视频信号远程采集发送终端

题目：视频信号远程采集发送终端

院（系）信息科学与工程学院

专业电子信息工程

届别2012届

学号0815******

姓名*********

指导老师 ****** 教授

华侨大学教务处印制

2012年5 月

目录

摘要2222222222222222222222222222222222222222222222221

1 绪论22222222222222222222222222222222222222222222223

2 系统总体设计方案22222222222222222222222222222222224 2.1 系统设计任务222222222222222222222222222222222224

2.2 系统设计方案222222222222222222222222222222222224

3 硬件设计电路222222222222222222222222222222222222225

3.1 供电电路2222222222222222222222222222222222222225

3.2 M16C/64A、二端口检测等电路2222222222222222222226

3.2.1 M16C/64A222222222222222222222222222222222226

3.2.2 M16C/64A晶振电路和复位电路222222222222222228

3.2.3 二节点开关检测2222222222222222222222222222211 3.3 程序下载口及在线调试口222222222222222222222222211 3.4 温度及亮度采集模块2222222222222222222222222222212

3.4.1 温度采集222222222222222222222222222222222212

3.4.2 亮度采集222222222222222222222222222222222214 3.5 摄像头模组222222222222222222222222222222222222215 3.6 FALSH外部存储扩展22222222222222222222222222222 17 3.7数据发送模组（GSM模块）222222222222222222222222218 3.7.1 GSM供电电路222222222222222222222222222222222218 3.7.2中兴ME3000及外围电路2222222222222222222222222219

3.7.3ME3000UART接口222222222222222222222222222222221 3.7.4 SIM卡槽222222222222222222222222222222222222222

3.7.5 天线接口222222222222222222222222222222222222223

4 软件设计2222222222222222222222222222222222222222224.1 开发环境及调试工具RU-Stick22222222222222222222223 4.1.1 HEW的安装及说明222222222222222222222222222223 4.1.2调试工具RU-Stick22222222222222222222222222224 4.2 软件设计流程图22222222222222222222222222222222228 4.3 程序设计22222222222222222222222222222222222222229 4.3.1 图像采集22222222222222222222222222222222222230 4.3.2 温度采集22222222222222222222222222222222222231 5总结22222222222222222222222222222222222222222222231 6 参考文献2222222222222222222222222222222222222222233 附录22222222222222222222222222222222222222222222222

附录1实物展示222222222222222222222222222222222222234 附录2整机电路原理图222222222222222222222222222222235 附录3 整机PCB版图22222222222222222222222222222222235 附录4 M16C/64A引脚排列图2222222222222222222222222236

摘要

远程视频监控系统能在人无法直接观察的场合，适时、清晰、真实地反映被监视控制对象的画面。远程视频监控系统是管理人员高质量管理的理想工具；也是公共安全、防盗防范必不可少的强有力的得力助手。利用它可以大大减少不必要的人力，实时监视可视区域，做到控制现场实际工作现状，实时快速的反映所发生的一切事物，便于管理者及时应付处理突发事件等。

本文设计了基于瑞萨M16C/64A单片机的模拟远程视频信号的采集、处理和发送的远程视频信号采集系统。论文首先分析了视频监控系统的发展历程，然后详细的描述了笔者利用串口摄像头PTC08完成图像采集、拍摄控制、数据压缩、串口传输、利用中兴ME3000的GSM模块完成数据的采集和发送的监控系统的设计。该远程视频采集终端可以方便的获取监控地的温度、亮度、视频图像信号等数据，可以很好的完成远程监控的任务，适用与工业监控和安防行业。

关键词：视频监控；瑞萨M16C64A；串口摄像头；中兴ME3000

ABSTRACT

Video monitoring system is one of the products of the information age.The remote video monitor system could be used in the occasion that people can't directly observe d , timely, clearly and truly reflects the object picture controlled and monitored.The re mote video monitor system is ideal tool of high quality management for management personnel;it is also a strong essential assistant for the public security and security guar https://www.360docs.net/doc/ed7004661.html,ing . it can greatly reduces unnecessary human resource, monitors viewing area in real time,accomplishs the actual work status controling,reflects what all happened q uickly in real time, it is easy to deal with emergency in time for the managers.

