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摘要：本系統由攝像頭、圖像處理模塊、2.4G無線圖像收發模塊、顯示器等組成。攝像頭采集圖像通過av端子輸出，用av線連接至圖像處理模塊，經過主控芯片kl26和OSD芯片UPD6450處理并且添加字幕后，通過2.4G無線收發模塊傳回主節點，直接輸出至顯示器顯示。
關鍵詞：2.4G圖像傳輸、UPD6450、kl26主控 1 方案論證 1.1 方案比較與選擇 該系統網路主要分為以下模塊： 主控，OSD處理模塊，無線傳輸模塊 現對各個模塊的選用方案進行論證。 1.1.1 主控比較 方案一：ST公司 stm32f104 該芯片是意法半導體（ST）公司出品，其內核是Cortex-M3。芯片集成定時器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多種功能。功能強大，但價格較高，性能過剩。 方案二：TI公司 msp430 MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor）。是由于其針對實際應用需求。將多個不同功能的模擬電路、數字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上。多用于儀器儀表的領域。 方案三：飛思卡爾公司 kl26 Kl26是飛思卡爾公司推出的MCU，采用ARM Cortex-M0+ 內核，自帶16位SAR ADC和12位DAC，支持SPI和I2C等多種協議。 鑒于本系統中對于MCU要求不高，簡單好用，價格低，性能夠用就好，所以選擇方案三。 1.1.2 OSD芯片比較 方案一：使用MB90092芯片。 MB90092 是富士通公司生產的字符疊加ic芯片,用于在 TV 顯示屏上顯示文字和圖形的控制，內部集成了顯示內存VRAM, 外掛字庫接口和視頻信號發生器 外部連接很少的元器件就可以實現內同步或外同步漢字和圖形的顯示。 方案二：使用MAX7456芯片。 MAX7456芯片消去了外部視頻驅動、同步信號分離器、視頻切換與EEPROM等外圍電路。用戶可自定義256個字符。 方案三：UPD6450 μPD6450 是日本 NEC 公司推出的一種可編程大規模集成電路芯片, 主要功能是用于視頻切換中選加字符 , 字符點陣最大為12 ×18 , 它能顯示數字 、字母及通用字符, 這種芯片串接于視頻信號源和監示器的通路中, 視頻信號輸入此 IC 后, 可得到已經選加了字符的視頻輸出。加外 , 通過編程可以不 需外部信號,而直接由內部產生視頻信號,從而在監示器上顯示字符。 相對而言，MB90092功能多，指令復雜，配置寄存器難度較高，而且資源較少；MAX7456芯片外圍電路少，集成度高，但是成本較高，且不易購買，綜合來說，UPD6450雖然功能較少，但是外圍電路量適中，并且應用廣泛，資料較多，成本也低。 綜上所述，還是選擇UPD6450作為OSD芯片。 1.1.3 無線模塊比較 方案一： 2.4G nRF24L01無線模塊 nRF24L01是由NORDIC生產的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發器芯片。無線收發器包括：頻率發生器、增強型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器和解調器。 nRF24L01模塊應用廣泛，但是傳輸速度受限，而且nRF24L01進行圖像傳輸，需要編碼，比較復雜。 方案二： 150mW 2.4G無線圖像傳輸模塊 模塊可以直接傳輸pal格式的視頻信號，無需編解碼，簡單，快速。 考慮到在實際使用情況下的便利性，選用方案二。 1.2 方案描述 攝像頭采集圖像通過av端子輸出，用av線連接至圖像處理模塊，經過主控芯片kl26和OSD芯片UPD6450處理并且添加字幕后，通過2.4G無線圖像收發模塊傳回主節點，直接輸出至顯示器顯示。 2 理論分析與計算 2.1 視頻格式信號分析 本系統中視頻信號均通過av端子輸出，以av線傳輸，為PAL格式，沒有進行信號格式的轉化。 PAL電視標準，每秒25幀，電視掃描線為625線，奇場在前，偶場在后，標準的數字化PAL電視標準分辨率為720*576, 24比特的色彩位深，畫面的寬高比為4：3, PAL電視標準用于中國、歐洲等國家和地區，PAL制電視的供電頻率為50Hz，場頻為每秒50場，幀頻為每秒25幀，掃描線為625行，其中，幀正程575行，幀逆程50行。采用隔行掃描方式，每場掃描312.5行，場正程287.5行，逆程25行。場周期為20毫秒。行頻為15625赫茲。圖像信號帶寬分別為4.2MHz、5.5MHz、5.6MHz等。 