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摘要：本系統(tǒng)由攝像頭、圖像處理模塊、2.4G無(wú)線圖像收發(fā)模塊、顯示器等組成。攝像頭采集圖像通過(guò)av端子輸出，用av線連接至圖像處理模塊，經(jīng)過(guò)主控芯片kl26和OSD芯片UPD6450處理并且添加字幕后，通過(guò)2.4G無(wú)線收發(fā)模塊傳回主節(jié)點(diǎn)，直接輸出至顯示器顯示。
關(guān)鍵詞：2.4G圖像傳輸、UPD6450、kl26主控 1 方案論證 1.1 方案比較與選擇 該系統(tǒng)網(wǎng)路主要分為以下模塊： 主控，OSD處理模塊，無(wú)線傳輸模塊 現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊的選用方案進(jìn)行論證。 1.1.1 主控比較 方案一：ST公司 stm32f104 該芯片是意法半導(dǎo)體（ST）公司出品，其內(nèi)核是Cortex-M3。芯片集成定時(shí)器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多種功能。功能強(qiáng)大，但價(jià)格較高，性能過(guò)剩。 方案二：TI公司 msp430 MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器（TI）1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集（RISC）的混合信號(hào)處理器（Mixed Signal Processor）。是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求。將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上。多用于儀器儀表的領(lǐng)域。 方案三：飛思卡爾公司 kl26 Kl26是飛思卡爾公司推出的MCU，采用ARM Cortex-M0+ 內(nèi)核，自帶16位SAR ADC和12位DAC，支持SPI和I2C等多種協(xié)議。 鑒于本系統(tǒng)中對(duì)于MCU要求不高，簡(jiǎn)單好用，價(jià)格低，性能夠用就好，所以選擇方案三。 1.1.2 OSD芯片比較 方案一：使用MB90092芯片。 MB90092 是富士通公司生產(chǎn)的字符疊加ic芯片,用于在 TV 顯示屏上顯示文字和圖形的控制，內(nèi)部集成了顯示內(nèi)存VRAM, 外掛字庫(kù)接口和視頻信號(hào)發(fā)生器 外部連接很少的元器件就可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)同步或外同步漢字和圖形的顯示。 方案二：使用MAX7456芯片。 MAX7456芯片消去了外部視頻驅(qū)動(dòng)、同步信號(hào)分離器、視頻切換與EEPROM等外圍電路。用戶可自定義256個(gè)字符。 方案三：UPD6450 μPD6450 是日本 NEC 公司推出的一種可編程大規(guī)模集成電路芯片, 主要功能是用于視頻切換中選加字符 , 字符點(diǎn)陣最大為12 ×18 , 它能顯示數(shù)字 、字母及通用字符, 這種芯片串接于視頻信號(hào)源和監(jiān)示器的通路中, 視頻信號(hào)輸入此 IC 后, 可得到已經(jīng)選加了字符的視頻輸出。加外 , 通過(guò)編程可以不 需外部信號(hào),而直接由內(nèi)部產(chǎn)生視頻信號(hào),從而在監(jiān)示器上顯示字符。 相對(duì)而言，MB90092功能多，指令復(fù)雜，配置寄存器難度較高，而且資源較少；MAX7456芯片外圍電路少，集成度高，但是成本較高，且不易購(gòu)買，綜合來(lái)說(shuō)，UPD6450雖然功能較少，但是外圍電路量適中，并且應(yīng)用廣泛，資料較多，成本也低。 綜上所述，還是選擇UPD6450作為OSD芯片。 1.1.3 無(wú)線模塊比較 方案一： 2.4G nRF24L01無(wú)線模塊 nRF24L01是由NORDIC生產(chǎn)的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 頻段的單片無(wú)線收發(fā)器芯片。無(wú)線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。 nRF24L01模塊應(yīng)用廣泛，但是傳輸速度受限，而且nRF24L01進(jìn)行圖像傳輸，需要編碼，比較復(fù)雜。 方案二： 150mW 2.4G無(wú)線圖像傳輸模塊 模塊可以直接傳輸pal格式的視頻信號(hào)，無(wú)需編解碼，簡(jiǎn)單，快速。 考慮到在實(shí)際使用情況下的便利性，選用方案二。 