This paper designs the remote video signal acquisition system based on MCU M1 6C64A collection, processing and sending of remote video signal.Firstly, the paperde scribes the research meaning of video monitoring systems, and analyses the develop ment process of video monitoring system.Then detailedly describes the author using t he PTC08 serial port camera to complete image collection, take control, data compres sion, serial transmission, using the GSM module of ME3000 ZTE to finish the design of monitoring and control system with data acquisition and sending function .The re mote video acquisition terminal is convenient to obtain the temperature, brightness, vi deo image signal and other data of the place monitored and controlled, can be very go od to complete the task of remote monitoring, can be very good for industrial control and security industry.

Keywords:video supervision system; renesas M16C/64A; ZTE ME3000

Serial camera

绪论

1.1 引言

视频监控系统是工业监控和安全防范技术体系中一个重要的组成部分。目前这种系统的应用在我国发展极快。在本次设计中，视频监控系统主要以下几部分组成：图像信息的采集和处理；对监控地点温度和亮度的采集和处理；对采集回来的数据进行处理和分析；数据传回监控人或者监控中心的发送。

1.2 视频监控系统的发展历程

视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基于PC机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。

近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控制技术也得到飞速发展。由于视频控制系统应用领域广泛，而且发展迅速，目前在国内外市场上，推出了数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。

系统总体设计方案

2.1 系统设计任务

设计一个基于瑞萨M16C单片机平台的视频信号远程采集终端。具体要求如下：1)采用彩色摄像头模组，要求该摄像头图像分辨率至少能够30万像素，采用

JPEG压缩方式，本地具备大容量数据存储器可存储最近50张照片。

2)具备两个开关节点输入检测管脚，用于检测开关信号，可设置开关节点的检

测方式，当开关信号与检测方式一致时说明有报警输入，终端启动摄像头进行拍照，拍照为0.5S一张，连续拍20张，并进行存储及上传。

3)具备温度及亮度检测功能，当温度或亮度高于一定限值时，应能通过GPRS

或短信方式，将温度及亮度数据上报给主站。

4)终端应具备充电管理电路，能够稳定可靠的对充电电池进行充电管理，采用

可充电电池作为后备电源，当无外接电源时，终端进入低功耗状态。

5)采用GSM模块作为数据上传通道，可通过GPRS及彩信方式将图片上传到主

站，上传的方式，可进行设置。

2.2系统设计方案

本系统采用瑞萨单片机作为系统微处理单元进行控制，主要包含了温度采集、亮度采集、摄像头监控图像采集、二开关节点检测、GSM数据发送模块。

图1 系统总体框图

本系统选用瑞萨M16C/64A单片机作为控制中心，控制和管理外设资源，设计的复位电路为手动按键复位十分方便系统复位；为了得到精确延时，选12Mhz 的晶振作为单片机系统的时钟；温度采集采用S18B20温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式，外接电路简单，只需要引出一个引脚到单片机上即可读数。亮度测量电路由光敏电阻传感器和精密电阻串联分压构成，光敏电阻的阻值随温度变化，它两端的电压也相应的发生变化，测量电路将非电量转换为电量，然后由单片机的A/D引脚直接读取值。摄像头模块采用集成数字信号的处理芯片的摄像头模组PTC08，这样可以很方便的完成图像的采集和处理，由于要存储较多的图片信息，外扩FALSH芯片采用MX25L25635E，该FALSH 具有256M容量足够完成图像的存储。数据发送该系统采用中兴的ME3000，该GSM 模组属于工业标准，能实现语音、短信和数据业务等功能，能很好的满足系统要求。

硬件电路设计

3.1供电电路

原设计要求采用直流电源和备用电池双供电系统，这样在直流电源断电后备用电池仍能持续的为系统供电，保证监控工作的持续性。备用电池设计采用镍氢蓄电池，镍氢蓄电池相对与锂电池具有一下优点: ①镍氢电池相对锂电池便宜,②镍氢电池的自放电比锂电池要大的多，所以镍氢充满电不用更容易漏光③储存对镍氢电池的容量影响不大，但对锂电影响较大，锂电用不用都会老化④相比锂电池过充保护电路相对比较简单基于以上原因后备电池采用镍氢电池。