當影像訊號是以基頻傳送時（例如電視游戲機、錄影機等等），便再沒有以上所說，各種以“字母”區分廣播格式的分別了。這情況下，PAL 的意思是指：625 條掃瞄線，每秒25格畫面，隔行掃瞄，PAL 色彩編碼。對數碼影像如 DVD 或 數碼廣播，色彩編碼亦沒有分別，這情況下 PAL 是指：625 條掃瞄線，每秒25格畫面，隔行掃瞄；即是跟SECAM一模一樣。 2.2 通訊信號理論分析 無線電發射機輸出的射頻信號，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接收下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機。 功率單位與P（瓦特）換算公式： dBm=30+10lgP （2.1）
無線網絡的接收靈敏度非常重要，例如，發射端的發射能量為100mW或20dBm時，如果 250K速率下接收靈敏度為－83dBm，理論上傳輸的無遮擋視距為15Km，而接收靈敏度為－77dBm時，理論上傳輸的無遮擋視距僅15Km的一半（7.5Km），或者相當于發射端能量減少了1/4，既相當于25mW，或14dBm 。 3 電路與程序設計 3.1 系統組成 該系統由2個攝像頭,A、B、C節點，1個顯示器等幾部分組成。A節點包括2.4G圖像接收模塊，B、C節點相同，包括KL26主控和UPD6450的字幕疊加模塊以及2.4G圖像發射模塊。系統結構簡單，實現起來方便，具備功能性，與此同時，兼顧了經濟性。 3.2 原理框圖與各部分的電路圖 3.2.1 系統原理框圖 該系統框圖如圖3-1。 圖3-1 無線通訊網絡系統框圖 3.2.2 字幕疊加模塊的電路圖 字幕疊加模塊主要由UPD6450芯片，LM1881芯片及其外圍電路組成。UPD6450芯片原理圖如圖3-2，LM1881芯片的電路如圖3-3。 圖3-2 UPD6450模塊電路圖 圖3-3 LM1881外圍電路圖 3.3 系統軟件與流程圖 字符信號是一種包含了亮度與色度信息的復合信號，在與復合視頻信號進行疊加時，這種包含了色度與亮度的信號是間插在復合視頻信號的高端。為了保證字符能夠正確疊加于視頻信號上，視頻信號與疊加電路要求保證嚴格的同步關系。因此在芯片內部集成了行場脈沖計數器，以保證輸入視頻信號與疊加芯片時鐘的同步。由上面對視頻信號以及同步信號的論述，我們可以根據圖3-4，對芯片的工作指令進行深入的論述。 圖3-4 程序時序圖 圖3-5 程序流程圖 芯片的指令控制通過輸入緩沖器，按照一定時序送入芯片內部譯碼電路，指令經譯碼后送入數據總線，分別送到芯片內的各部分。首先，對顯示控制區進行設置，如對字符大小，顯示位置，顯示區域位置的設置，以上設置經數據總線寫入視頻RAM。同時控制區同時受分離電路以及振蕩信號的影響，者同時控制RAM，為接下來的疊加做必要的設置準備。其次，顯示控碼，送入視頻RAM中進行配置。最后，視頻RAM將字符位置，疊加區域位置及字符信號送入視頻輸入/輸出電路進行疊加。同時外部的輸出后級，可以加入一個匹配的電路使與后級的顯示設備匹配。 程序流程圖如圖 3-5所示。 4 測試方案與測試結果 4.1 測試方案 在兩個攝像頭前放置不同的物品與相同的標準色卡，通過顯示器查看，比價標準比色卡與各自實物，用1~5表示差異從小到大，5最大。 4.2 測試結果 4.3 測試結果分析 結合測試結果與實際制作中的問題，綜合分析，得出如下結論： - 實際情況中，環境存在很多干擾因素，比如第4次實驗時，明顯干擾次數與嚴重程度較其他幾次嚴重很多。通過查閱資料發現，2.4g頻段在生活中應用廣泛，比如無線鍵盤，無線鼠標等。
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5結論 在設計過程中，本著結構簡單，性能均衡的宗旨，從元器件選型到電路設計都有體現。本作品視頻輸出清晰，傳輸距離較遠，但是功耗并沒有達到要求，有很大改進空間。隨著四軸飛行器等的發展，該系統必將呈現較大的發展前景。 6 參考文獻 [1] 孫洪波 楊兆選 楊同實.OSD芯片uPD6450及其應用.[J].電子技術應用,1997,4. [2] 白英彩主編.《微型計算機常用芯片手冊》.上海科學技術出版社,1984. [3] 應用電視 -- 設備原理與工程實踐,北京: 電子工業出版社,1992. [4] 王宜懷編著.嵌入式技術基礎與實踐.[M].北京：清華大學出版社2013； [5]郭天祥.51單片機C語言教程.[M]北京：電子工業出版社，2011. [6]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎.[M]北京：高等教育出版社，2010.
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