无线接入车载4路视频传感器设计与实现

王亚朋， 付永庆

(哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院，哈尔滨 150001)

无线接入车载4路视频传感器设计与实现

王亚朋， 付永庆

(哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院，哈尔滨 150001)

近年来随着网络信息的普及，以及硬件技术的迅速发展，以嵌入式为主的多路车载视频监控传输系统正向着智能化、网络平台化发展.目前车载监控系统主要用模拟摄像头进行采集，用有线进行传输.随着数字摄像头和无线的普及，提出了一种4路视频采集与无线传输的方案设计与实现，为人们的出行安全提供了一定的保证.本系统采用STM32F407单片机作为系统的主控模块，以OV2640数字摄像头作为视频的采集模块，采用Marvell 88W8782模块作为WIFI无线传输模块，STM32控制摄像头模块和无线模块与飞思卡尔的IMX536开发板通过无线进行数据传输.

STM32F407；摄像头；WIFI；无线传输

随着流媒体技术、无线网络传输技术的快速发展，嵌入式无线监控技术在车载监控系统上的应用应运而生且快速发展.车载监控终端与平台管理中心构成的车载监控系统，能够很好的对车辆数据进行监控，及时地处理一些突发的情况，提供了人和车的安全保障，逐步成为主流的交通运输管理系统[1].目前车载监控系统的视频采集和传输主要是通过模拟摄像头及有线传输来完成相关的功能[2].本文设计了一种通过数字摄像头采集视频和无线WIFI传输数据的车载监控系统.该监控系统通过数字摄像头采集视频，图像清晰度比用模拟摄像头有了较大的提升，通过无线进行传输减去了车内布线的麻烦，具有广阔的发展前景.

1 系统组成及说明

该系统主要由两大部分组成，视频数据采集端和处理端，数据采集端的组成主要由主控芯片、摄像头模块、无线WIFI模块等构成.其中主控芯片用来控制外围设备实现相应的功能，摄像头模块用来采集图像数据，无线WIFI模块用来连接路由器传输图像数据.数据处理端是飞思卡尔的IMX536开发板.这两个部分的数据传输是通过路由器实现.视频采集功能框图如图1所示.一共四块，每块采集一路视频.

2 硬件设计

2.1主控芯片

本设计的主控芯片采用的是意法半导体的STM32F407VGT，该单片机是ARM32位的CORTEX-M4 内核，具有摄像头接口，方便连接摄像头，并且支持多种低功耗模式[3].最小系统电路如图2所示.

图1 系统框图

图2 最小系统电路图

2.2摄像头模块

该系统的采集模块选取的是美国OmniVision公司生产的CMOS数字图像传感器OV2640，其最高分辨率为1 632*1 232，支持JPEG、YUV和RGB等格式.本设计采用的分辨率是320*240，输出格式为JPEG.

OV2640摄像头是通过SCCB接口控制传感器芯片的运行，图像的输出格式也是通过SCCB接口来配置内部的寄存器来实现，SCCB总线类似I2C串行总线[4].接口电路如图3所示.

图3 摄像头接口电路图

2.3无线WIFI模块

在考虑到本系统的应用背景下，WIFI传输芯片选择的是能和微处理器通过SDIO口通信的Marvell W8782模块，该模块是一款具有高性能、低功耗、体积小等特点的无线芯片，符合IEEE802.11N标准，并且向下兼容IEEE802.11B/G标准，无线传输速率高达150 M.该模块具有AP和STA两种工作模式.

3 主要部分程序设计

软件的主题框图如图4所示.

3.1主控芯片软件设计

在STM32F407芯片上移植了UCOSII操作系统，UCOSII是一个实时性很强的嵌入式操作系统内核.该操作系统可以交叉进行多个任务，包括对时间和内存的管理、多任务之间通信的同步等，从而使得操作过程有所简化，给用户更好的操作体验[5-6].

主控器移植好UCOSII嵌入式实时操作系统后，上电启动系统，初始化LWIP协议栈，设置网卡MAC，静态配置IP地址，启动采集模块，采用UDP协议将采集到的视频数据发送出去，同时接收来自从控器所发出来的指令.

图4 软件框图

3.2 WIFI模块软件设计

WIFI模块采用STM32处理芯片和88w8782通信芯片构建物理层和链路层硬件平台，两者之间通过SDIO口通信.通过移植Lwip协议实现无线WIFI模块的初始化，发送和接收.实现无线设备的局域网组网和控制.移植结构如图5所示.

图5 Lwip移植结构

Lwip的上层应用和协议栈之间、下层硬件驱动和协议栈之间的信息交互是通过信号量和邮箱来实现.sys_arch.c文件中定义了Lwip使用到的关于信号量、消息邮箱的操作函数.包括信号量的建立、释放和发送函数.

移植通过后工作流程如图6所示.

3.3网络传输

网络传输是一个复杂的过程，需要UCOSII操作系统对多任务和多线程进行调度和协调，UCOSII开放的源代码、多任务处理以及高可靠性非常适合在本系统中使用.在此内核中采用套接字编程实现网络传输[7].图7为监控服务端和客户端的通信模式流程图.

图6 Lwip工作流程

图7 通信模式流程

该软件的主要流程就是初始化系统部件、初始化话内存管理动态分配内存.创建主线程，并进行线程调度，主线程里面主要是对一些驱动和杂项进行初始化，初始化SDIO和WIFI驱动，初始化摄像头并创建一个线程用于发送视频.

3.4远程监控显示

视频接收端是IMX536开发板，该开发板上运行的是基于Linux的Android操作系统，客户端的开发工具是Eclipse，程序设计是基于Java语言实现的，并调用了Android的部分API函数库.通过套接字Socket进行网络通信[8-11].

Android视频接收端显示采用显示类SurfaceView.SurfaceView是从View类中派生出来的显示类[12-13].SurfaceView绘图机制，可以获得更加流畅的显示效果.因为SurfaceView更新画面是在新线程进行，不会造成UI线程的阻塞，提高了程序的反应速度[14].

视频监控端的设计流程如图8所示

图8 视频监控端流程

4 结果分析

视频采集实物图如图9所示，采集系统是用4块如图所示的板子，每一块板子采集1路视频.

图9 采集模块实物图

客户端接收到的4路图像如图10所示.

图10 接收图像显示

5 结 语

本文设计并实现了4路视频数据的采集与无线传输，用STM32作为视频采集的主控芯片，大大节约了成本，SDIO接口的无线模块也能提高图像的传输速度.该设计充分利用了STM32的系统资源，同时实现了远程监控.实验结果表明该系统具有良好的监控效果和监控质量.

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Designandimplementationof4-channelvideosensorsystemforwirelessaccessvehiclemonitoring

WANG Ya-peng, FU Yong-qing

(Institute of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

In recent years, with the popularization of network information, and the rapid development of hardware technology, embedded multi-channel vehicle-based video surveillance transmission system is moving towards intelligent, network platform development. At present, the vehicle monitoring system is mainly used to collect analog camera, using cable for transmission. With the popularity of digital cameras and wireless, this design presented a 4-channel video capture and wireless transmission of the program design and implementation for people’s travel security provides a certain guarantee. The system used STM32F407 microcontroller as the main control module, OV2640 digital camera as a video capture module, with Marvell 88W8782 as a WIFI wireless transmission module, STM32 control camera module and wireless module with Freescale′s IMX536 development board through wireless data transmission.

STM32F407 ; camera; WIFI; wireless transmission

2017-01-04.

王亚朋(1991-)，男，硕士，研究方向：图像处理.

TP277

A

1672-0946(2017)05-0565-05