设计由于进度考虑，没有设计具体的后备电池管理电路，下面介绍直流供电电源电路。原考虑直接采用+5V直流供电给系统，因为主控CPUM16工作电压为2.7V~5.5V，摄像头模组和GSM模组电压转换前工作电压都为5V，后来综合考虑到FALSH芯片的工作电压为3.3V，如果采用+5V直接供电M16C/64与FALSH的引脚电平匹配电路将复杂化，间接导致整个电路复杂化。最终设计电路如图2：

图2 系统电源电路

外接+5V直接供电，经GM1117-3.3转换稳压输出3.3V给系统供电，这样在接口电路中只要匹配摄像头模组与M16C/64A的电压就可以完成整个电路的匹配。D2 为电源指示灯，灯亮说明外接电源正常供电。图中电解电容为滤波作用，保证了电压的稳定性。由于单片机M16C/64A采用VCC1和VCC2双电源供电，其中VCC1略大VCC2，所以这里直接用电阻Rz2分压引出VCC2为单片机供电。

GM1117-3.3为1.0A低漏失精密线性调节器，GM1117线性稳压器提供固定和可调输出电压，输出电流高达1.0A. 特点如下：

◆可调或固定输出

◆电流输出为1.0A

◆漏失电压（典型）1.15V @ 1.0A

◆线路调整0.2%最大

◆负载调整0.4%最大

◆快速瞬态响应

◆电流限制保护

◆热关断保护

3.2 M16C/64A、二端口检测等电路

3.2.1 M16C/64A

根据设计要求，主控单片机采用瑞萨M16C64A这款单片机，其特点如下：

M16C/64A 群是装载了M16C/60 系列CPU 内核的闪存内置型单片机。M16C/60 系

列CPU 内核有高功能指令和高指令效率，还具备1M 字节的地址空间（可扩展到4M 字节）以及快速执行指令的能力，并且因有乘法器而能进行快速运算处理。M16C/64A 群不仅功耗小，而且能通过运行模式进行功率控制，通过噪声对策结构减少辐射噪声并增大噪声耐量。M16C/64A 群内置了多功能定时器、串行接口等各种外围功能，能减少系统的部件数。

M16C/64A主要应用于音响、照相机、TV、家电、办公设备、通信设备、便携式设备、工业设备等

M16C/64A框图如图3

图3 M16C/64A框图（100 引脚版）

由M16C54A指导手册设计电路如图4：

图4 M16C/64A 电路

由于系统有外扩存储，所以单片机的工作模式这里选用存储器扩展模式，选择处理器模式引脚 10脚CNVCC通过电阻连接到接地，选择为存储器扩展模式。模拟电源输入AVCC/AVSS引脚为A/D 转换器和D/A 转换器的电源输入。由于在光敏采集处有用到A/D转换，这里必须将AVCC引脚连接到VCC1，将AVSS 引脚连接到VSS，VSS为M16C64A的GND引脚，直接接地。

3.2.2 M16C/64A晶振电路和复位电路

单片机的各项功能部件都是以时钟控制信号为基准，有条不紊的一拍一拍的工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也影响单片机系统的稳定性。M16C/64A时钟发生电路有以下4 种：

2主时钟振荡电路

2 PLL频率合成器

2 125kHz内部振荡器

2副时钟振荡电路

各时钟时钟发生电路的概略规格如表1：

表1 时钟发生电路的概略规格

此次设计采用主时钟振荡电路，主时钟是主时钟振荡电路提供的时钟，是CPU 时钟和外围功能时钟的时钟源。在复位后，主时钟振荡，但不为CPU 时钟源。主时钟振荡电路通过在XIN-XOUT 引脚之间连接陶瓷谐振器或者晶体振荡器构成振荡电路。主时钟振荡电路内置反馈电阻，为了在停止模式中降低功耗，将反馈电阻从振荡电路分开。对于主时钟振荡电路，也能将外部生成的时钟输入到XIN 引脚。主时钟连接电路如图5：

