短距離視頻無線通訊網(wǎng)絡(luò)

胡玉柱　李永培　李蔚敏

摘要：采用NanoPi S2嵌入式處理器作為控制單元，使用Ubuntu Linux操作系統(tǒng)在虛擬機中進行操作，攝像頭進行視頻信號的采集，通過發(fā)射模塊、傳輸模塊和接收模塊進行無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸，在顯示屏上對獲取的信號進行顯示。其優(yōu)點是可以進行較遠距離的信息收集，攝像頭小巧，容易靈活采集，可以應(yīng)用于狹隘人力不可測的地方進行信號收集。其缺點是對于無線載波要求較高，數(shù)據(jù)采集過程有一定的延時。

關(guān)鍵詞：NanoPi S2嵌入式處理器 ?視頻傳輸 ?無線通訊

1 引言

短距離無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為信息傳輸?shù)闹匾夹g(shù)，影響了生活的方方面面。如何使用更好的無線方法進行各種設(shè)備之間的信息傳輸，為短距離無線通訊網(wǎng)絡(luò)提供了廣闊的空間。目前廣泛使用的短距離無線通訊技術(shù)有：WLAN、Bluetooth、Zigbee、UWB、NFC、60GHz通信等。無線通訊設(shè)備不僅給人們生活帶來了極大的便利，也為工業(yè)發(fā)展提供了未來發(fā)展的方向，為人們提供了更加方便的信息傳輸功能，促進了生活方式的改變，具有安全、便捷、抗干擾能力強、傳輸速率高的特點。

2 設(shè)計原理

設(shè)計并制作一個短距離視頻信號無線通信網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)包含主節(jié)點A和從節(jié)點B和C，從而實現(xiàn)從節(jié)點B和C到主節(jié)點A的視頻信號傳輸。項目中傳輸?shù)囊曨l信號為彩色視頻信號。每個從節(jié)點預(yù)留AV視頻輸入插座，通過一根AV連接電纜與攝像頭AV輸出端子連接。節(jié)點使用水平全方向天線，確保節(jié)點在使用以上條件上要能達到要求的通信距離。要求項目成果滿足以上所有的要求。

3 硬件設(shè)計組成

對于硬件設(shè)計，其主要元件包含四部分，分別是友善S5P4418、串口、SD卡、USB攝像頭。友善S5P4418采用NanoPi S2。使用CH340進行串口的轉(zhuǎn)接來進行程序的兼容。SD卡采用class10 16G方便進行之后信息的存儲。USB攝像頭使用兩個640*480彩色攝像頭進行實時數(shù)據(jù)采集。此外，還有散熱片和讀卡器等進行散熱和其他功能。

有了硬件之后需要對電路進行設(shè)計這其中包括發(fā)射和接收電路。發(fā)射電路采用無線載波信號進行，接收電路采用共射放大電路方便進行穩(wěn)定電壓。在電路設(shè)計過程需要提前在Mulitisim中進行仿真模擬，這樣可以更好進行思路設(shè)計，防止直接操作造成元件的直接損傷，并且在Mulitisim可以找到自己的理想?yún)?shù)方便進行設(shè)計。

4 軟件設(shè)計組成

在使用軟件中，采用pcre正則表達式庫、zlib數(shù)據(jù)壓縮函式庫、tar文件工具程序。然后根據(jù)硬件的功能實現(xiàn)進行相應(yīng)的軟件思路設(shè)計。

4.1 SELECT原理概述

select 的核心功能是調(diào)用tcp文件系統(tǒng)的poll函數(shù)，不停的查詢，如果沒有想要的數(shù)據(jù)，主動執(zhí)行一次調(diào)度（防止一直占用cpu），直到有一個連接有想要的消息為止。

優(yōu)點：

（1）select的可移植性更好;

（2）select對于超時值提供了更好的精度。

4.2 EPOLL原理概述

epoll同樣只告知那些就緒的文件描述符，而且當(dāng)我們調(diào)用epoll_wait（）獲得就緒文件描述符時，其返回不是實際的描述符，而是一個數(shù)量的值用就緒描述符來進行代表，只需要去epoll指定的其中一個數(shù)組按照順序依次取得相應(yīng)數(shù)量的文件描述符。

優(yōu)點：

（1）打開大數(shù)目socket描述符且支持相應(yīng)進程;

（2）I/O效率并不隨fd數(shù)目增加而呈現(xiàn)線性下降趨勢;

5 系統(tǒng)測試

首先進行硬件的檢測防止軟件調(diào)試時產(chǎn)生意外。然后使用Ubuntu Linux操作系統(tǒng)進行軟件的測試，在WORKSTATION虛擬機中進行。先把硬件連接好然后進入虛擬機連接找到IP地址，連接無線進入所需的終端顯示屏中，打開兩個攝像頭在終端顯示屏中看到B、C節(jié)點的圖像結(jié)果。

在測試過程中應(yīng)該先進行硬件測試，其次進行軟件測試，這樣可以有效避免出現(xiàn)重大誤差在硬件中造成不可逆的損害。測試的結(jié)果如圖2所示。可以看到傳輸看到的圖像和攝像頭采集到的圖像是一樣的。測試過程盡量避免干擾的影響，防止兩個攝像頭在傳輸過程中進行的傳輸速率不同而產(chǎn)生的影響并在傳輸過程中要保證信號質(zhì)量確保設(shè)備穩(wěn)定性。同時在觀測過程中應(yīng)該觀測不同地方來確保觀測圖像的一致來保證測試準(zhǔn)確。

6 總結(jié)

本文主要介紹了無線通訊網(wǎng)絡(luò)在制造過程中的主要設(shè)計思想，通過硬件和軟件的配合來達到視頻數(shù)據(jù)的實時傳輸，希望以后能更進一步的去進行完善。目前，短距離視頻這一部分應(yīng)用前景巨大，在一定距離內(nèi)具有很高的靈活性，在畫面?zhèn)鬏數(shù)臅r候還具有穩(wěn)定性和可靠性，可以在短時間內(nèi)進行相應(yīng)的判斷，并且在工業(yè)用途中可以減少工業(yè)中的后期維護，而且也不容易受到安裝位置的限制，覆蓋的范圍也比較大，還有在探險、探查物體方面也具有廣闊的前景。

參考文獻

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項目基金

本項目由西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院“雙E”大學(xué)生科研項目資助。

作者簡介

胡玉柱（1997-），男，本科，安徽淮南人，西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院2017級本科在讀，研究方向為電氣工程及其自動化。