目 錄
1 引言
2 方案論證
2.1 方案1——采用A/D和D/A轉換的數字無線視頻監控系統
2.2 方案2——數字和模擬結合的無線視頻監控系統
3 系統概述
4 單元電路設計
4.1 射頻發射電路
4.2 射頻接收
4.3 數字無線發射電路
4.3.1 C8051F310單片機介紹
4.3.2 nRF905芯片介紹
4.3.3 數字無線發射硬件電路
4.3.4 液晶顯示電路
4.4 數字無線接收電路
4.5 電源電路
4.5.1 +5V電源電壓設計
4.5.2 +3.3V電源電壓設計
4.5.3 蓄電池
5 軟件設計
5.1 數字無線發射電路程序設計
5.1.1 發射電路程序
5.1.2 液晶顯示電路程序
5.2 數字無線接收電路程序設計
6 測試結果
結 論
參考文獻
附錄A 無線發射電路
附錄B 無線接收電路
附錄1 發射程序
附錄2 液晶程序
附錄3 接收程序
致 謝
1 引言
無線視頻監控系統是安全防范系統的組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統。無線視頻監控以其直觀、方便、信息內容豐富而廣泛應用于許多場合。近年來，隨著計算機、網絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發展，視頻監控制技術也有長遠的發展。
在國內外市場上，主要推出的是數字控制的模擬視頻監控和數字視頻監控兩類產品。前者技術發展已經非常成熟、性能穩定，并在實際工程應用中得到廣泛應用，特別是在大、中型視頻監控工程中的應用尤為廣泛；后者是新近崛起的以計算機技術及圖像視頻壓縮為核心的新型視頻監控系統，該系統解決了模擬系統部分弊端而迅速崛起，但仍需進一步完善和發展。目前，視頻監控系統正處在數控模擬系統[1]與數字系統混合應用并將逐漸向數字系統過渡的階段。
數字信號控制的模擬視頻監控系統分為基于微處理器的視頻切換控制加PC機的多媒體管理和基于PC機實現對矩陣主機的切換控制及對系統的多媒體管理兩種類型。
80年代是微處理器的年代，視頻監控系統利用微處理器固件發展的矩陣切換器，將原來分散的全硬件視頻監控系統微型集中化，如將視頻切換、對前端的控制等功能集合一起，一機處理，是技術上的一個突破。
自備微處理器的矩陣主機可通過PC機的圖形管理軟件實現以下功能：
（1）對單一工作站之中的視頻監控、出入口控制、內部通訊、報警等進行綜合全面控制(注：只能提供一個簡單的、可增強系統控制功能的用戶界面，但不能代替矩陣主機的安防配置和編程能力)；
（2）任意一臺工作站可通過網絡，控制其它工作站所連接的矩陣主機、報警設備，完成視頻切換、云臺、鏡頭控制及報警聯動等；
（3）可通過軟件實現對眾多矩陣主機和報警接口軟件模塊的控制。
基于PC機的視頻監控系統采用軟件設計，實現攝像機到監視器的視頻矩陣切換，云臺和鏡頭的控制，通過串口連接報警設備的報警信息，并通過程序編程自動完成視頻切換、云臺控制、報警聯動、報警錄像等各項控制功能。系統能充分利用PC機的資源，使視頻監控系統隨電腦技術的發展而不斷進步，同時其開放性的結構特性更可使之與其它多種系統如與消防報警系統、出入口管理系統、樓宇自控系統等實現互動集成。
隨著微處理器、微機的功能、性能的增強和提高，多媒體技術的應用，系統在功能、性能、可靠性、結構方式等方面都發生了很大的變化，視頻監控系統的構成更加方便靈活、與其它技術系統的接口趨于規范，人機交互界面更為友好。但由于視頻監控系統中信息流的形態沒有變，仍為模擬的視頻信號，系統的網絡結構主要是一種單功能、單向、集總方式的信息采集網絡，介質專用的特點，因此系統盡管已發展到很高的水平，已無太多潛力可挖，其局限性依然存在，要滿足更高的要求，數字化是必由之路。
90年代末，隨著多媒體技術、視頻壓縮編碼技術、網絡通訊技術的發展、數字視頻監控系統迅速崛起，現今市場上有兩種數字視頻監控系統類型，一種是以數字錄像設備為核心的視頻監控系統，另一種是以嵌入式視頻Web服務器為核心的視頻監控系統[2]。
視頻監控系統的發展方向前端一體化、視頻數字化、監控網絡化、系統集成化是視頻監控系統公認的發展方向，而數字化是網絡化的前提，網絡化又是系統集成化的基礎，所以，視頻監控發展的最大兩個特點就是數字化和網絡化。被廣泛運用于商業領域、金融領域、教育領域、高危領域、個人領域等。
許多書籍都對無線電系統有一定的介紹，但是沒有相關的書本詳細的介紹無線視頻監控這一部分的內容。
基于無線視頻監控系統發展迅速更新、升級及應用廣泛等這些特點，本畢業設計主要對模擬信號數字化控制，使其推向數字化的應用領域來進行研究。運用C8051F310單片機控制進行數據信息無線傳送，通過高頻調制電路對射頻圖像信息進行無線傳送。電路主要采用射頻無線發射、射頻無線接收、數字無線發射、數字無線接收等模塊完成電路的設計。
本設計中運用了nRF905收發模塊，此模塊提供了SPI 接口方便與C8051F310單片機的SPI 口連接。nRF905 單片無線收發器工作在433MHZ，通過SPI 接口進行編程配置，從而工作在消耗很低的電流狀態。C8051F310單片機的增強型串行外設接口[3]SPI0提供訪問一個全雙工同步串行總線。SPI0可以作為主器件或從器件工作，使用4線主方式。通過C8051F310單片機SPI串口進行編程控制視頻頭的轉向，同時，通過89S52單片機控制液晶顯示電路；再運用射頻發射與射頻接收電路，將圖像信息顯示在電視機上，達到對周圍事件進行實時監控。經過對無線視頻監控系統的設計，讓我們更好的熟悉C8051F310單片機和89S52 兩款單片機，而且對C8051F310這款在校園里運用還不是很多的單片機有很好的掌握。在使用89S52單片機控制液晶顯示電路時，可以對以往學習過的51系列單片機進行鞏固；對HY-12864液晶顯示電路的硬件和軟件有一個充分的認識。