1.2 方案描述 攝像頭采集圖像通過(guò)av端子輸出，用av線連接至圖像處理模塊，經(jīng)過(guò)主控芯片kl26和OSD芯片UPD6450處理并且添加字幕后，通過(guò)2.4G無(wú)線圖像收發(fā)模塊傳回主節(jié)點(diǎn)，直接輸出至顯示器顯示。 2 理論分析與計(jì)算 2.1 視頻格式信號(hào)分析 本系統(tǒng)中視頻信號(hào)均通過(guò)av端子輸出，以av線傳輸，為PAL格式，沒(méi)有進(jìn)行信號(hào)格式的轉(zhuǎn)化。 PAL電視標(biāo)準(zhǔn)，每秒25幀，電視掃描線為625線，奇場(chǎng)在前，偶場(chǎng)在后，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化PAL電視標(biāo)準(zhǔn)分辨率為720*576, 24比特的色彩位深，畫面的寬高比為4：3, PAL電視標(biāo)準(zhǔn)用于中國(guó)、歐洲等國(guó)家和地區(qū)，PAL制電視的供電頻率為50Hz，場(chǎng)頻為每秒50場(chǎng)，幀頻為每秒25幀，掃描線為625行，其中，幀正程575行，幀逆程50行。采用隔行掃描方式，每場(chǎng)掃描312.5行，場(chǎng)正程287.5行，逆程25行。場(chǎng)周期為20毫秒。行頻為15625赫茲。圖像信號(hào)帶寬分別為4.2MHz、5.5MHz、5.6MHz等。 當(dāng)影像訊號(hào)是以基頻傳送時(shí)（例如電視游戲機(jī)、錄影機(jī)等等），便再?zèng)]有以上所說(shuō)，各種以“字母”區(qū)分廣播格式的分別了。這情況下，PAL 的意思是指：625 條掃瞄線，每秒25格畫面，隔行掃瞄，PAL 色彩編碼。對(duì)數(shù)碼影像如 DVD 或 數(shù)碼廣播，色彩編碼亦沒(méi)有分別，這情況下 PAL 是指：625 條掃瞄線，每秒25格畫面，隔行掃瞄；即是跟SECAM一模一樣。 2.2 通訊信號(hào)理論分析 無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)，通過(guò)饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來(lái)（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)。 功率單位與P（瓦特）換算公式： dBm=30+10lgP （2.1）
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接收靈敏度非常重要，例如，發(fā)射端的發(fā)射能量為100mW或20dBm時(shí)，如果 250K速率下接收靈敏度為－83dBm，理論上傳輸?shù)臒o(wú)遮擋視距為15Km，而接收靈敏度為－77dBm時(shí)，理論上傳輸?shù)臒o(wú)遮擋視距僅15Km的一半（7.5Km），或者相當(dāng)于發(fā)射端能量減少了1/4，既相當(dāng)于25mW，或14dBm 。 3 電路與程序設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)組成 該系統(tǒng)由2個(gè)攝像頭,A、B、C節(jié)點(diǎn)，1個(gè)顯示器等幾部分組成。A節(jié)點(diǎn)包括2.4G圖像接收模塊，B、C節(jié)點(diǎn)相同，包括KL26主控和UPD6450的字幕疊加模塊以及2.4G圖像發(fā)射模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)方便，具備功能性，與此同時(shí)，兼顧了經(jīng)濟(jì)性。 3.2 原理框圖與各部分的電路圖 3.2.1 系統(tǒng)原理框圖 該系統(tǒng)框圖如圖3-1。
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圖3-1 無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框圖 3.2.2 字幕疊加模塊的電路圖 字幕疊加模塊主要由UPD6450芯片，LM1881芯片及其外圍電路組成。UPD6450芯片原理圖如圖3-2，LM1881芯片的電路如圖3-3。
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圖3-2 UPD6450模塊電路圖
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圖3-3 LM1881外圍電路圖 3.3 系統(tǒng)軟件與流程圖 字符信號(hào)是一種包含了亮度與色度信息的復(fù)合信號(hào)，在與復(fù)合視頻信號(hào)進(jìn)行疊加時(shí)，這種包含了色度與亮度的信號(hào)是間插在復(fù)合視頻信號(hào)的高端。為了保證字符能夠正確疊加于視頻信號(hào)上，視頻信號(hào)與疊加電路要求保證嚴(yán)格的同步關(guān)系。因此在芯片內(nèi)部集成了行場(chǎng)脈沖計(jì)數(shù)器，以保證輸入視頻信號(hào)與疊加芯片時(shí)鐘的同步。由上面對(duì)視頻信號(hào)以及同步信號(hào)的論述，我們可以根據(jù)圖3-4，對(duì)芯片的工作指令進(jìn)行深入的論述。
