短距視頻無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

王艷萍 張永波 趙博 劉劍 魯炳林

【摘 要】本通信網(wǎng)絡(luò)采用STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控系統(tǒng)，基于RTC6701芯片的無(wú)線發(fā)射模塊TX-2462和無(wú)線接收模塊S-RX28B，實(shí)現(xiàn)短距離的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)可以獨(dú)立傳輸從節(jié)點(diǎn)B和從節(jié)點(diǎn)C的信號(hào)，也可以通過(guò)信號(hào)繼電器實(shí)現(xiàn)從從節(jié)點(diǎn)B經(jīng)從節(jié)點(diǎn)C轉(zhuǎn)發(fā)的視頻傳輸，同時(shí)運(yùn)用基于MAX7456芯片的OSD模塊，實(shí)現(xiàn)了字符與視頻內(nèi)容的疊加，并且采用12DBI天線和獨(dú)立降壓電源模塊等器件用來(lái)降低系統(tǒng)功耗。

【關(guān)鍵詞】STM32單片機(jī);短距無(wú)線通信;無(wú)線收發(fā)模塊;OSD字符疊加;中繼通信

中圖分類號(hào)：TP29??????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design of short-range video wireless communication network based on STM32

WANG Yanping¹，ZHANG Yongbo，ZHAO Bo¹，LIU Jian¹，LU Binglin¹

（1.School of Electrical and Electronic Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049，China

2.Zibo IT &Engineering School Zibo 255049，China）

Abstract：This communication network adopts STM32F103C8T6 as the main control system.Based on RTC6701 chip wireless transmitting module TX-2462 and wireless receiving module S-RX28B，it realizes short-range wireless data transmission.The system can independently transmit signals from the node B and the node C，and it can also realize the video transmission forwarded from the slave node B via the slave node C through the signal relay，and realize the character and video content by using the OSD module based on the MAX7456 chip.Devices such as 12DBI antennas and independent step-down power modules are used to reduce system power consumption.

Keywords：STM32;short-range wireless communication;wireless transceiver module;OSD;relay communication

短距無(wú)線通信技術(shù)，作為傳輸信息的最新科技成果，已經(jīng)影響著社會(huì)生活的方方面面，視頻監(jiān)控通信、無(wú)線耳機(jī)、無(wú)線咨詢家電已經(jīng)開始影響并改變著人們的生活。短距無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)因?yàn)椴皇懿季€信號(hào)的約束，能夠極大的節(jié)省人力物力，并且可靠性高、靈活性強(qiáng)、安全性好、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，所以必將對(duì)人們的日常生活和社會(huì)進(jìn)步將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響^[1-3]。本設(shè)計(jì)采用STM32為主控芯片，基于RTC6701無(wú)線傳輸，實(shí)現(xiàn)從節(jié)點(diǎn) B 和 C 到主節(jié)點(diǎn) A 的視頻信號(hào)直接或者中轉(zhuǎn)傳輸，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，圖像清晰無(wú)閃爍、色彩不失真，對(duì)短距視頻無(wú)線傳輸系統(tǒng)的進(jìn)一步研究提供了有價(jià)值的參考。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本次方案設(shè)計(jì)的短距視頻信號(hào)無(wú)線通信系統(tǒng)由視頻采集模塊、視頻壓縮處理模塊、無(wú)線傳輸模塊、視頻接收譯碼和視頻顯示模塊組成。攝像頭B、C通過(guò)AV線將模擬視頻信號(hào)連接到從節(jié)點(diǎn)B和從節(jié)點(diǎn)C，從節(jié)點(diǎn)B、C添加了OSD功能，采用無(wú)線發(fā)射模式，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。主節(jié)點(diǎn)A通過(guò)2.4G無(wú)線接收模塊可以單獨(dú)接受從節(jié)點(diǎn)B、C的視頻信號(hào)，也可以實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)從B節(jié)點(diǎn)經(jīng)C節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，再在A節(jié)點(diǎn)接收然后傳輸?shù)斤@示器進(jìn)行顯示。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 短距視頻信號(hào)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)整體框圖

2 系統(tǒng)硬件選擇及設(shè)計(jì)

2.1主控制器模塊的選擇

STM32系列芯片是意法半導(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。STM32F103增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品^[4];內(nèi)置32K到128K的閃存，該芯片在32位同類產(chǎn)品中管耗最小。STM32單片機(jī)自帶一個(gè)官方的庫(kù)，而這個(gè)庫(kù)的源代碼是開放的，速度會(huì)比用MSP430單片機(jī)要輕松快捷、方便、性價(jià)比較高。STM32F103C8T6的最小系統(tǒng)是由晶振電路和復(fù)位電路組成，復(fù)位管腳接低電平，單片機(jī)復(fù)位。本設(shè)計(jì)中將STM32F103C8T6和MAX7456字符疊加模塊設(shè)計(jì)在一塊開發(fā)板上，有效的避免了信號(hào)干擾的同時(shí)將功耗減到了最低。

