摘 要： 設計了一種以視頻分離模塊LM1881對視頻信號進行采集分離，在多方位使用多個監(jiān)控模塊，實時地對采集到的信號進行灰度差分等處理，并對處理后的數(shù)據(jù)借助NREF24L01進行無線傳輸，C8051F020作為移動監(jiān)控設備，實時地對每個監(jiān)控模塊進行檢測、定位特定區(qū)域的警報，并作出相應應答的系統(tǒng)。系統(tǒng)可移植性好，便于攜帶，有廣泛的應用前景。
關鍵詞： 視頻分離；LPC2103；無線傳輸；移動監(jiān)控
隨著生活水平的不斷提高，人們越來越重視自己的個人安全和財產安全，以嵌入式視頻服務器為核心的監(jiān)控系統(tǒng)也不斷向前發(fā)展，它具有性能穩(wěn)定可靠、實時性好、抗病毒能力強等特點，具有較高的實際應用價值。但適用于此監(jiān)控系統(tǒng)的模塊普遍操作復雜，可移植性差，不易攜帶，不易于實時監(jiān)控。為此，在本設計中，采用LPC2103作為控制模塊，LM1881對視頻信號進行采集分離，多個監(jiān)控模塊實時檢測并進行多點到C8051F020移動監(jiān)控設備的無線傳輸，進行實時監(jiān)控實時處理。
1 系統(tǒng)設計方案
多方位闖入監(jiān)控無線報警系統(tǒng)主要由多個模擬攝像頭、控制模塊、蜂鳴器模塊、無線傳輸模塊以及一個圖像顯示屏和移動監(jiān)控設備等構成。監(jiān)控模塊包括模擬攝像頭、控制模塊、蜂鳴器模塊和無線發(fā)送模塊?？刂颇K主要由基于ARM7內核的集成芯片LPC2103及標準外圍電路組成；無線傳輸模塊由2.4 GHz頻段2 Mb/s高速嵌入式無線數(shù)傳芯片NRF24L0及外圍元件組成；移動監(jiān)控設備由C8051F020單片機及其按鍵電路、JTAG接口等構成。
整個系統(tǒng)中多個監(jiān)控模塊中的每一個模塊首先將模擬攝像頭圖像信號轉換為可數(shù)字處理的電信號，一路送至圖像顯示屏顯示，一路送至視頻同步分離模塊，分離出行同步信號、奇偶場同步信號，并傳輸給控制模塊LPC2103芯片。LPC2103對這些信號進行處理后，輸出相應的控制信號到蜂鳴器模塊和無線傳輸模塊，再傳至移動監(jiān)控設備，等待上一級監(jiān)控系統(tǒng)控制指令。若有指令，則通過無線傳輸模塊傳至LPC2103并作出相應的應答信號。系統(tǒng)結構框圖如圖1、圖2所示。
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 信號采集與分離
首先CCD圖像傳感器把光學信號轉變成電信號（即視頻信號），LM1881對視頻信號進行分離，而LPC2103對視頻信號進行采集。如圖3所示。
CCD攝像頭數(shù)據(jù)采集的速率是25 幀/s，一幀分奇偶兩場，即50 場/s，場掃描時間為20 ms，每場312.5行，行掃描時間為64 μs，行同步時間是為12 μs，場同步時間2.024 ms。在不進行其他數(shù)據(jù)處理的情況下，只對其中的偶場進行采集就能以足夠的精度辨別闖入物體的功能，因此在本系統(tǒng)中只對偶場進行采集[1]。
攝像頭視頻信號端接LM1881[2]的視頻信號輸入端2腳，同時將該信號接入LPC2103的P0.23（即AIN1）進行模數(shù)轉換，并把結果儲存到寄存器里。LM1881的行同步信號端（引腳1）連接LPC2103的一個帶中斷能力的I/O口（選用EINT2口即P0.14）。LM1881的奇-偶場同步信號輸出端7腳接LPC2103的EINT1（P0.16）。在此，選擇奇-偶場同步信號作為換場的標志信號，而不是選用LM1881引腳3輸出的場同步信號。這樣做的好處是，當攝像頭信號處于奇場或偶場時，則奇-偶場信號整場都相應地處于高電平或低電平，若檢測到該信號發(fā)生變化，就可以知道攝像頭信號換場了。因為每場信號持續(xù)的時間相對較長，所以也不用擔心漏檢到換場的發(fā)生。
因為LPC2103內部A/D轉換的頻率固定，從數(shù)據(jù)可靠性與穩(wěn)定性的角度考慮，選擇每行采集50個點，每場采集50行，這樣，OV5116數(shù)據(jù)采集模塊每場的數(shù)據(jù)變換成一個50行50列的二維數(shù)組。由于A/D采集的參考電壓為3 V，而視頻輸入信號的電平在0 V～1.5 V，所以A/D采集結果是在0~500之間的一個二維數(shù)組[3]。
2.2 控制模塊
LM1881芯片分離出行同步信號、奇偶場同步信號，并傳輸給LPC2103芯片的兩個I/O端，LPC2103芯片的6個并行輸入輸出I/O端（PIO0_3、PIO0_7~PIO0_10、PIO0_15）與無線傳輸模塊的6個引腳（PIN3~PIN8）連接，LPC2103芯片的PIO0_17與蜂鳴器模塊相連接；當CCD攝像頭將圖像信號變?yōu)殡娦盘?，A/D采集模塊進行圖像數(shù)據(jù)采集，將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃PC2103芯片中時，控制模塊同時接收到LM1881分離出的行同步信號（下降沿觸發(fā)）和奇偶場同步信號（下降沿觸發(fā)），控制模塊進行相應處理，并輸出信號到蜂鳴器模塊和無線傳輸模塊，再傳至移動監(jiān)控設備，等待指令?？刂颇K電路圖如圖4所示。
