摘要：為了對特定場合進行安全監(jiān)控，采用CC1100無線傳輸模塊和PTC08串口攝像頭模塊設計并實現了一種無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。利用攝像頭模塊對視頻進行數據采集、壓縮、串口傳輸，并利用微控制器通過無線傳輸模塊進行拍攝控制、數據傳輸。經測試表明，該系統(tǒng)具有操作簡便、運行穩(wěn)定的特點，達到了設計要求。
關鍵詞：視頻監(jiān)控；CC1100；PTC08；無線；設計

    隨著通信、單片機處理能力以及各種視頻處理技術的提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的越來越快，其中視頻傳輸采用有線方式具有傳輸穩(wěn)定，畫面清晰等特點。但是，由于這種方式成本高、維護不方便，且在有些特殊的區(qū)域受條件所限，布線困難甚至無法布線，其使用范圍受到很大限制。而無線傳輸技術因具有使用靈活、攜帶方便、可移動、低成本等優(yōu)點，在視頻監(jiān)控、傳輸，緊急現場救援和軍事通信等領域發(fā)揮著巨大的作用。
    文中基于CC1100無線傳輸模塊和PTC08串口攝像頭模塊設計并實現了一種無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在環(huán)保監(jiān)測、智能儀器儀表監(jiān)控、車輛管理監(jiān)控、圖像采集等領域有一定的應用前景。

1 系統(tǒng)結構
    無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)由信號采集設備、采集端處理器、無線數據收發(fā)模塊、接收端處理器、信號輸出設備構成，如圖1所示。

    視頻信號采集設備通過攝像頭模塊捕捉場景圖像，經其內部處理器轉換輸出數字視頻圖像，為視頻圖像處理提供數據。采集端處理器負責存儲和處理信號采集設備采集的數據和其他節(jié)點發(fā)送的數據，同時可協調與其他節(jié)點之間通信。線收發(fā)模塊主要負責與其他節(jié)點通信，接收、發(fā)送數據和交換控制信息。接收端處理器負責存儲和處理其他節(jié)點發(fā)送的視頻、圖像數據，也可協調與其他節(jié)點之間通信。視頻信號輸出設備即將接收端處理器發(fā)送的視頻數據還原成原場景圖像。

2 系統(tǒng)硬件電路設計
2．1 CC1100及PTC08簡介
    CC1100是一款低成本單片UHF收發(fā)器，專為低功耗無線應用而設計。它主要是為315、433、868和915 MHz的ISM和SRD設備所設計，可以編程工作在300～1 000 MHz范圍之間的任一頻率上。具有抗干擾能力強、數據傳輸速率高、誤碼率低等優(yōu)點，支持透明的數據傳輸及DL／645規(guī)約。在發(fā)射狀態(tài)下，其發(fā)射功率可編程調節(jié)，其最大發(fā)射功率達到10 dBM。
    PTC08串口攝像頭是集圖像采集、拍攝控制、數據壓縮、串口傳輸于一體的工業(yè)級圖像采集處理模塊。標準三線式RS-232通信接口、簡單的圖像傳輸協議，使模塊可以方便地實現與電腦以及各種嵌入式系統(tǒng)的連接。
2．2 硬件電路設計
    CC1100的工作狀態(tài)有IDEL(待機)、RX(接收)、TX(發(fā)送)，同時支持遠程喚醒功能，這樣可以降低功耗。主要的引腳為VCC電源輸入(1．9～3．6V)、SI數據輸入、SO數據輸出、SCLK時鐘輸入、GD00和GD02為數字輸出供測試系統(tǒng)使用，CSN為芯片片選信號。芯片內置64 Byte的TX和RX緩沖器。文中設計了圖2所示的無線電路。數據操作通過STC11F32XE單片機的SPI口進行。