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圖3-4 程序時(shí)序圖
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圖3-5 程序流程圖 芯片的指令控制通過(guò)輸入緩沖器，按照一定時(shí)序送入芯片內(nèi)部譯碼電路，指令經(jīng)譯碼后送入數(shù)據(jù)總線，分別送到芯片內(nèi)的各部分。首先，對(duì)顯示控制區(qū)進(jìn)行設(shè)置，如對(duì)字符大小，顯示位置，顯示區(qū)域位置的設(shè)置，以上設(shè)置經(jīng)數(shù)據(jù)總線寫入視頻RAM。同時(shí)控制區(qū)同時(shí)受分離電路以及振蕩信號(hào)的影響，者同時(shí)控制RAM，為接下來(lái)的疊加做必要的設(shè)置準(zhǔn)備。其次，顯示控碼，送入視頻RAM中進(jìn)行配置。最后，視頻RAM將字符位置，疊加區(qū)域位置及字符信號(hào)送入視頻輸入/輸出電路進(jìn)行疊加。同時(shí)外部的輸出后級(jí)，可以加入一個(gè)匹配的電路使與后級(jí)的顯示設(shè)備匹配。 程序流程圖如圖 3-5所示。 4 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 4.1 測(cè)試方案 在兩個(gè)攝像頭前放置不同的物品與相同的標(biāo)準(zhǔn)色卡，通過(guò)顯示器查看，比價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比色卡與各自實(shí)物，用1~5表示差異從小到大，5最大。 4.2 測(cè)試結(jié)果 次數(shù) 差異值 測(cè)試項(xiàng)目 | B節(jié)點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)色卡 | | C節(jié)點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)色卡 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
4.3 測(cè)試結(jié)果分析 結(jié)合測(cè)試結(jié)果與實(shí)際制作中的問(wèn)題，綜合分析，得出如下結(jié)論： - 實(shí)際情況中，環(huán)境存在很多干擾因素，比如第4次實(shí)驗(yàn)時(shí)，明顯干擾次數(shù)與嚴(yán)重程度較其他幾次嚴(yán)重很多。通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)，2.4g頻段在生活中應(yīng)用廣泛，比如無(wú)線鍵盤，無(wú)線鼠標(biāo)等。
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5結(jié)論 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能均衡的宗旨，從元器件選型到電路設(shè)計(jì)都有體現(xiàn)。本作品視頻輸出清晰，傳輸距離較遠(yuǎn)，但是功耗并沒(méi)有達(dá)到要求，有很大改進(jìn)空間。隨著四軸飛行器等的發(fā)展，該系統(tǒng)必將呈現(xiàn)較大的發(fā)展前景。 6 參考文獻(xiàn) [1] 孫洪波 楊兆選 楊同實(shí).OSD芯片uPD6450及其應(yīng)用.[J].電子技術(shù)應(yīng)用,1997,4. [2] 白英彩主編.《微型計(jì)算機(jī)常用芯片手冊(cè)》.上海科學(xué)技術(shù)出版社,1984. [3] 應(yīng)用電視 -- 設(shè)備原理與工程實(shí)踐,北京: 電子工業(yè)出版社,1992. [4] 王宜懷編著.嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐.[M].北京：清華大學(xué)出版社2013； [5]郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程.[M]北京：電子工業(yè)出版社，2011. [6]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).[M]北京：高等教育出版社，2010.
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