基于Atmel AVR單片機的無線圖像偵檢系統
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一、項目概述
1.1 引言
對于圖像監控系統，在一些特殊應用場合用戶常會提出這樣的需求：希望能夠通過無線方式監控對象。例如，災害或突發惡性事故現場這類只有救援人員能夠進入的場合，或是郊區、深山、荒原等無人值守的場合。一般的圖像監控系統，由于體積大小、耗電和成本等原因無法滿足以上需求，而用微型CMOS攝像頭和嵌入式單片機組成的無線圖像監控系統是最佳選擇。
Atmel公司推出的新一代Atmel32位AVR UC3系列MCU具有1.38 DMIPS/MHz的性能以及先進的DSP算法功能，具有高性能和低功耗特性的特點。因此選用Atmel32位AVR UC3系列MCU作為設計主體實現一個無線圖像偵檢系統，配合協議中的功耗控制，在能夠較好的實現功能的情況下達到節能環保的目的。
1.2 項目背景/選題動機
災害或突發惡性事故現場由于環境極其惡劣，只有救援人員能夠進入，因此外部的指揮人員難以知曉現場實地的情況從而及時制定搶險方案。若救援人員使用無線遠程圖像偵檢系統實地傳輸現場視頻信息，使搶險指揮部門通過及時看到現場的狀況，并迅速作出相應的方案。不僅能贏得救援時間，而且大大提高了救援能力。
本系統應用領域廣泛：
可用于消防救火、救災現場偵檢時，通過無線方式將圖像傳輸至指揮中心；
通過不同形式的組合可用于重點設施及建筑物的全天候安全監控和大型會議、運動會、演唱會等大型活動的臨時出、入口視像監控；
可用于公安偵察、可疑目標跟蹤等用途；
配合機器人等輔助設施，可用于遙控探測及危險事故處理。
二、需求分析
2.1 功能要求
可同步無線傳輸視頻信號和音頻信號；
發射與接收裝置均有四個頻道可供選擇；
接收系統與顯示系統為手持式/車載式，可安裝于指揮車中；
發射機為電池供電；
可選擇附帶照明燈和溫度、濕度、煙霧傳感器，特別可用于煙霧及黑暗環境中的偵檢。
2.2 性能要求
圖像分辨率：176*144
圖像幀數≥5fps
聲音碼率：32Kbps ADPCM編碼
無線輸出功率：0dBm
無線通信比特率：1M bps
無線通信距離：不小于30米
三、方案設計
3.1 系統功能實現原理（除圖片外需有文字介紹）
硬件主要分為移動端和終端兩個部分，移動端負責圖像、語音等信號的采集與壓縮編碼，終端負責移動端的控制和影音解碼播放功能，移動與終端間通過無線實現雙工通信。
移動端的圖像和語音采集與編碼都用模塊實現，MCU負責控制和幀處理；溫度與煙霧偵測使用一般傳感器經過整流電路送到MCU內部AD進行處理。無線模塊與MCU之間使用SPI口進行通信。
終端將無線接收到的影音與傳感器信息通過MCU進行幀重組，然后分別在液晶屏和揚聲器上播放出來，通過鍵盤實現對液晶、揚聲器和移動端進行一定的控制。
3.1 系統硬件結構框圖
3.2 硬件平臺選用及資源配置
AVR EVK1105評估套件
攝像頭：OV6620 SINGLE-CHIP CMOS CIF COLOR DIGITAL CAMERA
語音編解碼模塊：MC145540
無線模塊：nRF2401
單片機：ATMEL AT32UC3A0512
自制板卡
3.3系統軟件架構
軟件分為移動端與終端兩個部分，移動端軟件底層包括MCU初始化、攝像頭模塊驅動、語言模塊驅動、無線模塊驅動；應用層包括影音與傳感器數據幀處理、終端控制信號處理、移動端休眠及喚醒、無線雙工通信。終端軟件底層包括MCU初始化、液晶屏驅動、語言解碼模塊驅動、鍵盤掃描；應用層包括影音與傳感器數據幀處理、平臺控制、無線雙工通信。
3.4 系統軟件流程（除圖片外需有文字介紹）
移動端MCU軟件流程如圖3.2，上電后首先對MCU內部AD、SPI等功能進行初始化，然后對無線、攝像模塊、語言模塊進行驅動，配置工作狀態。程序主循環部分主要實現的功能包括接收中斷發來了控制指令并對外設進行相應的控制；整個移動端休眠節能狀態與工作模式切換；影音、傳感器數據處理和收發等。
終端MCU軟件流程如圖3.3，上電后初始化MCU和外設。程序主循環部分實現功能包括鍵盤掃描來實現對移動端和終端的控制；影音數據接收和幀處理；與液晶屏和揚聲器通信實現影音播放等。
圖3.2 移動端程序運行流程圖 圖3.3 移動端程序
運行流程圖
3.5 系統預計實現結果
可同步無線傳輸視頻信號和音頻信號；發射與接收裝置均有四個頻道可供選擇；接收系統與顯示系統為手持式/車載式，可安裝于指揮車中；發射機為電池供電；可選擇附帶照明燈和溫度、濕度、煙霧傳感器，特別可用于煙霧及黑暗環境中的偵檢。
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