1、 I 摘 要 随着社会的迅速发展，科技技术的突飞猛进，无线视频监控系统眼下名声鹊起成为炙手可热的话题。这其中除了电子通信技术与信息处理技术的发展为其构筑了技术平台之外，还有一个重要的原因就是社会需求的推动。由于无线视频监控系统的安全、方便、 直观和信息内容丰富，被广泛用于各个场合。在银行室内或地下煤矿工作等场合使用 无线视频监控系统，检测安全性是非常必要的。运用 C8051F 系列单片机和NRF905 收发模块进行设计 。 摄像头所采集到的图像信号转换成模拟电压信号，送入到混频电路，混出射频信号，最后放大后发送出去。射 频无线接收电路接收信号并送入显示器显示图像信号。 C8051F 系列单片机
2、通过 SPI 串口程序在数字无线发射电路中主要负责按键的控制， 52 系列单片机用来控制 HY12864 液晶进行字符串的显示和按键具体情况。数字无线接收电路实现摄像头电机方向控制。 关键词 ：无线视频监控系统 ； C8051F 系列单片机 ； NRF905 发射与接收模块 ； HY12864液晶 II ABSTRACT With the rapid development of society, science and technology is advancing rapidly, the reputation of a wireless monitor system is being h
3、eld in high value and is a topic of the supreme arrogance of a person with great power at this stage. Besides technology of electron communication and information disposition is constructing a technology of platform, the important reason is requirement of society is impelled. Due to a wireless monit
4、or system is safety、 convenience、 directly perceived through the senses and abundant of content, we used it to every occasion widely. It is very necessary to detect security with a wireless monitor system is in occasion of bank room or the collieries of underground etc. We make use of C8051F series
5、single chip microcomputer and nRF905 wireless emissive and receiving module to design.Vidicon switches image signals of collect to analog voltage signals, deliver to the mixer， come out radio frequency signals, blowup and deliver in the end. A receiver of wireless radio frequency receive image signa
6、ls、 deliver this signals to display to and show them. In digital emissive electrocircuit of wireless, C8051F series single chip microcomputer use SPI make use of program to take charge key-press, 52 series single chip microcomputer control HY12864 LCD（ Liquid Crystal Display） to display character st
7、ring and the circumstances of key-press. Digital receiver of wireless control the bearing of vidicon electric machinery. Keywords ： A wireless monitor system; C8051F series single chip microcomputer; NRF905 wireless Emissive and Receiving module; HY12864 LCD 天津工程师范学院本科生毕业设计 1 1 引言 无线视频监控系统是安全防范系统的组成
8、部分，它是一种防范能力较强的综合系统。无线视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。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，视频监控制技术也有长远的发展。 在国内外市场上，主要推出的是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。目前，视频监控系统正处在数控模拟系统 1与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。
