近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，出現(xiàn)了很多高檔次智能社區(qū)。這些新型社區(qū)的一個(gè)很顯著的特點(diǎn)就是在街角和每棟大樓的門口都安裝了攝像頭作為監(jiān)視設(shè)備，并且每家每戶都有視頻監(jiān)視屏幕。一方面，當(dāng)有客人訪問(wèn)時(shí)，客人可通過(guò)門口的電話通信請(qǐng)求業(yè)主開(kāi)門，這時(shí)業(yè)主可以通過(guò)監(jiān)視屏幕來(lái)判別來(lái)人是否認(rèn)識(shí)而決定能否令其入內(nèi)；另一方面，物業(yè)公司可根據(jù)實(shí)際需要將這些監(jiān)控信號(hào)調(diào)回主控制中心，以便對(duì)業(yè)主處發(fā)生的任何意外情況迅速作出反應(yīng)，保證了各家各戶的人身財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)前社區(qū)管理水平有了很大提高，但還有許多不盡人意的地方，比如催繳各類公共事業(yè)費(fèi)用仍然只能通過(guò)物業(yè)人員上門通知或?qū)懺诟鳁澊髽情T口的黑板上，這樣既不方便又不能取得良好的效果。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文提出了將視頻疊加芯片^[1](VAD)運(yùn)用到社區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中，這樣物業(yè)公司就可以將各類消息通過(guò)社區(qū)內(nèi)已有的監(jiān)控信號(hào)通路傳送到各位業(yè)主處，并顯示在業(yè)主們的監(jiān)控屏幕上。經(jīng)過(guò)對(duì)市場(chǎng)上各種VAD芯片的比較，本設(shè)計(jì)選用上大眾芯微電子有限公司的SD03C03芯片。
1 系統(tǒng)整體概述
　　經(jīng)過(guò)對(duì)各個(gè)社區(qū)物業(yè)管理情況的具體了解，設(shè)計(jì)了一個(gè)以物業(yè)公司的PC機(jī)為控制中心，以各戶業(yè)主家里的視頻短信終端設(shè)備為子模塊組成的完整系統(tǒng)，如圖1所示。物業(yè)公司可通過(guò)PC機(jī)發(fā)送短信消息給指定用戶，而業(yè)主又可通過(guò)自己家中的終端設(shè)備方便地進(jìn)行瀏覽控制。
1.1 串口通信方式
　　本系統(tǒng)采用異步通訊形式，速率為9600bit/s,每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)采用11位進(jìn)行傳送：1位起始、1位停止、一位校驗(yàn)和8位數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳送時(shí)加入了握手信號(hào)，極大地提高了可靠性。信息以幀的形式收發(fā)，一個(gè)完整的信息幀由連續(xù)的字節(jié)序列組成，并且有明確的開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)志，以使接收方能夠識(shí)別出完整的一幀。協(xié)議規(guī)定的幀格式如表1所示。

　　通信協(xié)議只能作為實(shí)現(xiàn)信息交互的基礎(chǔ)，更重要的在于具體接口方式的選取。該系統(tǒng)作為改善社區(qū)物業(yè)監(jiān)控管理之用，物業(yè)管理控制室利用原來(lái)已經(jīng)鋪設(shè)好的監(jiān)控信號(hào)通信通道作為信號(hào)傳輸總線，向各住戶傳送一些簡(jiǎn)單的視頻短信，所以選用總線式RS-485^[2]作為通信接口：物業(yè)PC管理主機(jī)作為上位機(jī)" title="上位機(jī)">上位機(jī)，發(fā)出串口通信信息；各個(gè)用戶視頻短信終端作為下位機(jī)，利用單片機(jī)接收對(duì)應(yīng)于自己的信息。管理主機(jī)既可采用廣播模式發(fā)送消息又可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，每戶人家都有一個(gè)自己對(duì)應(yīng)的地址，通過(guò)握手信號(hào)實(shí)現(xiàn)主從通信。圖2給出了基本的通信方式示意圖。