本設計內容豐富、信息量大、涵蓋技術領域寬廣、資料齊全、實用性強，為了便于理解和應用，論文中詳細介紹了設計方面的所有要點，并且附帶了電路原理圖和所有的相關程序�？梢詫o線控制方面的得到了解，同時，對兩款單片機的實際應用能夠更好的掌握。參考硬件電路及源程序進行調試，對系統的設計方法有一個明確的概括。將畢業設計實物更好的運用于實際中，與生活緊密的聯系起來。畢業設計——無線視頻監控系統是大學生運用自己所學的專業和理論知識聯系實際的一個很好的課題。
2 方案論證無線視頻監控系統運用廣泛,使用的環境各不相同, 而且無線視頻監控系統的種類比較多，根據具體的情況可以選用不同的設計方案。可以減小開發難度，縮短開發周期，降低成本，更快地將產品推向市場。本設計要求通過單片機控制，對攝像頭進行無線實時控制，達到不同角度的監控功能。
2.1 方案1——采用A/D和D/A轉換的數字無線視頻監控系統攝像頭將所采集到的圖像信號經過內部的轉換電路轉換成視頻信號傳給高速A/D，高速A/D負責把攝像頭輸出的模擬電壓信號轉換成對應的8位數據量[4]。C8051F310單片機控制高速A/D的采集開始與結束，將轉換后的8位數據量傳給單片機。單片機是整個系統的中心環節，它將從A/D取得的數據信號經過處理后送給無線發射模塊進行調制發送。鍵盤對無線發送模塊進行發射控制。詳見圖2-1 A/D轉換無線發射框圖。
圖2-1 A/D轉換無線發射框圖
無線接收模塊把接收到的信號進行解調，再把解調后的8位數據量傳給C8051F310單片機。單片機通過指令控制高速無線接收模塊的開始與結束。將所得到的數據量經過運算處理后送給高速D/A，其將數據量轉換成對應的模擬量，然后送給顯示設備。從而達到了監控的功能。詳見圖2-2 D/A轉換無線接收框圖。
圖2-2 D/A轉換無線接收框圖
此方案處理速度快，功能和可靠性強，視頻中分辨率高，可以控制距離遠，達到很好的效果，使用范圍廣。但是，電路通過信息采集、數據處理、傳輸、系統控制等部分組成，硬件電路結構復雜，需要使用高速的單片機和高速A/D與D/A轉換芯片，電路實現和調試都相當困難。各芯片成本高，適用于專業場合，不便于畢業設計。
2.2 方案2——數字和模擬結合的無線視頻監控系統此方案采用射頻無線發射、射頻無線接收、數字無線發射、數字無線接收四部分組成。C8051F310單片機從鍵盤取得的數據信號經過處理后送給無線發射模塊進行調制發送。鍵盤經過C8051F310單片機可以對無線發射模塊nRF905進行控制。AT89S52單片機通過鍵盤在液晶上顯示對應的控制信息。視頻顯示設備將接收到的射頻信號解調成視頻信號并顯示，從而達到了監控的功能。詳見圖2-3框圖。
圖2-3 射頻無線接收和數字無線發射框圖
攝像頭采集圖像信號[5]，通過內部轉換電路轉換成視頻信號輸出到調制電路。調制電路的設計：電容三點式振蕩電路產生56MHz正弦信號和AV信號調制，得出射頻信號，送入到射頻放大器UPC1651放大后發送出去。nRF905無線接收模塊把接收到的信號進行解調，把解調后的數據信息傳給C8051F310單片機，單片機通過指令控制攝像頭電機的轉向。詳見圖2-4框圖。
圖2-4 射頻無線發射和數字無線接收框圖
此設計電路簡單，容易實現，使用范圍廣，對于銀行、煤礦等安全地帶可以很方便控制攝像頭的電機進行檢測。功耗低、軟件編程較簡單，nRF905芯片的體積小、整個系統成本低。用單片機來實現無線視頻監控系統，充分利用了單片機的資源。同時使用C8051F310單片機和nRF905芯片一起控制,非常符合我們的設計思路，所以本設計采用方案2。
3 系統概述本設計主要完成的任務是將攝像頭將所采集到的圖像信號經過其內部的轉換電路轉換成視頻信號，送入射頻調制發射電路（即通過調制電路把攝像頭輸出的模擬電壓信號和本振信號調制出射頻信號，經放大后發送）。
射頻接收器將射頻調制發射電路發射過來的射頻信號還原成圖像并進行顯示，從而實現了監控的功能。
發射端的C8051F310單片機通過鍵盤對數字無線發射模塊的開始與結束控制。C8051F310單片機把控制字和所要傳送的數據信息分別寫入nRF905發射模塊進行調制發送。同時，AT89S52單片機通過鍵盤在液晶上顯示對應的控制信息。
在數字無線接收端，首先，接收端的C8051F310單片機把控制字寫入nRF905數字無線接收模塊，然后其將接收到的信號進行解調，把解調后的數據信息傳給C8051F310單片機，單片機通過指令控制電機轉向。
本設計主要組成部分具體如圖3-1所示系統框圖。
圖3-1系統框圖
4 單元電路設計按照系統設計功能的要求，確定設計系統硬件電路由射頻發射、射頻接收、數字無線發射、數字無線接收和電源電路五大模塊組成。各電路模塊的設計如下。
4.1 射頻發射電路射頻發射電路通過電容三點式產生56MHz的頻率[6]，而圖像信號經過攝像頭采集，通過攝像頭的內部電路轉換為模擬電壓信號，從JP1端送入，通過二極管調制電路，調制電路負責把攝像頭輸出的模擬電壓信號和本振信號混出射頻信號，射頻信號經過uPC1651集成運算放大器和共發射級電路放大后發送。其中uPC1651是電視天線放大器專用集成電路，是一塊超高頻、寬頻帶（頻率帶寬為1200MHz）、低噪聲，功率增益大（19dB，f=500MHz）的高頻線性放大電路。如圖4-1所示射頻發射電路。
圖4-1 射頻發射電路
4.2 射頻接收射頻接收部分主要是電視機的接收，通過電視臺的VHL波段[7]進行攝像頭采集的56MHz的AV信號在電視機顯示器上顯示。
4.3 數字無線發射電路由于單片機具有體積小、結構簡單、易于掌握、可靠性高、價格低廉、功耗低、控制功能強及應用靈活等優點，本設計中的數字無線發射和數字無線接收主要是通過C8051F310單片機的串行外設接口總線SPI（Serial Peripheral Interface）和nRF905發射與接收模塊的SPI總線進行電路的控制，52系列（AT89S52）單片機主要負責HY-12864液晶顯示電路的控制。硬件電路見附錄A。
