摘   要： 介紹了一種基于單片機的移動視頻監控系統，詳細給出了硬件各部分的設計。系統由網絡攝像機、無線網絡以及能通過串口進行控制的小車平臺組成，解決了無監控設備區域的監控問題。系統制作簡單，維護方便，充分利用現有資源和技術，同時采用模塊化設計，可移植性很強，在危險、未知環境的探測、監控等領域有很好的推廣應用價值。
關鍵詞： 單片機； 網絡攝像機； 監控； 可移動

    隨著多媒體技術和網絡通信技術的迅速發展，視頻監控技術在國民生產生活的各個領域(如電力系統、電信機房、工廠、城市交通、水利系統、小區治安等領域)得到越來越廣泛的應用[1-2]。但是，在沒有安裝監控系統的地方，就無法使用監控完成一些任務。特別是在探測一些陌生、危險環境(比如地震災區、火災后的救援現場、礦井救援現場、森林、下水道、長期無人的偏僻小區等)時，如果不能事先了解探測地點的環境，冒然救援或安排人員進入，會給進入人員帶來危險，造成不必要的損失。因此需要開發可移動的視頻監控系統，哪里需要就帶到哪里，不僅能夠擴大監控范圍，也能節約成本，甚至還能減少許多不必要的損失。
    目前國內嵌入式視頻監控系統的研究有了很大的發展[3]，參考文獻[3]對基于ARM的嵌入式無線視頻采集系統進行了設計研究。但是這些都是利用ARM嵌入式、USB攝像頭或是其他的小型攝像機進行開發，需要攝像頭的驅動，還要為攝像頭編寫程序，系統比較復雜，技術要求比較高。本文在考慮現有網絡攝像頭的發展情況、3G和各種WiFi信號的覆蓋率提高以及無線路由器技術發展的前提下，充分利用現有資源，提出了一種基于單片機的移動監控系統設計方案。該系統直接利用現有的網絡攝像機作為監控攝像頭，以3G信號或各種WiFi信號(如現場沒有WiFi信號，可用無線路由器自建)為網絡，以開發的基于單片機的小車為載體平臺，實現無線移動視頻監控。該系統充分利用了現有的各種資源，制作簡單，方便使用。本文重點給出了系統的總體設計思路以及硬件各部分的組成。
1 系統總體方案設計
    該系統由一個可以通過接收串口指令進行運動的小車以及網絡攝像頭、無線網絡、客戶終端組成。網絡攝像頭是整個系統的核心和紐帶。
    網絡攝像機裝在小車上，通過無線網絡與客戶終端進行通信，將現場的視頻信號發送至客戶終端，并接收終端發來的指令，進行云臺控制或是將指令轉發至小車控制板。小車控制板在分析信號的有效性之后，根據預先的通信協議發送相應指令到電機驅動模塊，驅動電機轉動，實現小車的移動。系統總體結構如圖1所示。

2 各模塊設計
2.1 網絡攝像機
    本系統選用深圳億維銳創公司生產的YW7800網絡攝像機。該攝像機的外形非常適合在小車上安裝。
    該攝像機自帶云臺，可以實現水平0～355°、垂直0～90°旋轉，同時帶有15 m的紅外功能，視野非常開闊，并且適合夜間使用。它支持動態IP地址，支持局域網、Internet(ADSL、有線通)；支持多種無線傳輸，802.11g無線局域網、CDMA、GPRS，因此很容易組建網絡。該攝像機支持RS422/485透明串口，可以通過串口復用的方式為系統的小車控制板發送信號，不需要單獨為小車開發無線接收設備。另外，該系統集成Web Server，使用Web頁面便可輕松實現遠程監視、控制、設置，因此不需要單獨開發客戶端程序。綜合以上特點，這款攝像機很符合設計要求。
2.2 網絡信號
    目前3G無線信號和各種WiFi信號的覆蓋率已經很高，只需要將客戶終端和網絡攝像機接入同一個網絡，就可以建立網絡攝像機與客戶終端的連接，實現數據的相互傳輸。如果該系統使用的環境沒有無線網絡，鑒于目前無線路由器功能已經很強大，可以在路由器有效范圍內通過無線路由器建立網絡，供網絡攝像機和客戶終端使用。
2.3 小車控制系統
    小車控制系統主要由控制核心板51單片機模塊、串口通信模塊、電源模塊、電機驅動模塊、電機等組成。
2.3.1 51單片機模塊
    本系統選擇AT89C51單片機作為控制芯片。AT89S51是一個低功耗、高性能CMOS 8 bit單片機，片內含4 KB ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1 000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8 bit中央處理器和ISP Flash存儲單元。系統單片機模塊主要由AT89S51單片機以及石英晶體Y1、兩個振蕩電容C3和C4構成的時鐘電路，由電容C5、開關K、電阻R8和電源構成的復位電路組成。可以通過開關K對控制板進行復位[4]。Y1采用頻率為11.059 2 MHz的晶振，兩個電容C3、C4一般取30 pF。其他各端口定義為:P2.0、 P2.1、 P2.2分別接驅動器的脈沖輸入、方向和使能端，控制一路電機，P2.5、P2.6、P2.7控制另外一路電機。P3.0、P3.1接串口線,實現外部信號與單片機的相互傳遞。單片機控制系統如圖2所示。