1.2 功能簡(jiǎn)介
　　智能社區(qū)物業(yè)視頻短信設(shè)備的核心是視頻疊加芯片SD03C03，它實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)基本功能(見(jiàn)圖1)：(1)根據(jù)指定的協(xié)議與PC機(jī)正確通信，實(shí)現(xiàn)多頁(yè)信息的發(fā)送與接收；(2)通過(guò)SD03C03的尋址，不斷從自建字庫(kù)中取出物業(yè)PC機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的字符，實(shí)現(xiàn)將指定的字符疊加于視頻之上；(3)業(yè)主能正常地通過(guò)鍵盤對(duì)接收到的短信進(jìn)行指定的操作，根據(jù)用戶的實(shí)際情況分為三個(gè)按鍵進(jìn)行不同操作:按鍵1完成向上翻頁(yè)顯示字符；按鍵2實(shí)現(xiàn)向下翻頁(yè)顯示字符，按鍵3刪除已讀的短消息" title="短消息">短消息；(4)能對(duì)突發(fā)斷電事件及時(shí)響應(yīng)處理，重新復(fù)位后仍可以讀取原來(lái)存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的信息。下面介紹該系統(tǒng)中最重要的視頻短信終端設(shè)備的硬件電路和軟件部分。
2 視頻短信終端設(shè)備硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 視頻疊加芯片SD03C03簡(jiǎn)介
　　SD03C03芯片是上大眾芯微電子有限公司推出的一款數(shù)?；旌喜⒛茉跀z像機(jī)輸出的視頻信號(hào)上疊加字符的系統(tǒng)芯片，它能夠根據(jù)用戶需要通過(guò)三根線sel2～sel0選擇八種不同的視頻顯示模式，參見(jiàn)表2，最多可以顯示8(行)×16(列)＝128個(gè)不同的16×16點(diǎn)陣字符，且使用方便，功能強(qiáng)大。
　　該芯片由內(nèi)部時(shí)序控制、地址碼生成、疊加字符信息處理、視頻同步信息處理、自激振蕩環(huán)路和顯示模式選擇等若干個(gè)功能單元組成，用來(lái)將片外EEPROM、單雙口RAM或Flash中儲(chǔ)存的字符信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭莎B加在視頻信號(hào)上的信息，并且可通過(guò)內(nèi)部時(shí)序控制功能單元調(diào)節(jié)字符在監(jiān)視器上的疊加位置。用SD03C03芯片組成的字符疊加設(shè)備是以獨(dú)特的掛接方式^[3]工作在由攝像機(jī)和監(jiān)視器組成的圖像監(jiān)控系統(tǒng)中，并且對(duì)原系統(tǒng)無(wú)插入損耗。在銀行、大型超市、大型停車場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、高速公路收費(fèi)站、高樓電梯、道路交通、 居民社區(qū)等安裝有攝像機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)中，均能使用由SD03C03芯片開(kāi)發(fā)的低成本的字符疊加設(shè)備。

　　在SD03C03中疊加入一個(gè)16×16點(diǎn)陣字符信息，占用存儲(chǔ)器32byte。下面以字符“H”為例說(shuō)明點(diǎn)陣信息格式及其在存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)方式。假設(shè)字符“H”在存儲(chǔ)器中的地址范圍為0030H~004FH，總共32個(gè)字節(jié)。表3、表4分別給出了字符“H”的點(diǎn)陣信息格式和其在存儲(chǔ)器中的具體存儲(chǔ)格式。 SD03C03通過(guò)地址線訪問(wèn)存儲(chǔ)器，讀出字符點(diǎn)陣信息并把它轉(zhuǎn)化為可以疊加在原有視頻圖像上的信息。具體效果將在后面介紹。

2.2 自建字庫(kù)電路
　　本終端設(shè)備用于社區(qū)視頻消息傳輸及疊加顯示，由于疊加字符必須是可以任意變化的，所以除了標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)字庫(kù)外，還自定義100個(gè)字符圖標(biāo)來(lái)滿足要求，總計(jì)約為8000個(gè)字符。每個(gè)字符占用32byte空間，也就是說(shuō)全部數(shù)據(jù)的信息占用300kbyte左右。如果直接傳送這些字符的點(diǎn)陣信息，系統(tǒng)的開(kāi)銷將會(huì)很大，所以外加了一片512K ROM來(lái)保存這些字符的點(diǎn)陣信息并作為自建字庫(kù)接入設(shè)備。這樣單片機(jī)只需要將從上位機(jī)接收到的字符在自建字庫(kù)中的對(duì)應(yīng)地址發(fā)送到兩片2K RAM(6116)中分頁(yè)保存，這時(shí)RAM中的數(shù)據(jù)叫做字符的偏移地址。當(dāng)用戶閱讀時(shí)，系統(tǒng)RAM首先輸出字符的偏移地址到存放自建字庫(kù)的EEPROM(AT28MC040)中，然后由本地的ROM再輸出對(duì)應(yīng)字符的點(diǎn)陣信息。SD03C03芯片與片外RAM和自建字庫(kù)的連接如圖3所示。只要用SD03C03芯片的A5～A11七根地址線連接片外RAM即可尋找字符的偏移地址。這樣做就巧妙地傳送了字庫(kù)地址，大大壓縮了串口通信的數(shù)據(jù)量，也大大減少了RAM的容量。系統(tǒng)根據(jù)自己的需要可以確定不同的字庫(kù)內(nèi)容，雖然軟件的開(kāi)銷稍微增加，但是綜合全局考慮還是非?？尚械?。