4.3.1 C8051F310單片機介紹無線發射和接收電路運用C8051F310單片機的SPI串行外設接口進行電路的控制。在此主要介紹C8051F310單片機的內部性能[8]和SPI總線的特性。
一、C8051F310內部性能
1.模擬外設
·10位ADC
轉換速率可達200ksps
可多達21個外部單端或差分輸入
VREF可在外部引腳或VDD中選擇
內置溫度傳感器（±3°C）
·兩個模擬比較器
可編程回差電壓和響應時間
可配置為中斷或復位源（比較器0）
2.在片調試
· 片內調試電路提供全速、非侵入式的在系統調試（不需仿真器）支持斷點、單步、觀察/修改存儲器和寄存器
· 比使用仿真芯片、目標仿真頭和仿真插座的仿真系統有更優越的性能
3.供電電壓2.7V - 3.6V
· 典型工作電流：5mA@25MHz；11μA@32KHz
· 溫度范圍：-40°C - +85°C
4.高速8051微控制器內核
· 流水線指令結構；70%的指令的執行時間為一個或兩個系統時鐘周期
· 速度可達25MIPS（時鐘頻率為25MHz時）
5.存儲器
· 1280字節內部數據RAM（1024+256）
· 16KB FLASH存儲器
6.數字外設
· 29個端口I/O；所有口線均耐5V電壓
· 硬件增強型UART、SMBus和SPI串口
· 4個通用16位計數器/定時器
· 16位可編程計數器/定時器陣列（PCA），有5個捕捉/比較模塊
· 使用PCA或定時器和外部時鐘源的實時時鐘方式
7.時鐘源
· 內部可編程振蕩器：24.5MHz，±2%的精度，可支持無晶體UART操作
· 外部振蕩器：晶體、RC、C、或外部時鐘
8.封裝
· 32腳LQFP
二、SPI總線的特性
C8051F310單片機內部具有增強型串行外設接口（SPI0）可提供訪問一個全雙工同步串行總線的能力。
1.信號說明
（1）主輸出、從輸入（MOSI）
主出從入（MOSI）信號是主器件的輸出和從器件的輸入，用于從主器件到從器件的串行數據傳輸。當被配置為主器件時，MOSI 由移位寄存器的 MSB 驅動。
（2）主輸入、從輸出（MISO）
主入從出（MISO）信號是從器件的輸出和主器件的輸入，用于從從器件到主器件的串行數據傳輸。當SPI被禁止或工作在4線從方式而未被選中時， MISO引腳被置于高阻態。
（3）串行時鐘（SCK）
串行時鐘（SCK）信號是主器件的輸出和從器件的輸入，用于同步主器件和從器件之間在MOSI和MISO線上的串行數據傳輸。當SPI0作為主器件時產生該信號。
（4）從選擇（NSS）
從選擇（NSS）信號的功能取決于SPI0CN寄存器中NSSMD1和NSSMD0位的設置。有3種可能的方式：3線主方式或從方式、4線從方式或多主方式和4線主方式。本設計用NSSMD[1:0] = 1x為4線主方式， NSS作為輸出。NSSMD0的設置值決定NSS引腳的輸出電平。
2.SPI0主方式操作
只有SPI主器件能啟動數據傳輸。通過將主允許標志MSTEN置1，將SPI0置于主方式。當處于主方式時，向SPI0數據寄存器寫入一個字節時是寫發送緩沖器。如果SPI移位寄存器為空，發送緩沖器中的數據字節被傳送到移位寄存器，數據傳輸開始。SPI0主器件立即在MOSI線上串行移出數據，同時在SCK上提供串行時鐘。在傳輸結束后SPIF標志被置為邏輯1。如果中斷被允許，在SPIF標志置位時將產生一個中斷請求。在全雙工操作中，當SPI主器件在MOSI線向從器件發送數據時，被尋址的SPI從器件可以同時在MISO線上向主器件發送其移位寄存器中的內容。因此，SPIF標志既作為發送完成標志又作為接收數據準備好標志。
4.SPI0中斷源
如果SPI0中斷被允許，在下述4個標志位被置1時將產生中斷。
（1）在每次字節傳輸結束，SPI中斷標志SPIF被置1。該標志適用于所有SPI方式。
（2）如果在發送緩沖器中的數據尚未被傳送到移位寄存器時寫SPI0DAT，寫沖突標志WCOL被置1。
（3）當SPI0被配置為主器件并且工作于多主方式，而NSS被拉為低電平時，方式錯誤標志MODF被置1。
（4）當SPI0被配置為從器件并且一次傳輸結束，而接收緩沖器中還保持著上一次傳輸的數據未被讀取時，接收溢出標志RXOVRN被置1。
5.串行時鐘時序
使用SPI0配置寄存器中的時鐘控制選擇位可以在串行時鐘相位和極性的4種組合中選擇其一。CKPHA位選擇兩種時鐘相位（鎖存數據所用的邊沿）中的一種。CKPOL位在高電平有效和低電平有效的時鐘之間選擇。主器件和從器件必須被配置為使用相同的時鐘相位和極性。注意：在改變時鐘相位和極性期間應禁止SPI0，兩個器件通信時，不論工作在主方式還是從方式，CKPHA必須被置0。
6.SPI特殊功能寄存器
對SPI0的訪問和控制是通過系統控制器中的4個特殊功能寄存器實現，具體如下。
(1)SPI0CFG：SPI0配置寄存器，復位值：00000111 SFR地址：0XA1
R R/W R/W R/W R R R R
位7 位6 位5 位4 位3 位2 位1 位0
位7：SPIBSY：SPI忙標志（只讀）
當一次SPI傳輸正在進行時（主或從方式），該位被置為1。
位6：MSTEN：主方式允許位
0：禁止主方式，工作在從方式。1：允許主方式，工作在主器件方式。
位5 CKPHA：SPI0時鐘相位。該位控制SPI0時鐘的相位。
0：在SCK周期的第一個邊沿采樣數據。1：在SCK周期第二個邊沿采樣數據。
位4：CKPOL：SPI0時鐘極性。該位控制SPI0時鐘的極性。
0：SCK在空閑狀態時處于低電平。 1：SCK在空閑狀態時處于高電平。
位3：SLVSEL：從選擇標志（只讀）
當NSS引腳為低電平時該位被置1，表示SPI0是被選中的從器件。當NSS引腳為高電平時，該位被清0。
位2：NSSIN：NSS引腳的瞬時值（只讀）
該位指示讀該寄存器時NSS引腳的即時值。該信號未被去噪。
位1：SRMT：移位寄存器空標志（在從方式有效，只讀）。
當所有數據都被移入/移出移位寄存器并且沒有新數據可以從發送緩沖器讀出或向接收緩沖器寫入時，該位被置1。當數據字節被從發送緩沖器傳送到移位寄存器或SCK發生變化時，該位被清0。