9、 数字信号控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加 PC 机的多媒体管理和基于 PC 机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。 80年代是微处理器的年代，视频监控系统利用微处理器固件发展的矩阵切换器，将原来分散的全硬件视频监控系统微型集中化，如将视频切换、对前端的控制等功能集合一起，一机处理，是技术上的一个突破。 自备微处理器的矩阵主机可通过 PC 机的图形管理软件实现以下功能： （ 1）对单一工作站之中的视频监控、出入口控制、内部通讯、报警等进行综合全面控制 (注：只能提供一个简单的、可增强系统控制功能的用户界面，但不能代替矩阵主机的安防配置和编程能力 )； （
10、 2）任意一台工作站可通过网络，控制其它工作站所连接的矩阵主机、报警设备，完成视频 切换、云台、镜头控制及报警联动等； （ 3）可通过软件实现对众多矩阵主机和报警接口软件模块的控制。 基于 PC 机的视频监控系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切换，云台和镜头的控制，通过串口连接报警设备的报警信息，并通过程序编程自动完成视频切换、云台控制、报警联动、报警录像等各项控制功能。系统能充分利用 PC 机的资源，使视频监控系统随电脑技术的发展而不断进步，同时其开放性的结构特性更可使之与其它多种系统如与消防报警系统、出入口管理系统、楼宇自控系统等实现互动集成。 随着微处理器、微机的功能、性能的
11、增强和 提高，多媒体技术的应用，系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频监控系统的构成更加天津工程师范学院本科生毕业设计 2 方便灵活、与其它技术系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好。但由于视频监控系统中信息流的形态没有变，仍为模拟的视频信号，系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，介质专用的特点，因此系统尽管已发展到很高的水平，已无太多潜力可挖，其局限性依然存在，要满足更高的要求，数字化是必由之路。 90 年代末，随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、数字视频监控系统迅速崛起，现今市场 上有两种数字视频监控系统类型，一种是以数
12、字录像设备为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入式视频 Web 服务器为核心的视频监控系统 2。 视频监控系统的发展方向前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。被广泛运用于 商业领域 、 金融领域 、 教育领域 、 高危领域 、 个人领域 等。 许多书籍都对无线电系统有一定的介绍，但是没有相关的书本详细的介绍无线视频监控这一部分的内容。 基于无线视频监控 系统发展迅速更新、升级及应用广泛等这些特点，本毕业设计主要对模拟信号数字化控制，使其推向数字化的应用领域
13、来进行研究。运用C8051F310 单片机 控制 进行数据 信息 无线 传送，通过 高频调制 电路对 射频图像 信息 进行无线 传送 。电路 主要采用射频 无线 发射、射频 无线 接收、数字无线发射、数字无线接收等模块完成电路的设计。 本 设 计 中运用了 nRF905 收发 模块， 此模块提供了 SPI 接口方便与 C8051F310 单片机的 SPI 口连接。 nRF905 单片无线收发器工作在 433MHZ，通过 SPI 接口进行编程配置 ， 从而工作在 消耗很低的 电 流状态 。 C8051F310 单片机 的 增强型串行外设接口3SPI0 提供访问一个全双工同步串行总线。 SPI0
14、可以作为主器件或从器件工作， 使用 4 线 主方式 。通过 C8051F310 单片机 SPI 串口进行编程控制视频头的转向 ， 同时，通过 89S52 单片机控制液晶显示电路； 再 运用 射频发射与射频接收电路，将图像信息显示在电视机上， 达到对周围 事件 进行实时监控 。 经过对无线视频监控系统的设计，让 我们更好的熟悉 C8051F310 单片机 和 89S52 两款 单片机， 而且对 C8051F310 这款在校园里运用还不是很多的单片机有很好的掌握 。在 使用 89S52 单片机控制液晶显示电路时，可以对以往学习过的 51 系列单片机进行巩固 ； 对 HY-12864 液 晶显示电路
15、的硬件和软件有一个充分的认识 。 本设计内容丰富、信息量大、涵盖技术领域宽广、资料齐全、实用性强，为了便于理解和应用，论文中详细介绍了设计方面的所有要点，并且附带了电路原理图和所有的相关程序。可以对无线控制方面的得到了解，同时，对两款单片机的实际应用能天津工程师范学院本科生毕业设计 3 够更好的掌握。参考硬件电路及源程序进行调 试，对系统的设计方法有一个明确的概括。将毕业设计实物更好的运用于 实际中，与生活紧密的联系起来。毕业设计 无线 视频监控系统是大学生运用自己所学的专业 和 理论 知识 联系实际的一个 很 好的课题。 天津工程师范学院本科生毕业设计 4 2 方案论证 无线视频监控系统运用
16、广泛 ,使用的环境各不相同 , 而且 无线视频监控系统 的种类比较多， 根据具体的情况可以选用不同的设计方案。可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。 本设计要求通过单片机控制，对摄像头进行 无线 实时控制 ，达到不同角度的监控 功能 。 2.1 方案 1 采用 A/D 和 D/A 转换的数字无线视频监控系统 摄像头将所采集到的图像信号经过内部的转换电路转 换成 视频 信号传给高速A/D，高速 A/D 负责把摄像头输出的模拟电压信号转换成对应的 8 位数据量 4。C8051F310 单片机控制高速 A/D 的 采集 开始与结束 ， 将转换后的 8 位数据 量 传给单片机