2.3.3 串口通信模塊
    為使單片機正常工作，需要給其下載程序，這就要使其能與電腦進行通信。計算機帶有9針串口，因此也為單片機控制板設計9針D型連接頭。但是，由于計算機串口是RS232電平，而單片機是TTL電平。所以需要進行電平的轉換。MAX232芯片是MAXIM公司生產的包含兩路接收器和驅動器的IC芯片，它的內部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5 V電源電壓變換成為RS232輸出電平所需的+10 V電壓[6]。其適應性更強，價格適中，硬件接口簡單，所以被廣泛采用。
    本系統的串口通信模塊如圖4所示。電容C6、C7、C8、C9及V+、V-是電源變換電路部分。由于在實際應用中，芯片對電源噪聲比較敏感，所以要為電源VCC加去耦電容C10。MAX232的11腳T1IN接單片機TXD端P3.1，12腳R1OUT接單片機RXD端P3.0，13腳R1IN和14腳T1OUT分別連接D型頭的2、3口，即可以通過D型頭與單片機相互發送數據。

　由于網絡攝像機帶有RS485串口，而小車控制板采用RS232串口，因此需要能夠進行轉換的裝置。TD-106是深圳天地華杰公司設計一款無源RS232到RS485的轉換器，能有效解決RS232串口設備與RS485串口設備之間的通信問題。該轉換器采用獨有的竊電技術，無需外接電源，內置流量控制芯片，具有零延時自動轉換功能。該RS485轉換器能將單端的RS232信號轉為平衡差分的RS485信號，同時還具有體積小、傳輸距離遠、速率高、性能穩定等特性。
2.3.4 電機驅動模塊
　ZD-6560-V4C內部集成控制調速功能，支持內部和外部控制，是一款高集成度高可靠性的驅動器。其接口采用超高速光耦隔離技術,具有很強的抗高頻干擾能力，并且具有電源反接保護、過熱自動保護等。它還具有4檔電流、4檔衰減、4檔細分可調功能，能滿足客戶的不同需求。
　該驅動器具有共陽極和共陰極兩種接法。在本設計中選用共陽極接法，即將脈沖+和方向+同時接5 V電壓，脫機+和脫機-懸空。這時，驅動器共需要2個控制信號，分別是脈沖-和方向-，通過單片機的P2.0(P2.6)、P2.1(P2.7)來控制。其線路圖接法如圖5所示。

    步進電機驅動器的設置使用方法如表1所示。其中N代表OFF,Y代表ON。
2.3.5 電機
    步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，受負載變化影響較小，所以能夠增加系統的穩定性[7]。本系統中小車采用雙輪驅動。57BYG250-76是一款高性能低價格、大扭矩、低噪音的57步進電機;采用優良的材料和先進的制造工藝，保證電機在高速時不失步。其驅動電流為3 A，步距角1.8°。同時，其扭矩為1.5 Nm，大扭矩使小車具有不錯的帶載能力，保證了在安裝網絡攝像機后系統平穩運行。
    本文設計了一款移動監控系統，擺脫了傳統監控布線帶來的麻煩，同時解決了無監控設備區域的監控問題。系統制作簡單，維護方便，充分利用現有資源和技術，同時采用模塊化設計，可移植性很強，在危險、未知環境的探測、監控等領域有很好的推廣應用價值。
參考文獻
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[5] 張積洪，馬創. 基于STC單片機的機場車輛超速報警系統[J]. 微型機與應用，2010，29(22)：100-102.
[6] 顧星辰，胡仁杰，馬智勇. AVR單片機和Matlab串口通信的計時器系統[J]. 單片機與嵌入式系統應用，2013(3)：25-31.
[7] 朱利洋，吳夏來，胡葉民. 基于單片機的門控系統硬件設計[J]. 微型機與應用，2013，32(2)：16-18.