位0：RXBMT：接收緩沖器空（在從方式有效，只讀）
當接收緩沖器被讀取且沒有新數據時，該位被置1。如果在接收緩沖器中有新數據未被讀取，則該位被清0。
(2) SPI0CN：SPI0控制寄存器，復位值：00000110 SFR地址：0XF8 (可位尋址)
R/W R/W R/W R/W R/W R/W R R/W
位7 位6 位5 位4 位3 位2 位1 位0
位7：SPIF：SPI0中斷標志
該位在數據傳輸結束后被硬件置1。如果中斷被允許，置1該位將會使CPU轉到SPI0中斷處理服務程序。該位用軟件清0。
位6：WCOL：寫沖突標志
該位由硬件置1（并產生一個SPI0中斷），表示數據傳送期間對SPI0數據寄存器進行了寫操作。該位用軟件清0。
位5：MODF：方式錯誤標志
當檢測到主方式沖突（NSS為低電平，MSTEN＝1，NSSMD[1:0] = 01）時，該位由硬件置1（并產生一個SPI0中斷）。該位用軟件清0。
位4：RXOVRN：接收溢出標志（只適用于從方式）
當前傳輸的最后一位已經移入SPI0移位寄存器，而接收緩沖器中仍保存著前一次傳輸未被讀取的數據時該位由硬件置1（并產生一個SPI0中斷）。該位用軟件清0。
位3-2：NSSMD1-NSSMD0：從選擇方式位
選擇NSS工作方式：
00：3線從方式或3線主方式。
01：4線從方式或多主方式（默認值）。
1x：4線單主方式。NSS被分配一個輸出引腳并輸出NSSMD0的值。
位1：TXBMT：發送緩沖器空標志
當新數據被寫入發送緩沖器時，該位被清0。當發送緩沖器中的數據被傳送到SPI移位寄存器時，該位被置1，表示可以向發送緩沖器寫新數據。
位0：SPIEN：SPI0使能位
該位使能／禁止SPI0。
0：禁止SPI0 。1：使能SPI0
(3) SPI0CKR：SPI0時鐘速率寄存器；復位值：00000000 SFR地址：0XA2
R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W
位7 位6 位5 位4 位3 位2 位1 位0
位7-0：SCR7-SCR0：SPI0時鐘頻率
當SPI0模塊被配置為工作于主方式時，這些位決定SCK輸出的頻率。SCK時鐘頻率是從系統時鐘分頻得到的，由下面的方程給出，其中：SYSCLK是系統時鐘頻率，SPI0CKR是SPI0CKR寄存器中的8位值。
其中(0≤SPI0CKR≤255)
例如：如果SYSCLK = 2MHz，SPI0CKR = 0x04，則
(4) SPI0DAT：SPI0數據寄存器，復位值：00000000 SFR地址：0XA3
R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W
位7 位6 位5 位4 位3 位2 位1 位0
位7-0：SPI0DAT：SPI0發送和接收數據寄存器。
SPI0DAT寄存器用于發送和接收SPI0數據。在主方式下，向SPI0DAT寫入數據時，數據被放到發送緩沖器并啟動發送。讀SPI0DAT返回接收緩沖器的內容。
4.3.2 nRF905芯片介紹nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為1.9～3.6V，32引腳QFN封裝，工作于433/868/915MHz三個ISM頻道，頻道之間的轉換時間小于650μs。nRF905由頻率合成器、收發解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需要外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC（循環冗余碼校驗），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。就本設計中nRF905的運用部分作了一系列的介紹。
一、工作模式
nRF905有兩種工作模式，分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發送模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定，詳見表4-1。
表4-1 工作模式
注：0 為低電平 1為高電平 ×為任意
1.ShockBurstTM模式
與射頻數據包有關的高速信號處理都在nRF905片內進行，數據速率由微控制器配置的SPI接口決定，數據在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發送，因此中間有很長時間的空閑，這就有利于電路的節能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數據發射速率。在ShockBurstTM接收模式下，當一個包含正確地址和數據的數據包被接收到后，地址匹配(AM)和數據準備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發送模式，nRF905自動產生字頭和CRC校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。下面具體詳細分析nRF905的發送流程和接收流程。
2.發送流程
典型的nRF905發送流程分以下幾步：
（1）微控制器有數據要發送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發送的數據送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協議和器件配置時確定；
（2）微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發nRF905的ShockBurstTM發送模式；
