摘   要： 介紹了一種基于單片機的移動視頻監(jiān)控系統(tǒng),，詳細給出了硬件各部分的設(shè)計,。系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)攝像機、無線網(wǎng)絡(luò)以及能通過串口進行控制的小車平臺組成,，解決了無監(jiān)控設(shè)備區(qū)域的監(jiān)控問題,。系統(tǒng)制作簡單，維護方便,，充分利用現(xiàn)有資源和技術(shù),，同時采用模塊化設(shè)計，可移植性很強,，在危險,、未知環(huán)境的探測、監(jiān)控等領(lǐng)域有很好的推廣應(yīng)用價值,。
關(guān)鍵詞： 單片機,； 網(wǎng)絡(luò)攝像機； 監(jiān)控,； 可移動

    隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展,，視頻監(jiān)控技術(shù)在國民生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域(如電力系統(tǒng)、電信機房,、工廠,、城市交通、水利系統(tǒng),、小區(qū)治安等領(lǐng)域)得到越來越廣泛的應(yīng)用[1-2],。但是，在沒有安裝監(jiān)控系統(tǒng)的地方,，就無法使用監(jiān)控完成一些任務(wù),。特別是在探測一些陌生、危險環(huán)境(比如地震災(zāi)區(qū),、火災(zāi)后的救援現(xiàn)場,、礦井救援現(xiàn)場、森林,、下水道,、長期無人的偏僻小區(qū)等)時，如果不能事先了解探測地點的環(huán)境,，冒然救援或安排人員進入,，會給進入人員帶來危險，造成不必要的損失,。因此需要開發(fā)可移動的視頻監(jiān)控系統(tǒng),，哪里需要就帶到哪里,，不僅能夠擴大監(jiān)控范圍，也能節(jié)約成本,，甚至還能減少許多不必要的損失,。
    目前國內(nèi)嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究有了很大的發(fā)展[3]，參考文獻[3]對基于ARM的嵌入式無線視頻采集系統(tǒng)進行了設(shè)計研究,。但是這些都是利用ARM嵌入式,、USB攝像頭或是其他的小型攝像機進行開發(fā)，需要攝像頭的驅(qū)動,，還要為攝像頭編寫程序,，系統(tǒng)比較復(fù)雜，技術(shù)要求比較高,。本文在考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)攝像頭的發(fā)展情況,、3G和各種WiFi信號的覆蓋率提高以及無線路由器技術(shù)發(fā)展的前提下，充分利用現(xiàn)有資源,，提出了一種基于單片機的移動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案,。該系統(tǒng)直接利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)攝像機作為監(jiān)控攝像頭，以3G信號或各種WiFi信號(如現(xiàn)場沒有WiFi信號,，可用無線路由器自建)為網(wǎng)絡(luò),，以開發(fā)的基于單片機的小車為載體平臺，實現(xiàn)無線移動視頻監(jiān)控,。該系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有的各種資源,，制作簡單，方便使用,。本文重點給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計思路以及硬件各部分的組成,。
1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計
    該系統(tǒng)由一個可以通過接收串口指令進行運動的小車以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭、無線網(wǎng)絡(luò),、客戶終端組成,。網(wǎng)絡(luò)攝像頭是整個系統(tǒng)的核心和紐帶。
    網(wǎng)絡(luò)攝像機裝在小車上,，通過無線網(wǎng)絡(luò)與客戶終端進行通信,，將現(xiàn)場的視頻信號發(fā)送至客戶終端，并接收終端發(fā)來的指令,，進行云臺控制或是將指令轉(zhuǎn)發(fā)至小車控制板,。小車控制板在分析信號的有效性之后，根據(jù)預(yù)先的通信協(xié)議發(fā)送相應(yīng)指令到電機驅(qū)動模塊,，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動,，實現(xiàn)小車的移動。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 各模塊設(shè)計
2.1 網(wǎng)絡(luò)攝像機
    本系統(tǒng)選用深圳億維銳創(chuàng)公司生產(chǎn)的YW7800網(wǎng)絡(luò)攝像機,。該攝像機的外形非常適合在小車上安裝,。
    該攝像機自帶云臺,，可以實現(xiàn)水平0～355°,、垂直0～90°旋轉(zhuǎn)，同時帶有15 m的紅外功能,，視野非常開闊,，并且適合夜間使用。它支持動態(tài)IP地址,，支持局域網(wǎng),、Internet(ADSL、有線通),；支持多種無線傳輸,，802.11g無線局域網(wǎng)、CDMA,、GPRS,，因此很容易組建網(wǎng)絡(luò)。該攝像機支持RS422/485透明串口,，可以通過串口復(fù)用的方式為系統(tǒng)的小車控制板發(fā)送信號,，不需要單獨為小車開發(fā)無線接收設(shè)備。另外,，該系統(tǒng)集成Web Server,，使用Web頁面便可輕松實現(xiàn)遠程監(jiān)視、控制,、設(shè)置,，因此不需要單獨開發(fā)客戶端程序。綜合以上特點,，這款攝像機很符合設(shè)計要求,。
2.2 網(wǎng)絡(luò)信號
    目前3G無線信號和各種WiFi信號的覆蓋率已經(jīng)很高，只需要將客戶終端和網(wǎng)絡(luò)攝像機接入同一個網(wǎng)絡(luò),，就可以建立網(wǎng)絡(luò)攝像機與客戶終端的連接,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互傳輸。如果該系統(tǒng)使用的環(huán)境沒有無線網(wǎng)絡(luò),，鑒于目前無線路由器功能已經(jīng)很強大,，可以在路由器有效范圍內(nèi)通過無線路由器建立網(wǎng)絡(luò)，供網(wǎng)絡(luò)攝像機和客戶終端使用,。
2.3 小車控制系統(tǒng)
    小車控制系統(tǒng)主要由控制核心板51單片機模塊,、串口通信模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊,、電機等組成,。
2.3.1 51單片機模塊
    本系統(tǒng)選擇AT89C51單片機作為控制芯片。AT89S51是一個低功耗,、高性能CMOS 8 bit單片機,，片內(nèi)含4 KB ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1 000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用Atmel公司的高密度,、非易失性存儲技術(shù)制造,，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8 bit中央處理器和ISP Flash存儲單元,。系統(tǒng)單片機模塊主要由AT89S51單片機以及石英晶體Y1,、兩個振蕩電容C3和C4構(gòu)成的時鐘電路，由電容C5,、開關(guān)K,、電阻R8和電源構(gòu)成的復(fù)位電路組成?？梢酝ㄟ^開關(guān)K對控制板進行復(fù)位[4],。Y1采用頻率為11.059 2 MHz的晶振，兩個電容C3,、C4一般取30 pF,。其他各端口定義為:P2.0、 P2.1,、 P2.2分別接驅(qū)動器的脈沖輸入,、方向和使能端，控制一路電機,，P2.5,、P2.6、P2.7控制另外一路電機,。P3.0,、P3.1接串口線,實現(xiàn)外部信號與單片機的相互傳遞。單片機控制系統(tǒng)如圖2所示,。