17、 。 单片机是整个系统的中心环节，它将从 A/D 取得的数据信号经过处理后送给无线发射模块进行调制发送。键盘对无线发送模块进行 发射 控制。详见 图 2-1 A/D 转换无线发射 框图 。 图 2-1 A/D 转换无线发射 框图 无线接收模块把接收到的信号进行解调 ，再 把解调后的 8 位数据 量 传给C8051F310 单片机 。 单片机通过指令控 制高速无线接收模块的开始与结束 。 将所得到的数据 量 经过运算处理后送给高速 D/A，其将 数据量转换成对应的模拟量，然后送给显示设备。 从而达到了监控的功能。详见 图 2-2 D/A 转换无线接收 框图 。 图 2-2 D/A 转换无线 接收
18、 框图 键盘 C8051F310 单片机 高速 A/D 无线发射 摄像头 无线 接收 高速 D/A 显示 键盘 C8051F310 单片机 天津工程师范学院本科生毕业设计 5 此方案处理速度快，功能和可靠性强，视频中分辨率高，可以控制距离远，达到很好的效果，使用范围广。但是 ，电路 通过信息采集、数据处理、传输、系统控制等部分 组成 ，硬件电路结构复杂，需要使用高速的单片机 和高速 A/D 与 D/A 转换 芯片，电路实现 和调试都 相当 困难 。 各 芯片成本高 ， 适用 于专业场合 ，不便于毕业设计 。 2.2 方案 2 数字和模拟结合的 无线视频监控系统 此 方案 采用 射频无线发射、射
19、频无线接收、数字无线发射、数字无线接收四部分组成。 C8051F310 单片机 从键盘取得的数据信号经过处理后送给无线发射模块进行调制发送。键盘 经过 C8051F310 单片机 可以对无线发射模块 nRF905 进行控制。 AT89S52单片机通过键盘在液晶上显示对应的控制信息。 视频 显示设备将接收到的射频信号解调成视频信号并显示， 从而达到了监控的功能。详见图 2-3框图 。 图 2-3 射频 无线 接收和 数字无线 发射 框图 摄像头 采集图像信号 5，通过内部转换电路 转换成 视频信号 输出到 调制 电路。 调制 电路的设计：电容三点式振荡电路 产生 56MHz 正弦信号 和 AV
20、信号 调制 ，得出射频信号， 送入到射频放大器 UPC1651 放大后发 送出去 。 nRF905 无线接收模块把接收到的信号进行解调 ， 把解调后的数据信 息 传给 C8051F310 单片机，单片机通过指令控制摄像头电机的转向。 详见图 2-4 框图 。 图 2-4 射频无线发射和数字 无线 接收 框图 调制 数字无线接收 C8051F310 单片机 摄像头 高频放大 箭头显示 电机转向 本振 AT89S52 单片机 射频无线接收 液晶显示 C8051F310 单片机 键盘 视频显示 数字无线发射 天津工程师范学院本科生毕业设计 6 此设计电路简单， 容易 实现 ，使用范围广 ，对于银行
21、、 煤矿等安全地带可以很方便 控制摄像头的电机进行检测。 功耗低、软件编程较简单， nRF905 芯片的体积小、整个系统 成本低 。 用单片机来实现无线视频监控系统，充分利用了单片机的资源。 同时使用 C8051F310 单片机和 nRF905 芯片 一起控制 ,非常 符合我们的设计思路 ，所以本设计采用方案 2。 天津工程师范学院本科生毕业设计 7 3 系统概述 本设计主要完成的任务是将摄像头将所采集到的图像信号经过其内部的转换电路转换成 视频 信号，送入 射频调制 发射 电路（即 通过 调制 电路把摄像头输出的模拟电压信号和本振信号调制 出射频信号 ，经 放大后发送 ） 。 射 频 接收
22、器将射频调制发射电路发射过来的射频信号还原成 图像 并 进行显示，从而 实现 了监控的功能。 发射端的 C8051F310 单片机通过键盘对 数字无线 发射 模块的开始与结束 控制 。C8051F310 单片机 把 控制字 和 所要传送的数据信息 分别写入 nRF905 发射模块 进行调制发送 。 同时， AT89S52 单片机通过键盘 在 液晶 上 显示 对应 的 控制信息 。 在 数字 无线接收 端，首先，接收端的 C8051F310 单片机把控制字写入 nRF905 数字无线接收 模块 ，然后其将 接收 到的信号进行解调，把 解调后的数据 信息 传给C8051F310 单片机，单片机通过
23、指 令控制电机 转向 。 本设计主要组成 部分 具体 如图 3-1 所示系统框图。 图 3-1 系统框图 数字无线接收 解调 数字无线 调制 发射 C8051F310 单片机 C8051F310 单片机 AT89S52 单片机 电源 键盘 液晶显示 数据信息 射频 调制 发射 射频接收 摄像头采集输出视频信号 控制字 控制字 天津工程师范学院本科生毕业设计 8 4 单元电路 设计 按照系统设计功能的要求，确定设计系统 硬件电路由射频发射、射频接收、数字无线发射、数字无线接收和电源电路五大模块组成。各电路模块的设计如下。 4.1 射频发射电路 射频发射电路通过电容三点式产生 56MHz的频率 6
24、，而图像信号经过摄像头采集，通过摄像头的内部电路转换为模拟电压信号，从 JP1 端送入，通过二极管 调制 电路，调制 电路负责把摄像头输出的模拟电压信号 和本 振信号混出射频信号，射频信号经过uPC1651 集成运算 放大器和共发射级电路放大后发送。 其中 uPC1651 是电视天线放大器专用集成电路，是一块超高频、宽频带（频率带宽为 1200MHz）、低噪声，功率增益大（ 19dB， f=500MHz）的高频线性放大电路。 如 图 4-1 所示射频发射电路。 R83 . 3KR64 70C94 pFC 107 pFC87 pFC74 pFQ29 01 8R94 . 7KL2R14 70R55 . 6KR7 2 . 2KC61 02 pFC51 02 pFC31 5p FC41 0uD1D212J P 1R21 0012345T1+ 6V132 4U1U P C 16 51Q1C 19 70C21 5p FL11 0m H+ 12 VR322R41 0KR P 15 0KC11 5p F发射给E1电视天线图 4-1 射频发射电路 4.2 射频接收 射频接收部分主要是电视机的接收，通过电视台的 VHL 波段 7进行摄像头采集的56MHz 的 AV 信号在电视机显示器上显示。