（3）nRF905的ShockBurstTM發送：
- 射頻寄存器自動開啟；
- 數據打包(加字頭和CRC校驗碼)；
- 發送數據包；
- 當數據發送完成，數據準備好引腳被置高；
（4）AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發，直到TRX_CE被置低；
（5）當TRX_CE被置低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式。
ShockBurstTM工作模式保證，一旦發送數據的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發送過程都會被處理完。只有在前一個數據包被發送完畢，nRF905才能接受下一個發送數據包。
3.接收流程
- TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurstTM接收模；
- 650us后，nRF905不斷監測，等待接收數據；
- 當nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；
- 當接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；
- 當一個正確的數據包接收完畢，nRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把數據準備好引腳置高；
- 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；
- 微控制器通過SPI口，以一定的速率把數據移到微控制器內；
- 當所有的數據接收完畢，nRF905把數據準備好引腳和地址匹配引腳置低；
- nRF905此時可以進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發送模式或關機模式。
當正在接收一個數據包時，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態發生改變，nRF905立即把其工作模式改變，數據包則丟失。當微處理器接到地址匹配引腳的信號之后，其就知道nRF905正在接收數據包，其可以決定是讓nRF905繼續接收該數據包還是進入另一個工作模式。
二、器件配置
所有配置字都是通過SPI接口送給nRF905。SPI接口的工作方式可通過SPI指令進行設置。 1. SPI接口配置
SPI接口由狀態寄存器、射頻配置寄存器、發送地址寄存器、發送數據寄存器和接收數據寄存器5個寄存器組成。狀態寄存器包含數據準備好引腳狀態信息和地址匹配引腳狀態信息；射頻配置寄存器包含收發器配置信息，如頻率和輸出功能等；發送地址寄存器包含接收機的地址和數據的字節數；發送數據寄存器包含待發送的數據包的信息，如字節數等；接收數據寄存器包含要接收的數據的字節數等信息。
2.射頻配置
射頻配置寄存器如表4-2所示：
表4-2 射頻配置寄存器
| | |
| | 和HFREQ_PLL一起進行頻率設置（默認值為001101100B=108D，fRF=(422.4+CH_NOd/10)*(1+HFREQ_PLLd)MHz |
| | 使PLL工作于433或868/915MHz（默認值為0）‘0’-工作于433MHz頻段；‘1’-工作于868/915MHz頻段 |
| | 輸出功率（默認值為00）‘00’-10dBm；‘01’-2dBm‘10’ +6dBm；‘11’+10dBm |
| | 接收方式節能端，該位為高時，接收工作電流為1.6mA，但同時靈敏度也降低 |
| | 自動重發位，只有當TRX_CE和TXEN為高時才有效 |
| | 接收地址寬度（默認值為100）‘001’-1byte RX地址；‘100’-4byte RX地址； |
| | 發送地址寬度（默認值為100）‘001’-1byte TX地址；‘100’-4byte TX地址； |
| | 接收數據寬度（默認值為100000） ‘000001’-1byte 接收數據寬度；‘000010’-2byte 接收數據寬度；…‘100000’-32byte 接收數據寬度； |
| | 發射數據寬度（默認值為100000） ‘000001’-1byte 發射數據寬度；‘000010’-2byte 發射數據寬度；…‘100000’-32byte 發射數據寬度； |
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| | 輸出時鐘頻率（默認值為11）‘00’-4MHz；‘01’-8MHz；‘10’-1MHz；‘11’-500KHz； |
| | |
| | 晶振頻率端,必須與外部晶振頻率相對應(默認值為100)‘000’-4MHz；‘001’-8MHz；‘010’-12MHz；‘011’-16MHz；‘100’-20MHz |
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| | CRC方式選擇端,高為16位,低為8位,默認值為高 |
4.3.3 數字無線發射硬件電路數字無線發射硬件電路主要通過C8051F310單片機最小系統和nRF905收發模塊組成。
單片機最小系統一般應該包括基本模塊：單片機、晶振電路、復位電路、C2調試接口和電源供入。
單片機：C8051F310單片機。
晶振電路:外部晶振驅動電路分24MHz外部石英晶振、外部電容振蕩和外部RC振蕩。內部可編程晶振。本設計采用內部可編程晶振，通過軟件編程產生500Hz的頻率。
復位電路：內部上電復位或VDD監視器的漏極開路輸出。一個外部源可以通過將該引腳驅動為低電平（至少10μs）來啟動一次系統復位。