2.3.3 串口通信模塊
    為使單片機正常工作,，需要給其下載程序，這就要使其能與電腦進行通信,。計算機帶有9針串口,，因此也為單片機控制板設(shè)計9針D型連接頭。但是,，由于計算機串口是RS232電平,，而單片機是TTL電平。所以需要進行電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的包含兩路接收器和驅(qū)動器的IC芯片,，它的內(nèi)部有一個電源電壓變換器,，可以把輸入的+5 V電源電壓變換成為RS232輸出電平所需的+10 V電壓[6]。其適應(yīng)性更強,，價格適中,，硬件接口簡單，所以被廣泛采用,。
    本系統(tǒng)的串口通信模塊如圖4所示,。電容C6,、C7,、C8、C9及V+,、V-是電源變換電路部分,。由于在實際應(yīng)用中，芯片對電源噪聲比較敏感,，所以要為電源VCC加去耦電容C10,。MAX232的11腳T1IN接單片機TXD端P3.1，12腳R1OUT接單片機RXD端P3.0,，13腳R1IN和14腳T1OUT分別連接D型頭的2,、3口，即可以通過D型頭與單片機相互發(fā)送數(shù)據(jù),。

　由于網(wǎng)絡(luò)攝像機帶有RS485串口,，而小車控制板采用RS232串口，因此需要能夠進行轉(zhuǎn)換的裝置,。TD-106是深圳天地華杰公司設(shè)計一款無源RS232到RS485的轉(zhuǎn)換器,，能有效解決RS232串口設(shè)備與RS485串口設(shè)備之間的通信問題。該轉(zhuǎn)換器采用獨有的竊電技術(shù),，無需外接電源,，內(nèi)置流量控制芯片，具有零延時自動轉(zhuǎn)換功能,。該RS485轉(zhuǎn)換器能將單端的RS232信號轉(zhuǎn)為平衡差分的RS485信號,，同時還具有體積小、傳輸距離遠,、速率高,、性能穩(wěn)定等特性。
2.3.4 電機驅(qū)動模塊
　ZD-6560-V4C內(nèi)部集成控制調(diào)速功能,，支持內(nèi)部和外部控制,，是一款高集成度高可靠性的驅(qū)動器。其接口采用超高速光耦隔離技術(shù),具有很強的抗高頻干擾能力，并且具有電源反接保護,、過熱自動保護等,。它還具有4檔電流、4檔衰減,、4檔細分可調(diào)功能,，能滿足客戶的不同需求。
　該驅(qū)動器具有共陽極和共陰極兩種接法,。在本設(shè)計中選用共陽極接法,，即將脈沖+和方向+同時接5 V電壓，脫機+和脫機-懸空,。這時,，驅(qū)動器共需要2個控制信號，分別是脈沖-和方向-,，通過單片機的P2.0(P2.6),、P2.1(P2.7)來控制。其線路圖接法如圖5所示,。

    步進電機驅(qū)動器的設(shè)置使用方法如表1所示,。其中N代表OFF,Y代表ON。
2.3.5 電機
    步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件,。在非超載的情況下,，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),，受負載變化影響較小,，所以能夠增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性[7]。本系統(tǒng)中小車采用雙輪驅(qū)動,。57BYG250-76是一款高性能低價格,、大扭矩、低噪音的57步進電機;采用優(yōu)良的材料和先進的制造工藝,，保證電機在高速時不失步,。其驅(qū)動電流為3 A，步距角1.8°,。同時,，其扭矩為1.5 Nm，大扭矩使小車具有不錯的帶載能力,，保證了在安裝網(wǎng)絡(luò)攝像機后系統(tǒng)平穩(wěn)運行,。
    本文設(shè)計了一款移動監(jiān)控系統(tǒng)，擺脫了傳統(tǒng)監(jiān)控布線帶來的麻煩,，同時解決了無監(jiān)控設(shè)備區(qū)域的監(jiān)控問題,。系統(tǒng)制作簡單,，維護方便，充分利用現(xiàn)有資源和技術(shù),，同時采用模塊化設(shè)計,，可移植性很強，在危險,、未知環(huán)境的探測,、監(jiān)控等領(lǐng)域有很好的推廣應(yīng)用價值。
參考文獻
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