图5 时钟发生电路

M16C/64A复位有硬件复位、上电复位、电压监视0 复位、电压监视1 复位、电压监视2 复位、振荡停止检测复位、看门狗定时器复位和软件复位。

各复位电路复位的种类和输入/ 输出引脚如表2

表2 复位电路种类和引脚

复位电路框图如图6：

图6 复位电路框图

由于其他复位电路都内置与芯片内部或者由软件实现，这里只提出硬件复位的电路。电路图如图7：

图7 单片机复位电路

产生硬件复位的步骤如下：

电源稳定的情况

1. 将“L”电平输入到RESET引脚。

2. 等待f(OCOS)。

3. 将“H”电平输入到RESET引脚。

接通电源的情况

1. 将“L”电平输入到RESET引脚。

2. 使电源电压上升到满足推荐工作条件的电平。

3. 等待td(P-R) （等待内部电源稳定）。

4. 等待f(OCOS)。

5. 将“H”电平输入到RESET引脚。

3.2.3 二节点开关检测

二节点开关主要是用于摄像头拍照触发的条件，设计采用用按键开关不同状态为触发条件，硬件电路图直接有引脚引出接按键开关到高电平即可，触发条件设置为P4.5和P4.6检测为高电平摄像头启动。

电路如图8：

图8 二节点开关检测

3.3程序下载口及在线调试口

程序下载这里采用UART串行接口传送数据。

调试工具采用RU-Stick，Renesas USB Stick（简称RU-Stick 或易优Stick）是由瑞萨科技（北京）有限公司开发的一款超小型在线调试器。它使用UART

Monitor 的方式。具体调试环境和说明在软件部分说明。

电路如图9：

图9 下载口及调试口

3.4 温度及亮度采集模块

3.4.1 温度采集

由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。这里采用DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20作为测温元件。具体电路如图10：

图10 温度采集电路

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根

据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：

独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯，无需外部器件；

每个器件有唯一的 64 位的序列号存储在内部存储器中；

可通过数据线供电。供电范围为3.0V到5.5V。

测温范围为-55～＋125℃（－67～＋257℉）

在－10～＋85℃范围内精确度为±5℃

温度计分辨率可以被使用者选择为9～12位

最多在 750ms 内将温度转换为12 位数字

用户可定义的非易失性温度报警设置

报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图11所示。其中，DQ 为数据输入/输出引脚，也可用作开漏单总线接口引脚，当被用在寄生电源工作方式下，可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的电源引脚，当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

图10 DS18B20外部封装形式

温度传感器DS18B20的内部存储器还包括一个8字节的高速暂存RAM 结构如图11所示。

Byte0 Byte1 Byte2 Byte3 Byte4 Byte5 Byte6 Bye7 Bye8

图11 高速暂存RAM 结构图

其中，前2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节是TH 和TL 的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。 3.4.2 亮度采集

亮度测量电路由光敏电阻传感器和精密电阻串联分压构成，光敏电阻的阻值随温度变化，它两端的电压也相应的发生变化，测量电路将非电量转换为电压变。量变化量由GUANG 引脚接到M16的A/D 转换引脚第95引脚。

图12 亮度采集

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏各特性如图13所示：

图13 光敏各特性

3.5 摄像头模组

串口摄像头方便了电路的集成和图像的处理，这里采用是广州市谱泰通信科技有限公司设计生产的一款集图像采集、拍摄控制、数据压缩、串口传输于一体的工业级图像采集处理模块PTC08串口摄像头。由于PTC08 摄像头内部默认配有MAX3232 IC，为了M16C/64A与摄像头之间的电平匹配，这里在摄像头和M16C/64A 之间加上MAX3232 IC。

具体电路如图14所示：

图14 图像采集模组

PTC08摄像头模组内置的高性能数字信号处理芯片实现了对原始图像的高比例压缩。产品图像输出采用标准JPEG 格式，可方便地兼容各种图像处理软件；标准的三线式RS-232 通信接口以及简单的图像传输协议使得摄像头可以方便地实现与电脑以及各种嵌入式系统的连接；预留的红外补光功能接口可以外接红外灯板，在各种光照条件下清晰成像。默认波特率为 38400，其它可选波特率有9600，19200 和57600，115200。

主要性能指标如表3所示：

表3 PTC08性能指标

图15

PTC08实物

图

3.4 FALSH外部存储扩展

FALSH采用MX25L25635E_DS_EN芯片。

MX25L25635E是CMOS 268,453,456位串行Flash EEPROM中，这是作为33,554,432 x 8内部配置.该MX25L25635E有一个串行外围接口和软件协议，允许在一个简单的3-线操作总线.这三个总线信号是时钟输入(SCLK),串行数据输入(SI),和串行数据输出（SO）. SPI对设备的访问是启用的CS输入。

具体电路如图16所示：

图16 FALSH外部存储扩展

MX25L25635E各个引脚说明如表4所示：