C2下載口：C8051F310有一個Silicon Labs 2線（C2）調試接口，支持FLASH編程、邊界掃描和使用安裝在最終應用系統中的器件進行在系統調試。C2接口使用一個時鐘信號（C2CK）和一個雙向的C2數據信號（C2D）在器件和宿主機之間傳送信息。C2通信通常發生在器件的停止運行狀態。在這種狀態下片內外設和用戶軟件停止工作，C2接口可以安全地“借用”C2CK（正常方式為/RST）和C2D（正常方式為P3.0）引腳。在大多數情況下，需要使用外部電阻對C2接口和用戶應用進行隔離。
電源供入：3.3V電壓。如圖4-2所示C8051F310單片機最小系統。
二、nRF905收發模塊電路
nRF905收發模塊一般應該包括基本模塊：收發芯片、晶振電路、天線電路和電源供入。如5-3圖所示 nRF905收發模塊電路。
收發芯片：nRF905收發芯片。
晶振電路：為實現晶體振蕩器低功耗和快速啟動時間的解決方案，使用低值晶體負載和電容。晶振為16MHz（經過內部倍頻電路得到電路所需要433MHz的頻率值），電阻是1MΩ，兩個電容都是15pF。
天線電路：ANT1和ANT2輸出腳給天線提供穩定的RF輸出。這兩個腳必須有連接到VDD_PA的直流通路，在ANT1和ANT2之間的負載阻抗應該在200～700Ω范圍內，通過簡單的匹配網絡可以獲得較低的阻抗50Ω，根據電路中使用433MHz的發射頻率計算出LCπ型濾波電路中各個參數值。該電路天線部分使用的是50Ω單端天線。
電源輸入：3.3V。如圖4-3所示nRF905收發模塊。
圖4-2 C8051F310單片機最小系統
圖4-3 nRF905收發模塊電路
三、數字無線發射硬件電路系統組成
C8051F310單片機是整個數字發射電路的核心，配合nRF905發射模塊，通過SPI口先送入nRF905寄存器的控制字，把nRF905的發射頻率設定在433MHz，然后把要發送的數據送入nRF905寄存器內，把PWR_UP、TRX_CE和TX_EN引腳全置1，讓其工作于發送模式。nRF905將數據打包(加字頭和CRC校驗碼)，以433MHz的GFSK發送出去。C8051F310單片機與nRF905發射模塊的連接如圖4-4所示數字無線發射硬件電路。
圖4-4數字無線發射硬件電路
4.3.4 液晶顯示電路液晶顯示電路主要是AT89S52來控制HY-12864液晶，詳細介紹如下。
一、AT89S52具有下列主要性能[10,11,12]
1．AT89S52的內部結構
·8KB可改編程序Flash存儲器（可經受1000次的寫入/擦除周期）
·全靜態操作：0Hz～33Hz
·三級程序存儲器保密
·256字節內部RAM
·32條可編程I/O線
·2個16位定時器/計數器
·6個中斷源
·可編程串行通道
·片內時鐘振蕩器
2．AT89S52的引腳及功能
AT89S52單片機的管腳說明見表4-3芯片引腳介紹。
表4-3芯片引腳介紹
二、HY-12864液晶模塊
下面我們對內置HD61202的液晶顯示模塊HY-12864的應用進行介紹。
1.液晶顯示控制驅動器HD61202的特點
HD61202液晶顯示控制驅動器是一種帶有驅動輸出的圖形液晶顯示控制器，它可直接與8位微處理器相連，它可與HD61203配合對液晶屏進行行、列驅動。HD61202是一種帶有列驅動輸出的液晶顯示控制器，它可與行驅動器HD61203配合使用，組成液晶顯示驅動控制系統。
2. 液晶顯示控制驅動器HD61202的引腳功能
HD61202的引腳功能如下表4-4所示。
表4-4 HD61202的引腳功能
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| | | 在E下降沿，數據被鎖存（寫）入HD61202；在E高電平期間，數據被讀出 |
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| | | 復位信號有效時，關閉液晶顯示，使顯示起始行為0，RST可跟MPU相連，由MPU控制；也可直接接VDD，使之不起作用。 |
3.液晶顯示控制驅動器HD61202的指令系統
HD61202的指令系統比較簡單，總共只有七種�，F分別介紹如下。
(1) 顯示開/關指令
| DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 |
| |
當DBO=1時，LCD顯示RAM中的內容；DBO=0時，關閉顯示。
(2) 顯示起始行（ROW）設置指令
| DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 |
| |
該指令設置了對應液晶屏最上一行的顯示RAM的行號，有規律的改變顯示起始行，可以使LCD實現顯示滾屏的效果。
(3) 頁(PAGE)置指令
| DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 |
| | | | | | |
顯示RAM共64行，分8頁，每頁8行。
(4) 列地址（Y Address）設置指令
| DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 |
| |
設置了頁地址和列地址，就唯一確定了顯示RAM中的一個單元，這樣MPU就可以用讀、寫指令讀出該單元中的內容或向該單元寫進一個字節數據。
(5) 讀狀態指令
| DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 |
| BUSY 0 ON/OFF REST 0 0 0 0 |
該指令用來查詢HD61202的狀態，各參量含義如下：
BUSY： 1-內部在工作 0-正常狀態
ON/OFF：1-顯示關閉 0-顯示打開
REST： 1-復位狀態 0-正常狀態
在BUSY和REST狀態時，除讀狀態指令外，其它指令均不對HD61202產生作用。在對HD61202操作之前要查詢BUSY狀態，以確定是否可以對HD61202進行操作。
(6) 寫數據指令
| DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 |
| |
(7) 讀數據指令
| DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 |
| |
讀、寫數據指令每執行完一次讀、寫操作，列地址就自動增一，必須注意的是，進行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會讀出所要讀的單元中的數據。
4.HY-12864的電路結構特點
HY-12864是使用HD61202作為列驅動器，同時使用HD61203作為行驅動器的液晶模塊。/CSA跟HD61202（1）的/CS1相連；/CSB跟HD61202（2）的CS1相連，因此/CSA、/CSB選通組合信號為/CSA，/CSB=01選通（1），/CSA，/CSB=10選通（2）。對于HY-12864，只要供給VDD、VSS和V0即可。
三、 AT89S52單片機控制HY-12864液晶電路
以下內容為以AT89S52單片機為例的接口電路，AT89S52單片機的最小系統接法和C8051F310單片機相似，液晶的各引腳與單片機的接法如圖4-5所示。
無線發射電路中AY89S52單片機通過軟件使液晶在無按鍵按下時一直顯示“電子工程系 應教0201班 楊麗 請輸入方向”幾個字。用S2～S4按鍵進行接收端的一系列控制，當按鍵S2按下時，液晶上顯示“電子工程系 應教0201班 楊麗 向右”，同時通過二極管將壓，使C8051F310單片機的P2.0得到電壓為3.3V的高電平，開始工作。C8051F310單片機通過編程，使nRF905芯片工作在發射狀態，接收端nRF905接收相對應的信息送給單片機，對電機向右轉動進行控制。同樣S3和S4分別類似控制電機“向左”和“開始”工作。
圖4-5 AT89S52與液晶的接口電路
4.4 數字無線接收電路無線接收電路圖，見附錄B。
無線接收電路同樣有C8051F310單片機和nRF905收發模塊組成，只是此時的nRF905芯片通過軟件置為接收。在接收電路中，有兩路箭頭指示燈和一個直流電機， C8051F310單片機通過nRF905芯片接收到的信號進行軟件編程控制，檢測在P2.0和P2.1輸出高低電平控制直流電機的轉向（直流電動機是可逆的，實質上是一臺裝有換向裝置的交流電動機。帶電導體在磁場中受到電磁力的作用并形成電磁轉矩，推動轉子轉動起來，f=BiL 。）同時檢測P3.0和P3.1輸出高低電平使箭頭指示燈亮與滅。
4.5 電源電路 硬件電路離不開電源提供電壓，電壓的大小是根據電路中的芯片和分立元件確定電壓的取值大小。其大小決定了電路的正常運行。本系統對電源要求高，因為穩定性和可靠性在單片機的應用中具有格外重要的意義。電源設計需要精確。
4.5.1 +5V電源電壓設計為了能夠讓單片機和NRF905模塊更穩定地工作，采用了圖4-6所示5V電源電路，由電源變壓器、橋堆和濾波電容器所組成。電源變壓器的初級電壓輸入為220V，次級輸出電壓為15V。
由于52系列單片機所需的是+5V電源，經濾波電容和三端穩壓集成電路[13,14]LM7809后可得到+9V電壓，LM7809能將15V的直流電壓變換成9V的穩定電壓，在9V的電壓中含有少量的低頻成分和接收外界的高頻成分，再經后一級濾波后送三端穩壓集成電路LM7805，LM7805能將大于9V～15V的直流電壓變換成+5V的穩定電壓并且提供的較大電流以保證單片機正常工作。同時由于電流較大導致三端穩壓集成電路LM7809和LM7805過熱，為了確保電路工作正常，給兩個芯片分別加上散熱片。
圖4-6 5V電源電路
4.5.2 +3.3V電源電壓設計由于C8051F310單片機使用的電壓范圍是2.7V～3.6V。為了提高電路的穩定性，降低功耗，提高控制功能將C8051F310單片機的電壓定為3.3V。運用三端穩壓集成塊AM1117和濾波電容將5V電壓轉換為3.3V電壓，如圖4-7所示3.3V電源電路。
圖4-7 3.3V電源電路
4.5.3 蓄電池由于電路中高頻電路的特性，干擾嚴重，穩定性不高，因此，在射頻發射模塊中運用了蓄電池進行供電，這樣可以在干擾嚴重的地帶很好的為電路提供+12V的電壓。同時，經過三端穩壓集成電路LM7805的特性將電壓降到+6V為電路的振蕩部分提供電壓。
5 軟件設計硬件電路的設計實現的最高層次是通過軟件編程來實現預想的控制和運行效果。單片機的編程語言可以是C語言和匯編語言，而匯編語言產生的目標代碼短，占用的存儲空間小，執行速度快，能充分發揮單片機的硬件功能。因此，本設計采用匯編語言來進行編程。
5.1 數字無線發射電路程序設計數字無線發射電路通過兩片單片機對電路的各部件進行控制，C8051F310單片機通過編程主要控制電路中的 nRF905發射模塊，AT89S52單片機由編程控制HY-12864液晶的顯示。
5.1.1 發射電路程序根據C8051F310單片機的內部性能以及SPI總線的功能，運用此單片機的指令進行匯編語言編程，按照按鍵的具體情況，使單片機的P2.0、P2.1和P2.2口輸出不同的高低電平。當P2.2=1（S4按鍵按下）時，電路開始工作；當P2.0=1（S2按鍵按下）時， nRF905發送寄存器地址和數據0AH；當P2.1=1（S3按鍵按下）時， nRF905發送寄存器地址和數據04H。即C8051F310單片機通過SPI接口，按時序把地址和要發送的數據送傳給nRF905，通過nRF905發送出去。具體編程思路如5-1數字無線發射流程圖，程序見附錄1。