2.3 地址切換技巧
　　雖然用片外RAM存取字庫(kù)的偏移地址很巧妙，但是在設(shè)備中既需要單片機(jī)向RAM發(fā)送字符在字庫(kù)中的偏移地址，實(shí)現(xiàn)寫入功能；又需要SD03C03芯片將其本身的地址信息傳給RAM，由RAM芯片將對(duì)應(yīng)的地址輸出給自建字庫(kù)芯片，完成讀出的功能，這樣兩塊不同的芯片對(duì)RAM讀寫會(huì)產(chǎn)生地址沖突，影響其正常工作。本文采用一種特殊的地址切換方式使普通單口RAM能完成昂貴的雙口RAM的功能，如圖4所示。將系統(tǒng)的兩組七位地址總線接到兩塊二選一芯片74LS257上，系統(tǒng)中工作的地址總線就通過(guò)74LS257的輸出端(AY6～AY0)被切換。當(dāng)單片機(jī)向RAM中寫入字符的偏移地址時(shí)，74LS257的選通信號(hào)257WR為低電平，單片機(jī)地址線AA6～AA0被選用；當(dāng)通過(guò)SD03C03芯片從ROM讀出數(shù)據(jù)時(shí)，74LS257選通信號(hào)257WR為高電平，這時(shí)系統(tǒng)中起作用的就變?yōu)镾D03C03芯片的地址線AB6～AB0了。這樣既完成了雙口RAM的功能，又大大節(jié)省了成本。

2.4 掉電保護(hù)電路
　　由于視頻短信終端設(shè)備是安裝在社區(qū)各住戶家中的，所以并不可能24小時(shí)一直開(kāi)機(jī)。而物業(yè)公司控制中心的PC管理主機(jī)不管客戶終端打開(kāi)與否，隨時(shí)都可能向業(yè)主們發(fā)送消息的，另外業(yè)主也有可能在瀏覽短消息時(shí)突然斷電，這樣僅僅用外部RAM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息就會(huì)造成掉電丟失，給客戶帶來(lái)極大的不便，所以必須要有掉電保護(hù)電路(見(jiàn)圖1)，即外接一片F(xiàn)LASH ROM存儲(chǔ)字符在字庫(kù)中的偏移地址來(lái)防止這種情況的發(fā)生。因?yàn)橐@示12頁(yè)短消息，芯片的模式又選擇最大化，即每頁(yè)顯示128個(gè)不同的字符，考慮到以后系統(tǒng)升級(jí)的需要，所以選擇了ATMEL公司的新一代高速閃存芯片AT24C08^[4]。單片機(jī)在發(fā)送字符偏移地址到RAM的同時(shí)將它們存儲(chǔ)到片外FLASH ROM中，每當(dāng)設(shè)備重新啟動(dòng)程序初始化時(shí)就自動(dòng)去讀閃存中保存的掉電前的信息，并且在刪除信息的同時(shí)清空外部FLASH ROM。這樣就實(shí)現(xiàn)了在線燒錄，非常好地解決了掉電丟失信息的問(wèn)題。
2.5 字符疊加和位置控制電路
　　前面已經(jīng)對(duì)視頻短信終端設(shè)備的幾個(gè)重要的模塊進(jìn)行了詳細(xì)介紹，只要再加上固定的字符疊加和位置控制電路^[5]就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)了。字符疊加和位置控制電路見(jiàn)圖3 。終端設(shè)備根據(jù)需要選擇了最大模式顯示字符，即每頁(yè)可以疊加上8(行)×16(列)＝128個(gè)不同的字符信息，所以SD03C03芯片的三條模式線sel2～sel0都接高電平；SD03C03芯片的字符輸出端Dout的信號(hào)受到一個(gè)開(kāi)關(guān)三極管Q1的控制，疊加到輸入的視頻信號(hào)上,電位器W4用來(lái)調(diào)節(jié)字符疊加的亮度；通過(guò)調(diào)節(jié)連接在單穩(wěn)態(tài)芯片74LS221上的兩個(gè)電位器W1和W2可以分別改變字符在屏幕上的水平和垂直顯示位置；而自激振蕩回路上的電位器W3起到調(diào)節(jié)字符寬窄的作用。圖5為實(shí)際疊加效果。用戶還可以根據(jù)自己的不同需要改變字符疊加電路來(lái)改變顯示形式，比如要將字符顯示在黑色屏幕上，只需要增加一個(gè)切換電路將外部信號(hào)關(guān)斷，改為顯示黑屏，再作字符疊加即可，方便實(shí)用。

3 視頻短信終端設(shè)備軟件研究
　　本終端設(shè)備的軟件流程比較復(fù)雜，采用KEIL C51進(jìn)行編寫。下面對(duì)主程序" title="主程序">主程序及其分支程序作簡(jiǎn)單介紹。
3.1 主程序
　　在主程序中，首先根據(jù)要求設(shè)置各類參數(shù)，例如波特率、定時(shí)器中斷時(shí)間等；然后從片外的FLASH ROM中讀出存儲(chǔ)在其中的設(shè)備復(fù)位之前的信息，并寫入RAM中保存，完成前面所說(shuō)的掉電保護(hù)功能；接著開(kāi)放定時(shí)器中斷和串行口中斷，并一直原地等待各類中斷的到來(lái)。
3.2 中斷程序流程
　　該視頻短信終端設(shè)備的主程序只是起到初始化的作用，所有實(shí)際操作都是在中斷服務(wù)子程序中完成的。圖6是串口中斷和定時(shí)器0中斷的流程圖。