2.2無(wú)線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)采用基于RTC6701芯片的無(wú)線收發(fā)模塊，發(fā)射模塊采用TX-2462，接收模塊采用SRX-28B，模塊工作于2.4G頻段內(nèi)，可在有限范圍內(nèi)傳輸立體音頻與視頻。AV信號(hào)經(jīng)OSD模塊進(jìn)行字符與視頻信號(hào)的疊加，處理后的信號(hào)連接到無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊TX-2462，可適當(dāng)對(duì)CH1，CH2，CH3，BX進(jìn)行設(shè)置，防止各頻段的干擾，信號(hào)發(fā)送模塊原理圖如圖2所示。在進(jìn)行無(wú)線傳輸時(shí)，發(fā)送和接受模塊頻率要保持相同。無(wú)線信號(hào)接收模塊的引腳設(shè)置同無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊，輸出信號(hào)接于電視機(jī)進(jìn)行視頻顯示，在接收模塊中添加了三路信號(hào)選擇繼電器，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻段的選擇，信號(hào)接收與選頻模塊原理圖如圖3所示。

圖2無(wú)線發(fā)送模塊

2.3視頻選擇和中繼通信模塊的實(shí)現(xiàn)

采用信號(hào)繼電器實(shí)現(xiàn)選擇顯示從節(jié)點(diǎn)B或C的視頻內(nèi)容。該系列繼電器均為低功率損耗，其中標(biāo)準(zhǔn)型140mW，高靈敏度型100mW，超高靈敏度型50Mw，超穩(wěn)定型100mW，常應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信和信號(hào)傳輸。采用此信號(hào)繼電器，以提高主節(jié)點(diǎn)A的開關(guān)換頻速度，減少信號(hào)延遲，降低系統(tǒng)功耗。節(jié)點(diǎn)C為中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從節(jié)點(diǎn)B到節(jié)點(diǎn)A間的視頻信號(hào)中繼通信。

圖3無(wú)線接收與選頻模塊

2.4 OSD字符疊加模塊的實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)采用MAX7456芯片進(jìn)行視頻字符疊加。MAX7456接收AV視頻信號(hào)，通過(guò)STM32F103C8T6采用SPI通信協(xié)議進(jìn)行串行通信，先對(duì)引腳時(shí)鐘進(jìn)行初始化，設(shè)置視頻輸出模式，等待中斷，通過(guò)SPI寫入數(shù)據(jù)，選擇字符顯示位置，寫入字符存儲(chǔ)器地址，配置數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。OSD字符疊加模塊的接線圖如圖4所示。

圖4 OSD字符疊加模塊

2.5降壓電源模塊

本系統(tǒng)要求降低功耗，所以采用MSP410芯片作為降壓模塊將5V工作電壓降到3.3V，電源轉(zhuǎn)換效率高，將5V工作電壓降到3.3V減少功耗。降壓電源模塊原理圖如圖5所示。

圖5 降壓電源模塊

3 軟件設(shè)計(jì)

STM32系統(tǒng)軟件部分主要實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)功能：（1）對(duì)從節(jié)點(diǎn)B、C發(fā)射的視頻信號(hào)進(jìn)行字符疊加控制，視頻疊加模塊軟件流程圖如圖6所示;（2）對(duì)主節(jié)點(diǎn)A的接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和顯示。

圖6 ?視頻疊加模塊軟件流程

Fig.6 OSD module software flow

4 功能檢測(cè)與調(diào)試

4.1 測(cè)試步驟

對(duì)短距視頻無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的整體來(lái)說(shuō)，其測(cè)試分為如下幾個(gè)步驟：

① 測(cè)試電源對(duì)各模塊供電是否正常。

② 檢查單片機(jī)能否正常的燒寫程序。

③ 檢查電視機(jī)的彩色制式與彩色視頻信號(hào)制式是否一致。

④ 檢查與攝像頭直接用AV電纜連接到電視機(jī)的圖像質(zhì)量有無(wú)明顯差異。

⑤ 檢查是否能通過(guò)開關(guān)選擇顯示從節(jié)點(diǎn)B或C的視頻內(nèi)容。

⑥ 檢查電視機(jī)屏幕上是否顯示字符和視頻內(nèi)容的疊加。

⑦ 對(duì)運(yùn)行過(guò)程中各種情況進(jìn)行測(cè)試。

⑧ 整理所得數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化程序設(shè)計(jì)。

經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，本系統(tǒng)能夠基本滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2測(cè)試結(jié)果及分析

測(cè)試結(jié)果如表1所示，數(shù)據(jù)顯示了功耗降低。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析及觀察圖像，可見電視機(jī)的彩色制式與彩色視頻信號(hào)制式一致，該通信網(wǎng)絡(luò)滿足設(shè)計(jì)要求。

5 總結(jié)

該設(shè)計(jì)采用單片機(jī)為主控芯片，應(yīng)用無(wú)線收發(fā)模塊，采用OSD技術(shù)實(shí)現(xiàn)了短距視頻信號(hào)無(wú)線通信，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在要求距離內(nèi)，視頻信號(hào)傳輸速度較快，畫面無(wú)失真、無(wú)雪花，且中繼通信可加大傳輸距離，不足之處功耗較大。該技術(shù)可結(jié)合智能家居、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，獲得長(zhǎng)久的發(fā)展。

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（作者單位：1.山東理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院;2.淄博信息工程學(xué)校）