運(yùn)算放大器和共發(fā)射級(jí)電路放大后發(fā)送。其中uPC1651是電視天線放大器專用集成電路，是一塊超高頻、寬頻帶(頻率帶寬為1200MHz)、低噪聲，功率增益大(19dB,f=500MHz)的高頻線性放大電路。如圖4-1所示射頻發(fā)射電路。4.2射頻接收射頻接收部分主要是電視機(jī)的接收，通過電視臺(tái)的VHL波段進(jìn)行攝像頭采集的4.3數(shù)字無線發(fā)射電路可配置為中斷或復(fù)位源(比較器0)·片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試(不需仿真·29個(gè)端口I/0;所有口線均耐5V電壓·4個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器·16位可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA),有5個(gè)捕捉/比較模塊(2)主輸入、從輸出(MISO)(3)串行時(shí)鐘(SCK)(4)從選擇(NSS)有3種可能的方式：3線主方式或從方式、4線從方式或多主方式和4線主方式。本2.SPIO主方式操作如果SPIO中斷被允許，在下述4個(gè)標(biāo)志位被置1時(shí)將產(chǎn)生中斷。(1)SPIOCFG:SPI0配置寄存器位7:SPIBSY:SPI忙標(biāo)志(只讀)當(dāng)一次SPI傳輸正在進(jìn)行時(shí)(主或從方式),該位被置為1。位3:SLVSEL:從選擇標(biāo)志(只讀)當(dāng)NSS引腳為低電平時(shí)該位被置1,表示SPI0是被選中的從器件。當(dāng)NSS引腳為高電平時(shí)，該位被清0。位2:NSSIN:NSS引腳的瞬時(shí)值(只讀)該位指示讀該寄存器時(shí)NSS引腳的即時(shí)值。該信號(hào)未被去噪。位1:SRMT:移位寄存器空標(biāo)志(在從方式有效，只讀)。當(dāng)所有數(shù)據(jù)都被移入/移出移位寄存器并且沒有新數(shù)據(jù)可以從發(fā)送緩沖器讀出或向接收緩沖器寫入時(shí)，該位被置1。當(dāng)數(shù)據(jù)字節(jié)被從發(fā)送緩沖器傳送到移位寄存器或SCK發(fā)生變化時(shí)，該位被清0。位0:RXBMT:接收緩沖器空(在從方式有效，只讀)當(dāng)接收緩沖器被讀取且沒有新數(shù)據(jù)時(shí)，該位被置1。如果在接收緩沖器中有新數(shù)據(jù)未被讀取，則該位被清0。(2)SPIOCN:SPI0控制寄存器，復(fù)位值：00000110SFR地址：0XF8(可位尋址)位7位6位5位4位3位2位1位0位7:SPIF:SPI0中斷標(biāo)志該位在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后被硬件置1。如果中斷被允許，置1中斷處理服務(wù)程序。該位用軟件清0。位6:WCOL:寫沖突標(biāo)志該位由硬件置1(并產(chǎn)生一個(gè)SPI0中斷),表示數(shù)據(jù)傳送期間對(duì)SPIO數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行了寫操作。該位用軟件清0。位5:MODF:方式錯(cuò)誤標(biāo)志當(dāng)檢測(cè)到主方式?jīng)_突(NSS為低電平，MSTEN=1,NSSMD[1:0]=01)時(shí)，該位由硬件置1(并產(chǎn)生一個(gè)SPI0中斷)。該位用軟件清0。位4:RXOVRN:接收溢出標(biāo)志(只適用于從方式)當(dāng)前傳輸?shù)淖詈笠晃灰呀?jīng)移入SPI0移位寄存器，而接收緩沖器中仍保存著前一次傳輸未被讀取的數(shù)據(jù)時(shí)該位由硬件置1(并產(chǎn)生一個(gè)SPI0中斷)。該位用軟件清0。位3-2:NSSMD1-NSSMDO:從選擇方式位選擇NSS工作方式：00:3線從方式或3線主方式。01:4線從方式或多主方式(默認(rèn)值)。1x:4線單主方式。NSS被分配一個(gè)輸出引腳并輸出NSSMDO的值。位1:TXBMT:發(fā)送緩沖器空標(biāo)志4.3.2nRF905芯片介紹當(dāng)新數(shù)據(jù)被寫入發(fā)送緩沖器時(shí)，該位被清0。