单片机图像采集与网络传输

单片机图像采集与网络传输作者：发布时间：2012-03-21来源：繁体版1.引言随着网络技术的发展和网络应用的普及，如何充分利用网络资源来实现低成本、高可靠的远程视频监控，已成为一个技术热点。

本文介绍一个用单片机与图像采集模块接口，嵌入TCP/IP协议栈，制作“网络摄像头”的方1.引言随着网络技术的发展和网络应用的普及，如何充分利用网络资源来实现低成本、高可靠的远程视频监控，已成为一个技术热点。

本文介绍一个用单片机与图像采集模块接口，嵌入TCP/IP协议栈，制作“网络摄像头”的方法。

本网络摄像头在一个组播式视频图像监控系统中，只作为组播源向以太网发送视频图像数据；其它监控计算机则作为组播成员接收数据。

整个视频图像发送和监控系统在局域网中使用时，监控接收端的PC机只要加入了组播组，不必知道网络摄像头的IP地址和MAC地址，也不需要两者的IP地址是在同一网段，均可接收到网络摄像头发出的图像数据，使用起来相当方便。

2. 硬件接口电路网络摄像头的硬件接口电路如图1所示。

该电路采用的单片机是89C52芯片，另扩展32K的外部存储器，供网络和图像数据处理用。

图1中的DB200是一个产品摄像模块,它由微型摄像镜头、图像缓存、时序发生、总线接口等电路构成；其外接信号是一个16脚的插座（9 ~ 16脚分别对应数据线D7 ~ D0，其它为地址、电源和读写控制线）。

图1中，U1、U4和DB200的片选信号由89C52的地址线A14、A15和74HC00的3个与非门提供：A15=0时选通U4；A15=1及A14=0时选通U1；A15=1及A14=1时选通DB200。

DB200的第8脚接A13用来选择其内部寄存器。

RTL8019AS有3种工作方式：（1）跳线方式。

（2）即插即用方式。

（3）免跳线方式。

RTL8019AS使用哪种工作方式由第65脚(JP)决定。

为减少连线，我们采用跳线方式（把65脚接高电平）。

这样网卡的传输介质、I/O基地址和中断号就由74、77、78、79、80、81、82、84、85等引脚状态决定。

RTL8019AS的81、82、84、85（BD0-BD3）脚接低电平，对应32个I/O寄存器地址范围为300H - 31FH；78-80（BD4-BD6）脚接低电平，对应中断号为INT0（IRQ2/9）；74（BA14）、77（BD7）脚接低电平，为自动检测传输介质方式。

RTL8019AS有20根地址（SA0-SA19）线，将其5、7、8、9、10（SA0-SA4）脚接89C52的A8-A12，将15、16（SA8、SA9）脚接高电平来确保基地址为300H，其余地址线则全部接地。

由于RTL8019AS的使能（AEN）信号是由89C52的A15=1及A14=0时提供，因此我们可得出以下地址关系：89C52：A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7………A08019：SA4 SA3 SA2 SA1 SA0 …………2进制数： 1 0 0 0 0 0 0 0 0000 0000 16进制数：0X80002进制数： 1 0 0 1 1 1 1 1 0000 0000 16进制数：0X9F00可见，如果89C52输出地址0X8000至0X9F00，均可选中RTL8019AS。

由于RTL8019AS的SA9和SA8恒接高电平，当89C52 的地址信号由0X8000至0X9F00变动时，会有：SA9 SA8 SA7 SA6 SA5 SA4 SA3 SA2 SA1 SA0 =11 0000 0000 至11 0001 1111，即对应选择RTL8019AS的I/O寄存器地址300H至31FH。

RTL8019AS的96脚（IOCS16B）接低电平，使其工作在8位总线模式；64脚接低电平，使用非AUI接口；31、32脚接高电平，屏蔽远程自举加载功能；33脚所需复位信号，由89C52的P1.5提供；29、30脚对应接89C52的读写脚。

3. 软件模块设计嵌入式系统一般采用简化的TCP/IP协议栈。

常用的有IP、ARP、UDP、ICMP、TCP以及HTTP等协议。

为了尝试实现一个最简易的嵌入式TCP/IP协议，我们选用UDP通讯方式。

UDP的通讯方式有3种：点对点、广播和组播。

考虑到点对点通讯需要ARP协议来取得目标节点的物理地址，我们不用点对点通讯。

至于广播通讯和组播通讯，两者都不需要ARP协议。

但广播方式有如下缺陷：（1）广播数据报不能跨过路由器传播；（2）广播时本地子网的所有主机都会接收到广播并作出响应，既增加了非接收者的开销，保密性也不好。

我们采用的组播方式不存在这些问题，较适合作为网络视频监控的信息传输。

3.1 主程序工作流程网络摄像头的图像采集、打包、发送的软件流程如图2所示，对应的主程序源码见例程1。

为了便于接收端正确判断每帧图像的开始，主程序在发送1帧图像数据前，先用Send_lwm( ) 函数发送特征字为“lwm”的4字节长的数据包（该函数从略），然后再发送图像数据。