    對本系統(tǒng)來說，PTC08串口攝像頭模塊與微控制器采用串口通信方式。微控制器通過其RX端向PTC08發(fā)送拍照的一系列指令，攝像頭模塊采集完數據，收到發(fā)送數據指令后，會通過其TX端口將圖像數據送至微控制器。CC1100-232收到數據時，會自動將數據從串口送至接收端處理器。微控制器、PTC08和CC1100模塊間的接口示意圖如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設計
    系統(tǒng)采用單片機、無線收發(fā)模塊及串口攝像頭模塊來實現，下位機軟件采用匯編語言編寫，上位機軟件編程采用VC++語言。在實際操作過程中，可通過上位機程序將預先定義好的指令發(fā)送到采集端處理器，控制采集模塊動作，獲取圖片數據；采集端處理器會利用無線收發(fā)模塊將數據傳至接收端處理器，進而在上位機上恢復出JPEG圖片。
3．1 PTC08模塊初始化配置
    PTC08模塊上電之后，延時2．5 s，微控制器向其發(fā)送一系列控制指令，包括復位、設置圖片大小、壓縮率、拍照、讀取數據，停止拍照等。根據模塊與微控制器的通信協議，微控制器將PTC08模塊復位的匯編語言部分代碼如下(前提是上位機已將復位指令數據56 00 26 00分別存入微控制器RAM的70H至73H單元中)：
   
    PTC08模塊在收到此復位指令后，會向微控制器發(fā)出7600 26 00，表示模塊復位成功。模塊其他指令數據可在其數據手冊中查詢。
3．2 上位機軟件設計
    圖4為獲取圖片的上位機軟件流程圖，其狀態(tài)及函數描述如下。

    1)空閑狀態(tài)
    采集端攝像頭模塊處于待機狀態(tài)。
    2)同步狀態(tài)
    當采集端攝像頭模塊接收到拍照指令時，攝像頭模塊將進行一次同步操作，以確保其可用。此狀態(tài)使用函數如下：
    Public void vSynchronize(void)；此函數最多可連續(xù)執(zhí)行60次。若函數在執(zhí)行期間，UART接收到0XAA，0XOD，0X0E，0X00，XX(XX為任意)數據序列，則表示攝像頭模塊同步信號已經被確認成功。若函數連續(xù)執(zhí)行60次后，UART仍末接收到從攝像頭模塊發(fā)出的確認信號，則需重新配置采集模塊。
    3)參數設置狀態(tài)
    根據生成圖片指令，需對攝像頭模塊進行參數設置，包括圖片大小、壓縮率以及輸出圖片數據包的大小。此過程使用函數如下：
    PUBLIC void vlnitialCamera(void)；
    PUBLIC void vSetPKGSzie(void)；如果采集模塊來發(fā)回確認信息，需對其重新配置。
    4)數據接收狀態(tài)
    一旦參數設置完成之后，外部控制器將發(fā)出“開始圖片獲取”指令，攝像頭模塊會自動進行圖片數據的獲取與轉換。根據之前設置的參數，連續(xù)輸出圖片數據包。但是，每個網片數據包從攝像頭模塊發(fā)出之后，接收端處理器均需要返回一個確認包，之后才可以獲得下一包數據。此過程使用函數如下：
    PUBLIC void vGetPKG(void)；
    圖片數據的還原將由上位機軟件直接完成，將確認包返回給采集端處理器的函數為：
    PUBLIC void vSetPKTACK(uint16 u16PktCounter)；
    其中u16PktCounter是指下一個要獲取數據包的編號。若上位機界面長時間內沒有獲得數據，上位機系統(tǒng)則自動重新配置采集模塊。
    5)圖片接收完成狀態(tài)
    當外部控制器給出“開始轉換”的指令之后，第一個輸出的數據包里已經包含了圖片數據的確切大小。因此，在這個階段，如果成功獲取的數據大小等于第一個數據包給出的圖片數據大小，說明圖片數據已經完整的從攝像頭模塊傳出，攝像頭模塊重新進入空閑狀態(tài)，等待下一個拍照指令。
    遠程客戶端采用監(jiān)控管理軟件，通過對串口、波特率、圖片大小等參數的設置，發(fā)送遠程監(jiān)控指令，接收視頻采集模塊的信息，實現數據處理、接收、存儲和顯示，將采集的圖片信息以直觀方式呈現給監(jiān)控人員。測試結果如圖5所示。

4 結論
    該系統(tǒng)采用微控制器、無線收發(fā)模塊及串口攝像頭模塊PTC08實現無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對其原理及軟硬件實現方法進行了簡要說明。經測試表明，系統(tǒng)簡單可靠、功耗小、成本低，抗干擾能力強；由于CC1100無線收發(fā)模塊傳輸數據速度低，無法實現真正的實時傳輸，可應用于實時性要求不高的場所。