當(dāng)發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)被傳送到SPI移位寄存器時(shí)，該位被置1,表示可以向發(fā)送緩沖器寫新數(shù)據(jù)。位0:SPIEN:SPI0使能位該位使能/禁止SPIO。(3)SPIOCKR:SPI0時(shí)鐘速率寄存器；復(fù)位值：00000000SFR地址：0XA2位7位6位5位4位3位2位1位0位7-0:SCR7-SCRO:SPI0時(shí)鐘頻率當(dāng)SPI0模塊被配置為工作于主方式時(shí)，這些位決定SCK輸出的頻率。SCK時(shí)鐘頻率其中(0≤SPIOCKR≤255)例如：如果SYSCLK=2MHz,SPIOCKR=0x04,則數(shù)據(jù)寄存器，復(fù)位值：00000000SFR地址：0XA3位7位6位5位4位3位2位1位0位7-0:SPIODAT:SPI0發(fā)送和接收數(shù)據(jù)寄存器。數(shù)據(jù)被放到發(fā)送緩沖器并啟動(dòng)發(fā)送。讀SPIODAT返回接收緩沖器的內(nèi)容。nRF905有兩種工作模式，分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送0XX0X空閑模式1011(7)微控制器通過SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)；名稱位寬9和HFREQ_PLL一起進(jìn)行頻率設(shè)置(默認(rèn)值為001101100B=108D,fkp=(422.4+CH_NOa/10)*(1+H1使PLL工作于433或868/915MHz(默2輸出功率(默認(rèn)值為00)‘00’-10dBm;‘01’-2dBm‘10’1接收方式節(jié)能端，該位為高時(shí)，接收工作電流為1.6mA,但同時(shí)靈敏度也降低1自動(dòng)重發(fā)位，只有當(dāng)TRX_CE和TXEN為高時(shí)才有效3接收地址寬度(默認(rèn)值為100)‘001’-1byteRX地址；‘100’-4byteRX地址；3發(fā)送地址寬度(默認(rèn)值為100)‘001’-1byteTX地址；‘100’-4byteTX地址；6接收數(shù)據(jù)寬度(默認(rèn)值為100000)‘000001’-1byte接收數(shù)據(jù)寬度；‘000010’-2byte接收數(shù)據(jù)寬度；…‘100000’-32byte接收數(shù)據(jù)寬度；6發(fā)射數(shù)據(jù)寬度(默認(rèn)值為100000)‘000001’-1byte發(fā)射數(shù)據(jù)寬度；‘000010’-2byte發(fā)射數(shù)據(jù)寬度；…‘100000’-32byte發(fā)射數(shù)據(jù)寬度；發(fā)送地址標(biāo)識(shí)(默認(rèn)值為E7E7E7E7)2輸出時(shí)鐘頻率(默認(rèn)值為11)‘00’-4MHz;‘01’-8MHz;3晶振頻率端，必須與外部晶振頻率相對(duì)應(yīng)(默認(rèn)值為100)‘000’-4MHz;‘001’-8MHz;‘010’-12MHz;114.3.3數(shù)字無線發(fā)射硬件電路數(shù)字無線發(fā)射硬件電路主要通過C8051F310單片機(jī)最小系統(tǒng)和nRF905收發(fā)模塊一、C8051F310單片機(jī)最小系統(tǒng)9該引腳驅(qū)動(dòng)為低電平(至少10μs)來啟動(dòng)一次系統(tǒng)復(fù)位。編程、邊界掃描和使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的器件進(jìn)行在一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)(C2CK)和一個(gè)雙向的C2數(shù)據(jù)信號(hào)(C2D)在器件和宿主機(jī)之間傳送信息。C2通信通常發(fā)生在器件的停止運(yùn)行狀態(tài)P3.0)引腳。在大多數(shù)情況下，需要使用外部電阻對(duì)C2接口和用戶應(yīng)用進(jìn)行隔離。