void main(void) //（例程1--循环采集和发送图像数据的主程序）：{ init_8019( ); // RTLS8019AS初始化。

while(1) // 循环采集和发送图像：{ img_capture( ); // 采集1帧图像。

Send_lwm( ); // 发送图像开始的特征字“lwm”Send_img( ); // 发送1帧图像数据。

}}3.2 以太网控制芯片的初始化RTL8019AS 芯片有32个寄存器地址，映射到4个页面，每页有16个寄存器。

本系统只用0页的14个（00-01H,04-0BH,0D-0EH,0F-10H）寄存器。

程序先定义reg00－reg10, 然后用初始化函数init_8019( )对RTL8019AS各寄存器进行配置：#define XBYTE ((unsigned char volatile xdata *) 0)#define reg00 XBYTE[0x8000] //对应300H A15=1, A14=0,A13=A12=A11=A10=A9=A8=0………………..#define reg10 XBYTE[0x9000] //对应310H A15=1, A14=0,A13=0,A12=1,A11=A10=A9=A8=0sbit RST8019 = P1 ^ 5; // RST8019AS的硬件复位端。

void init_8019(void) // （例程2--RTL8019AS的初始化）：{ UINT C1; for(C1=0;C1<1000;C1++); // 软件延时,确保芯片进入稳定状态RST8019=1; for(C1=0;C1<1000;C1++); // 硬件复位、延时以确保芯片完全复位RST8019=0; for(C1=0;C1<1000;C1++); // 硬件复位、延时以确保芯片完全复位reg00=0x21; // 选择第0页寄存器，并使芯片停止收发和DMA操作reg0e=0xC8; // DCR：采用普通、8位DMA方式reg07=0xFF; reg0f=0x00; // 清除和屏蔽所有中断（本系统未采用中断）reg0d=0xE0; // TCR：采用普通发送模式、允许CRC产生和校验}为了节省资源，上述对RTLS8019AS的初始化中，凡是与发送无关的寄存器都没有设置。

发送时所要用的组播地址、物理地址和IP地址，则在打包时再封装到各协议层数据包的头部。

3.3 图像数据的采集负责图像采集的DB200摄像模块内部有数据、状态、采集控制和地址控制4个寄存器,表1是它们的寻址方式。

对各寄存器的操作规则如下：（1）写操作-对采集控制寄存器（CAP_CTRLr）D0位写1，可启动采集过程；对地址控制寄存器（CAP_INCr）D0位写一次1，其图像缓存的地址就加1。

（2）读操作-如果状态寄存器（CAP_STAUSr）的D0=1，表示可以开始图像采集过程；D1=1表示已完成1帧图像采集，可以读取数据寄存器（CAP_DATAr）的图像数据。

DB200工作的地址范围是：1100 0000 0000 0000 ~ 1110 0000 0000 0000 = 0C00H ~ 0E00H。

据此，我们可写出如下图像采集函数（例程3）：#define CAP_CONTROLr XBYTE[0X0C000] //A15=1=A14, A13=0#define CAP_STATUSr XBYTE[0X0C000]void img_capture( ) // （例程3--图像采集）：{ while(!(CAP_STATUSr & 0x01)); // 检查DB200是否准备就绪？CAP_CONTROLr=0xff; // 启动采集1帧图像过程。

while(!(CAP_CONTROLr & 0x02)); // 是否采集完1帧图像？是就结束。

}img_capture( )函数只完成了1帧图像数据的采集，采集好的数据存在DB200的数据缓冲区内，留待Send_img( )函数读取和发送。

Send_img( )是以读1行图像数据就发送1行的方式工作。

其源码如下：#define CAP_INCr XBYTE[0X0E000] //A15=1=A14,A13=1#define CAP_DATAr XBYTE[0X0E000]extern UCHAR xdata outbuf[1520];void Send_img( ) // （例程4--图像数据的读取和发送）：{ UINT data Colon, Line ;for(Line=0;Line<288;Line++) // 288行{ for(Colon=0;Colon<385;Colon++) // 385 列{ databuf[Colon]=CAP_DATAr; // 从db200读1个像点到databuf。

CAP_INCr=0xff; // db200图像数据缓存地址加1。

}udp_send(databuf, UDP_PORT, 386); // 封装并发送1行图像数据。

}}3.4 图像数据的封装DB200采集完1帧图像后，通过数据总线传送给89C52；89C52则将图像数据按TCP/IP协议封装成以太网帧（图3），然后通过数据总线送给RTL8019AS；RTL8019AS则将以太网帧经RJ45接口送到10M以太网上。

从图3可以看到，每个以太网帧的最大长度为1518字节，最小为64字节。

其数据部分最大为1500字节，最小为46字节。

每个UDP数据传输前，必须加上8字节的UDP头来构成UDP数据报；再加上20字节的IP头来构成IP数据报；最后加上14字节的帧头来构成以太网帧。