基于Atmel AVR单片机的无线图像侦检系统

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一、项目概述
          1.1 引言
          对于图像监控系统，在一些特殊应用场合用户常会提出这样的需求：希望能够通过无线方式监控对象。例如，灾害或突发恶性事故现场这类只有救援人员能够进入的场合，或是郊区、深山、荒原等无人值守的场合。一般的图像监控系统，由于体积大小、耗电和成本等原因无法满足以上需求，而用微型CMOS摄像头和嵌入式单片机组成的无线图像监控系统是最佳选择。
           

         Atmel公司推出的新一代Atmel32位AVR UC3系列MCU具有1.38 DMIPS/MHz的性能以及先进的DSP算法功能，具有高性能和低功耗特性的特点。因此选用Atmel32位AVR UC3系列MCU作为设计主体实现一个无线图像侦检系统，配合协议中的功耗控制，在能够较好的实现功能的情况下达到节能环保的目的。

         

          1.2 项目背景/选题动机
          灾害或突发恶性事故现场由于环境极其恶劣，只有救援人员能够进入，因此外部的指挥人员难以知晓现场实地的情况从而及时制定抢险方案。若救援人员使用无线远程图像侦检系统实地传输现场视频信息，使抢险指挥部门通过及时看到现场的状况，并迅速作出相应的方案。不仅能赢得救援时间，而且大大提高了救援能力。
           
          本系统应用领域广泛：

       

•                                          可用于消防救火、救灾现场侦检时，通过无线方式将图像传输至指挥中心；
         
  
•                                          通过不同形式的组合可用于重点设施及建筑物的全天候安全监控和大型会议、运动会、演唱会等大型活动的临时出、入口视像监控；
         
  
•                                          可用于公安侦察、可疑目标跟踪等用途；
         
  
•                                          配合机器人等辅助设施，可用于遥控探测及危险事故处理。
  
  

           
          二、需求分析
          2.1 功能要求

       

•                                          可同步无线传输视频信号和音频信号；
         
  
•                                          发射与接收装置均有四个频道可供选择；
         
  
•                                          接收系统与显示系统为手持式/车载式，可安装于指挥车中；
         
  
•                                          发射机为电池供电；
         
  
•                                          可选择附带照明灯和温度、湿度、烟雾传感器，特别可用于烟雾及黑暗环境中的侦检。
  
  

           
          2.2 性能要求
          图像分辨率：176*144
          图像帧数≥5fps
          声音码率：32Kbps  ADPCM编码
          无线输出功率：0dBm
          无线通信比特率：1M bps
          无线通信距离：不小于30米
        三、方案设计
          3.1 系统功能实现原理（除图片外需有文字介绍）
          硬件主要分为移动端和终端两个部分，移动端负责图像、语音等信号的采集与压缩编码，终端负责移动端的控制和影音解码播放功能，移动与终端间通过无线实现双工通信。
           
          移动端的图像和语音采集与编码都用模块实现，MCU负责控制和帧处理；温度与烟雾侦测使用一般传感器经过整流电路送到MCU内部AD进行处理。无线模块与MCU之间使用SPI口进行通信。
           
          终端将无线接收到的影音与传感器信息通过MCU进行帧重组，然后分别在液晶屏和扬声器上播放出来，通过键盘实现对液晶、扬声器和移动端进行一定的控制。
           

       

        3.1  系统硬件结构框图

         

         

          3.2 硬件平台选用及资源配置
          AVR EVK1105评估套件
          摄像头：OV6620 SINGLE-CHIP CMOS CIF COLOR DIGITAL CAMERA
          语音编解码模块：MC145540
          无线模块：nRF2401
          单片机：ATMEL AT32UC3A0512
          自制板卡
           
          3.3系统软件架构
          软件分为移动端与终端两个部分，移动端软件底层包括MCU初始化、摄像头模块驱动、语言模块驱动、无线模块驱动；应用层包括影音与传感器数据帧处理、终端控制信号处理、移动端休眠及唤醒、无线双工通信。终端软件底层包括MCU初始化、液晶屏驱动、语言解码模块驱动、键盘扫描；应用层包括影音与传感器数据帧处理、平台控制、无线双工通信。
           
          3.4 系统软件流程（除图片外需有文字介绍）
          移动端MCU软件流程如图3.2，上电后首先对MCU内部AD、SPI等功能进行初始化，然后对无线、摄像模块、语言模块进行驱动，配置工作状态。程序主循环部分主要实现的功能包括接收中断发来了控制指令并对外设进行相应的控制；整个移动端休眠节能状态与工作模式切换；影音、传感器数据处理和收发等。
           
          终端MCU软件流程如图3.3，上电后初始化MCU和外设。程序主循环部分实现功能包括键盘扫描来实现对移动端和终端的控制；影音数据接收和帧处理；与液晶屏和扬声器通信实现影音播放等。
           

             

        图3.2 移动端程序运行流程图                     图3.3 移动端程序

        运行流程图

         

          3.5 系统预计实现结果
          可同步无线传输视频信号和音频信号；发射与接收装置均有四个频道可供选择；接收系统与显示系统为手持式/车载式，可安装于指挥车中；发射机为电池供电；可选择附带照明灯和温度、湿度、烟雾传感器，特别可用于烟雾及黑暗环境中的侦检。

李小路

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