電源供入：3.3V電壓。如圖4-2所示C8051F310單片機(jī)最小系統(tǒng)。nRF905收發(fā)模塊一般應(yīng)該包括基本模塊：收發(fā)芯片、晶振電路、天線電路和電源供入。如5-3圖所示nRF905收發(fā)模塊電路。電阻是1MQ,兩個(gè)電容都是15pF。通過簡(jiǎn)單的匹配網(wǎng)絡(luò)可以獲得較低的阻抗50Ω,根據(jù)電路中使用433MHz的發(fā)射頻率計(jì)算出LCπ型濾波電路中各個(gè)參數(shù)值。該電路天線部分使用的是50Ω單端天線。電源輸入：3.3V。如圖4-3所示nRF905收發(fā)模塊。不名言名花aa的空D=非B不名言名花aa的空D=非B1pn4空Mn1f大t10nF二A發(fā)射天線心sf大t10nF二A發(fā)射天線心sU2 圖4-3nRF905收發(fā)模塊電路4.3.4液晶顯示電路·8KB可改編程序Flash存儲(chǔ)器(可經(jīng)受1000次的寫入/擦除周期)表4-3芯片引腳介紹引腳名稱引腳引腳功能I/0,數(shù)據(jù)和低位地址總線I/0,高位地址總線I/0,串行輸入口I/0,串行輸出口I/0,外部中斷0I/0,外部中斷1I/0,定時(shí)器0的外部輸入I/0,定時(shí)器1的外部輸入I/0,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通I/0,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通9高電平復(fù)位電源+5V地程序存儲(chǔ)允許(/PSEN)外部訪問允許端下面我們對(duì)內(nèi)置HD61202的液晶顯示模塊HY-12864的應(yīng)用進(jìn)行介紹。1.液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器HD61202的特點(diǎn)直接與8位微處理器相連，它可與HD61203配合對(duì)液晶屏進(jìn)行行、列驅(qū)動(dòng)。HD61202HD61202的引腳功能如下表4-4所示。表4-4HD61202的引腳功能引腳符號(hào)引腳名稱功能芯片片選端CS1和CS2低電平選通，CS3高電平選E讀寫使能信號(hào)在E下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存(寫)入HD61202;在E高電平期間，數(shù)據(jù)被讀出信號(hào)RS=1為數(shù)據(jù)操作讀寫選擇信號(hào)數(shù)據(jù)總線復(fù)位信號(hào)復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，關(guān)閉液晶顯示，使顯示(1)顯示開/關(guān)指令DB7DB6DB5(2)顯示起始行(ROW)設(shè)置指令0011顯示起始行(0-63)(3)頁(PAGE)置指令0010111頁號(hào)(0-7)顯示RAM共64行，分8頁，每頁8行。(4)列地址(YAddress)設(shè)置指令0001顯示列地址(0-63)(5)讀狀態(tài)指令1000000(6)寫數(shù)據(jù)指令01寫數(shù)據(jù)(7)讀數(shù)據(jù)指令11此/CSA、/CSB選通組合信號(hào)為/CSA,/CSB=01選通(1),/CSA,/CSB=10選通(2)。三、AT89S52單片機(jī)控制HY-12864液晶電路和C8051F310單片機(jī)相似，液晶的各引腳與單片機(jī)的接法如圖4-5所示。工程系應(yīng)教0201班楊麗請(qǐng)輸入方向”幾個(gè)字。用S2～S4按鍵進(jìn)行接收端的一系列控制，當(dāng)按鍵S2按下時(shí)，液晶上顯示“電子工程系應(yīng)教0201班楊麗向右”,同時(shí)556o8四網(wǎng)士=9E4.5.1+5V電源電壓設(shè)計(jì)由于52系列單片機(jī)所需的是+5V電源，經(jīng)濾波電容和三端穩(wěn)壓集成電路xHDuxHDu4.5.2+3.3V電源電壓設(shè)計(jì)由于C8051F310單片機(jī)使用的電壓范圍是2.7V～3.6V。為了提高電路的穩(wěn)定性，0.tuf圖4-73.3V電源電路4.