一種基于嵌入式TCP/IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭設(shè)計(jì)

李慶，彭墨

（1.武警成都指揮學(xué)院，四川 成都 610213；2.四川省交通廳 信息中心，四川 成都 610041)

將TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議運(yùn)用于嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，可利用IP網(wǎng)絡(luò)在廣域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對特定目標(biāo)的監(jiān)控.筆者介紹一種基于嵌入式TCP/IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭設(shè)計(jì)方案.

1 系統(tǒng)構(gòu)架

本設(shè)計(jì)選用C8051F020單片機(jī)作為控制核心，系統(tǒng)主要包括視頻采集處理電路以及網(wǎng)絡(luò)通信電路.

2 視頻采集處理電路

視頻采集處理電路主要由武漢萬德數(shù)碼技術(shù)有限公司開發(fā)的JPEG300數(shù)碼相機(jī)模塊來實(shí)現(xiàn)，其外觀如圖1所示.

圖1 JPEG300數(shù)碼相機(jī)模塊

JPEG300數(shù)碼相機(jī)模塊將鏡頭取景、圖像捕捉、圖像壓縮、8位數(shù)據(jù)接口等功能電路集成在一塊電路板上，從而簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì).模塊采用30萬像素CMOS圖像傳感器，可輸出分辨率為320×240或640×480的JPG圖像文件.其文件大小受圖像復(fù)雜度的影響.JPEG300數(shù)據(jù)接口為8位并口，具有固定的數(shù)據(jù)輸出速度.

視頻采集處理電路如圖2所示.JPEG300模塊數(shù)據(jù)輸出口D0~D7與單片機(jī)P2.0~P2.7口相連，JPEGINT中斷信號引腳連接單片機(jī)/INT1口，CAPEN圖像采集使能引腳接單片機(jī)P3.1口.為提高傳遞幀數(shù)，將CAPMODE接高電位，使輸出圖像分辨率為320×240的圖像.

圖2 視頻采集處理電路

系統(tǒng)上電初始化完成后JPEG300進(jìn)入空閑狀態(tài).在空閑狀態(tài)下，如果CAPEN=1，則按照CAPMODE引腳所確定的分辨率啟動(dòng)壓縮，并在D0~D7引腳上連續(xù)輸出數(shù)據(jù)，每輸出一個(gè)數(shù)據(jù)，就在JPEGINT引腳上產(chǎn)生一個(gè)中斷信號，以通知主機(jī)讀取數(shù)據(jù).

JPEG300輸出的是一個(gè)完整的JPG文件.JPG文件總是以 “0xFF”、 “0xD8” 開始， 并以“0xFF”、 “0xD9” 結(jié)束.主機(jī)把收到的 “0xFF”、“0xD8”、 中間數(shù)據(jù)、 以及 “0xFF”、 “0xD9” 按順序保存下來，就得到了一個(gè)JPG文件.主機(jī)應(yīng)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，當(dāng)收到 “0xFF”、“0xD9”時(shí)，表明文件結(jié)束.輸出完成后，JPEG300將重新回到空閑狀態(tài).圖3為JPEG300模塊工作時(shí)序圖.

圖3 JPEG300工作時(shí)序圖

3 網(wǎng)絡(luò)通信電路

網(wǎng)絡(luò)通信電路采用Silabs公司的CP2200以太網(wǎng)控制器.CP2200內(nèi)部集成了IEEE 802.3以太網(wǎng)媒體訪問控制器 （MAC）和10Base-T物理層（PHY），可為系統(tǒng)提供以太網(wǎng)通信功能.網(wǎng)絡(luò)通信電路如圖4所示.

圖4 網(wǎng)絡(luò)通信電路

設(shè)置C8051F020外部存儲(chǔ)器接口配置寄存器EMI0CF為0xFB，將單片機(jī)外部存儲(chǔ)器接口EMIF配置在高端口（P4~P7）.C8051F020的P4.5口連接CP2200進(jìn)行復(fù)位操作，P4.6、P4.7口分別連接CP2200讀寫控制信號線/RD、/WR，P5.7口（A15）作為CP2200的片選信號.P6口作為地址總線的低8位與CP2200的地址線A[7:0]相連，P7口作為數(shù)據(jù)總線與CP2200的數(shù)據(jù)線D[7:0]相連.經(jīng)交叉開關(guān)配置的單片機(jī)/INT0并與CP2200芯片的中斷信號/INT相連.CP2200的14個(gè)中斷事件中的任何一個(gè)產(chǎn)生中斷時(shí),CP2200通過將中斷狀態(tài)寄存器中相應(yīng)的標(biāo)志置1，并將/INT引腳驅(qū)動(dòng)到低電平來通知主機(jī).此外，CP2200的兩組差分信號RX+/RX－和TX+/TX－需要通過RJ-45插頭實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的連接.

網(wǎng)絡(luò)通信程序如圖5所示.

圖5 網(wǎng)絡(luò)通信程序

網(wǎng)絡(luò)通信程序主要包括模塊初始化程序、CP2200驅(qū)動(dòng)程序以及嵌入式TCP/IP協(xié)議棧三部分.其中CP2200驅(qū)動(dòng)程序主要完成接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以及向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的工作.由于系統(tǒng)軟硬件資源有限并且功能需求較少，因此在構(gòu)造嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的時(shí)候可以對TCP/IP協(xié)議進(jìn)行裁剪.本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧只選取了四項(xiàng)協(xié)議：ARP、IP、ICMP和TCP.

本研究提出了一種基于嵌入式TCP/IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭設(shè)計(jì)方案.系統(tǒng)采用JPEG300數(shù)碼相機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)視頻的采集、處理與輸出，并利用嵌入式TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控端的網(wǎng)絡(luò)連接.系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)展能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對于嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研制有一定的參考價(jià)值.

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