5.1.2 液晶顯示電路程序在無線發射電路中還用AT89S52單片機通過指令[15,16,17]對HY-12864液晶進行了控制。當無按鍵按下時液晶上顯示“電子工程系 應教0201班 楊麗”，再根據按鍵按下的情況具體設計程序，按不同的鍵，在液晶上顯示不同的字符。當按S4時，P1.2=1，液晶上顯示“電子工程系 應教0201班 楊麗 請輸入方向”，等待電路其它按鍵工作（即如果此鍵無按下時，按其他任何鍵都將無效）。當按S2時，P1.0=1，液晶上顯示“電子工程系 應教0201班 楊麗 向右→”；當按S3時，P1.1=1，液晶上顯示“電子工程系 應教0201班 楊麗 ←向左”；由于液晶模塊內部的結構和特點，需要對液晶顯示控制驅動器的應用[17]非常的了解，這樣編程就很簡單了。具體編程思路如5-2液晶顯示流程圖，程序見附錄2。
圖5-1數字無線發射流程圖
圖5-2液晶顯示流程圖
5.2 數字無線接收電路程序設計數字接收電路相對發射電路要簡單，編程思路同發射電路類似。主要是將nRF905所接收到的信息通過編程進行比較，將C8051F310的P2.0、P3.0同時輸出相同的電平，而P2.1和P3.1輸出與P3.0和P2.0相反的電平。即當P2.0=1、P3.0=1、 P2.1=0、P3.1=0，使對應的三極管Q4、Q5、Q11和Q8同時導通， Q3、Q6、Q10和Q7同時截止，電機向左轉，對應的白二極管閃爍5次發光（即在P2.0=1期間P3.0電平由高變低5次）；當P2.0=0、P3.0=0、P2.1=1、P3.1=1，使對應的三極管Q4、Q5、Q11和Q8同時截止， Q3、Q6、Q10和Q7同時導通，電機向右轉，對應的綠二極管閃爍5次發光（即在P2.1=1期間P3.1電平由高變低5次）。具體編程思路如5-3數字無線接收流程圖，程序見附錄3。
圖5-3數字無線接收流程圖
6 測試結果設計完成后，給系統上電，電視機上顯示攝像頭所采集到的圖像信號，而在液晶顯示屏顯示結果如圖6-1所示。
圖6-1無鍵時液晶顯示
當數字無線發射電路中的S4按鍵按下時，液晶的最后一行顯示請“輸入方向”；S2按鍵按下時，液晶的最后一行顯示“向右→”；S3按鍵按下時，液晶的最后一行顯示“←向左”。如圖6-2～6-4所示。
圖6-2 S4按下液晶顯示 圖6-3 S2按下液晶顯示 圖6-4 S3按下液晶顯示
數字無線接收端，在發射端S2按鍵按下時，對應的綠發光二極管閃爍5次，電機向右轉；在發射端S3按鍵按下時，對應的白發光二極管閃爍5次，電機向左轉。
射頻接收端是電視機顯示，在電視上可以顯示不同角度的攝像頭采集的信號。而且測試到發射接收距離在8米左右。
調試分為硬件調試和軟件調試。硬件調試主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。射頻發射與接收可以不進行視頻顯示。另外可以通過軟件來調試硬件，如為了測試顯示電路連接是否正確，可以編寫一個簡單的顯示程序在液晶上顯示來測試它。通過軟件編程來檢測數字無線發射電路的數據是否在數字無線接收端接收到。
結 論本設計主要以室內的視頻監控系統為例，論述一般視頻監控系統的工作原理和設計方法。
本文首先介紹了視頻監控系統的組成結構及工作原理，將視頻監控系統分成了四個部分，并對各個組成部分的作用進行了說明，然后詳細說明了視頻監控系統的工作原理。
其次說明了視頻監控系統的設計方法，這是本文的主要內容，包括如何選擇各個組成部分以及需要注意的問題，并對控制系統的設計作了詳細研究�？刂葡到y是視頻監控系統的核心部分，因此采用了比較好的芯片NRF905設計出了視頻信號的發射接收，將其和單片機連接，進行視頻頭的轉向控制，很好的應用在室內的監控系統中。
最后一部分說明了通信系統的設計方法，研究了通信接口的設計，以及控制系統與上位機的通信問題，并設計出了主機和從機的通信軟件和程序流程圖。
由于無線視頻監控電路的復雜性，實現方法的多樣性，運用的廣泛性，又因為視頻監控系統是安全防范技術體系中一個重要的組成部分。目前這種系統的應用在我國發展極快，市場競爭激烈。隨著計算機技術的高速發展，整個系統向著數字化、網絡化、集成化的方向發展。而本設計主要對監控的短距離范圍內應用，存在著局限性，因為沒有與網絡的聯系起來，網絡連接關系到一定的協議和指令，而且提高了設計的復雜性，給設計增加內容的同時也給調試帶來了困難，本次畢業設計由于時間的關系沒有結合網絡這一部分的內容來進行設計。但是，并不阻止無線視頻監控系統的發展。聯系網絡，無線視頻監控系統的發展是光明的。各個領域都需要它，隨著社會的發展，它的前景是無量的。
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附錄A 無線發射電路
附錄B 無線接收電路
致 謝
畢業設計的完成，意味著五年大學的學習已經接近尾聲，畢業設計將我在大學所學的知識都融合在一起，發揮自己，鍛煉自身的動手能力，在指導老師和同學的幫助下，使我的專業水平有了很大的提高，對未來充滿了熱情和希望。
首先，我要感謝我的指導教師李杰老師和胡建明老師。他們不辭辛苦，經常利用自己的休息時間幫助我。每當我有要解決的問題時，老師們會耐心地給我講解，在我完成畢業設計的過程中提供了很多指導性的意見，使我受益匪淺。李老師和胡老師還無私的給我提供了豐富的學習資源和良好的學習環境，這時我的畢業設計得到了很大的方便。老師們言傳身教、循循善誘，使我學到了作為一名大學生應該具備的那種踏實勤懇、一絲不茍、求真務實的優良品質和嚴謹的教學態度。在本論文的撰寫過程中，老師們從選題直至成稿一直給予我重要的指導和幫助，為我解開了無數的困惑，提供了很多關鍵性的建議。兩位老師以其嚴謹求實的治學態度、高度的敬業精神、兢兢業業、孜孜以求的工作作風和大膽創新的進取精神對我產生重要影響。我將努力學習他們的這種可貴精神。在此，祝愿老師們身體健康，全家幸福。
其次，要感謝梁貴海同學。在課題的設計中，他幫助我調試電路，教我編程，使我對各種編程方法都有了更進一步的了解，拓寬了知識面,開闊了眼界，提高了對知識的綜合應用能力，增強了學習知識的興趣。同時，讓我意識到在將來的人生道路上要不斷地幫助周圍的人，無私的奉獻自己。希望梁貴海同學未來的路能走的更好！
最后，要感謝我的母校——天津工程師范學院，它給我提供了良好的學習、生活環境，使留下了美好的回憶。我祝愿母校的將來更美好！