2.3 無線傳輸模塊
NRF24L01[4]工作在2．4～2．5 GHz，供電電壓范圍為1．9～3．3 V，最大發(fā)射功率為1 mW；有126頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要；內置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制；收發(fā)模式有增強型ShockBurstTM收發(fā)模式、ShockBurstTM收發(fā)模式和直接收發(fā)模式三種，收發(fā)模式由器件配置字決定；功耗低，體積小，可方便集成到各種電子器件。本系統(tǒng)中，將每個無線發(fā)送模塊nRF24L01的CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE引腳分別與LPC2103及無線接收模塊的C8051F020 6個I/O口相連。其中，CSN是片選端，SCK是時鐘線，MISO是主機輸入從機輸出端，MOSI是主機輸出從機輸入端，IRQ是中斷請求輸出端，CE是芯片模式控制端。本設計采用增強型SchockBurst模式，該模式使雙向通信執(zhí)行起來更為容易、可靠。
3 系統(tǒng)軟件設計
3.1 信號采集處理
作為視頻監(jiān)控處理的每一個監(jiān)控模塊中的LPC2103，在進行系統(tǒng)初始化后進入主循環(huán)等待偶場同步信號的到來。當視頻的偶場到來并觸發(fā)場中斷后等待偶場下的行同步信號的到來、且行同步到來時，用內部A/D采集視頻信號并存入數(shù)組，直到采集到所需的行數(shù)的信號后，對數(shù)據(jù)進行處理。之后等待下一個偶場的到來，進行下一場的采集處理。流程框圖如圖5所示。
3.2 闖入監(jiān)控處理
由于本系統(tǒng)只對是否有物體闖入進行識別，所以只需要對采集進來的每一幀圖像進行整體的識別（即圖像有無大的變化進行判別），因此，在這里只采用了簡單的灰度差分法對采集的數(shù)據(jù)進行處理，然后根據(jù)處理結果判斷是否報警。其算法如下：
3.3 無線傳輸
在本系統(tǒng)中首先對每個監(jiān)控模塊進行編號（1~n），即每一個監(jiān)控場所有一個對應的編號（1~n），這個編號將作為每個監(jiān)控模塊程序中的const變量存儲。當整個系統(tǒng)開始運行時，作為視頻監(jiān)控的LPC2103首先發(fā)送該模塊對應的編號（1~n），然后將處理得到的Flag標志位數(shù)據(jù)進行無線發(fā)送并進入等待接收狀態(tài)，發(fā)送的數(shù)據(jù)被作為移動監(jiān)控設備的無線模塊接收并產生中斷使與之相連的C8051F020[5]讀取接收到的監(jiān)控模塊編號及Flag標志位數(shù)據(jù)。如果接收到的Flag標志位數(shù)據(jù)為1，則該C8051F020使用SPI與無線模塊通信，將指令數(shù)據(jù)1發(fā)送給對應編號（1~n）的監(jiān)控模塊進而關閉本模塊對應的報警模塊，進行后期處理，繼續(xù)進行監(jiān)控。如果接收到的Flag標志位數(shù)據(jù)為0，則通過無線發(fā)送指令數(shù)據(jù)0監(jiān)控模塊繼續(xù)進行監(jiān)控。如果具備其他條件的，還可以通過使用SCI串口通信，將發(fā)生警報的區(qū)域的監(jiān)控模塊的編號顯示在電腦顯示屏上，以便工作人員確定檢查區(qū)域。流程圖如圖7所示。
本文設計的多方位闖入監(jiān)控無線報警系統(tǒng)，每個監(jiān)控模塊采用了LPC2103作為主要控制模塊，對LM1881分離出來的視頻信號進行相應處理，由與其相連的無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸給移動監(jiān)控設備。若有異常，蜂鳴器報警，移動監(jiān)控設備C8051F020作出相應應答指令，并針對這一情況進行處理。在實際生活中，該系統(tǒng)可移植性好，使用簡單，準確定位警報地點，真正能做到實時監(jiān)控實時處理。
參考文獻
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[5] 馬忠梅，籍順心，張凱．單片機的C語言應用程序設計（第4版）[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2007.