基于STM32的无线视频传输控制系统设计

赵佳，李永亮，曹磊

（1.河北师范大学职业技术学院，河北石家庄，050024；2.32039部队，北京，100094）

0 引言

无线通信技术与嵌入式技术的不断发展使得两者完美融合，并广泛应用于家居、工业、交通、军事等行业。在科学技术不断发展的今天，利用嵌入式与无线通信技术结合，只需要很少的成本就可以实现一套无线视频传输系统，并在其中加入无线控制有更广阔的应用前景[1-3]。相比于有线视频传输控制，它结构更加简单，布放设置更加容易。

本文设计的视频无线传输控制系统是一个具有远程无线控制、远程无线视频传输等功能为一体的系统。远程无线控制：STM32单片机接受上位机通过无线传输模块发送的指令，远程控制云台舵机等执行机构动作。远程无线视频传输：下位机摄像头等传感器的数据经过无线模块上传至上位机，上位机端接收并显示。与一般视频传输控制系统不同的是，它不仅可以通过无线信号实现普通视频传输控制功能，还可以较方便的扩展功能并搭载于不同平台，实现360度的无死角监控。

1 系统方案设计

本系统通过无线信号进行系统的远程控制，同时将摄像头的高清图像通过无线信号进行上传，将图像在上位机实时显示，使系统在视域外也能很好的进行工作。系统主要以电源模块、控制模块、通信模块、传感器模块、执行模块等构成的硬件部分和上位机软件部分组成。系统主要硬件结构如图1所示。

图1 系统硬件结构框图

2 硬件部分介绍

■2.1 控制模块

控制模块选用意法半导体公司(ST)设计生产的STM32 F103RCT6型号单片机。依据芯片手册及系统需求，设计了时钟电路、复位电路等外围电路，并预留了传感器、步进电机等模块的接口。该模块负责收集传感器数据，监测当前环境，并接收上位机经过WiFi发送的的控制指令，对云台舵机、步进电机等进行控制。STM32外围电路结构如图2所示。

图2 STM32外围电路结构图

■2.2 通信模块

通信模块选用MediaTek的LinkIt 7688模块用来实现无线通信[4]。LinkIt 7688包含MPU，支持C语言和Python等语言开发[5]。LinkIt 7688与STM32单片机之间使用RS232通信协议进行通信，使用RX、TX、GND三线实现全双工通信。LinkIt 7688使用WiFi (802.11n)与上位机进行通信。LinkIt 7688模块还需要接收图像传感器的图像数据，图像传感器以USB口输出，通过串口与控制模块连接。

■2.3 传感器模块

传感器模块由图像传感器、微波感应模块、超声波传感器等传感器组成，负责感知当前环境参数转化为电信号传递给控制模块[6]。图像传感器上电后直接将图像数据发送至LinkIt 7688 WiFi模块，然后上传至上位机。微波感应模块受STM32单片机控制，当微波感应模块使能端置高电平时开始测量，并将数据发送至STM32单片机。超声波感应模块同样受STM32单片机控制，单片机每隔100ms发送至超声波感应模块一个18us的高电平信号，超声波模块工作，然后由与单片机相连的ECHO端高电平时间计算得出距离[7]。该模块框图如图3所示。

图3 传感器模块框图

■2.4 执行模块

执行模块由云台舵机、步进电机等执行机构组成，负责接收上位机控制指令改变摄像头角度、实现系统移动等功能。云台舵机所需功率较小，直接由STM32单片机控制信号驱动，步进电机功率较大，由STM32控制步进电机驱动板，步进电机驱动板由12V电源供电在STM32单片机控制下驱动步进电机。执行模块框图如图4所示。

图4 执行模块框图

3 上位机软件设计

本设计选用PC机作为上位机，实现图形化操作和显示。上位机软件主要实现接收LinkIt 7688上传的视频信号进行显示，并对下位机发送指令进行控制。无线视频传输控制功能需要使用WiFi模块驱动程序和C#接口程序来实现，使用C#编程语言来实现接口程序设计，并结合硬件设备嵌入式编程。控制功能通过控制Q、W、E、A、S、D六个按钮实现探测车逆时针旋转、前进、顺时针旋转、左平移、后退、右平移动作，舵机云台通过方向键Up、Down、Left和Right键实现云台的水平旋转和垂直旋转。该应用程序具有检索视频信号、捕获、显示、远程控制等功能。上位机软件界面如图5所示。

图5 上位机软件界面

4 系统实现

本设计基于STM32单片机设计制作了无线视频传输控制系统，完成了模块选择、电路设计、软件编写等工作，实现了上位机与下位机通过无线信号传输图像数据和控制指令，并在上位机显示视频图像和下位机接收上位机控制指令等功能。上位机接收显示如图6所示，图中显示内容为本设计的主要硬件部分。

图6 上位机接收图像显示

摄像头将图像转化为数字信号，通过USB接口将图像数据发送至LinkIt 7688[8]，LinkIt 7688将图像数据转化为WiFi信号上传至上位机，上位机程序侦听指定端口的图像数据，显示视频图像。下位机端LinkIt 7688接收上位机WiFi信号，将WiFi信号中包含的控制指令转化为串口信号，通过串口将其传输给STM32单片机，STM32单片机依据控制指令做出相应动作。在该系统的实际测试中：上位机接收画面流畅、清晰；下位机可以依据上位机指令进行控制；视频传输与控制距离可以达到最远40米。

5 小结

本文开展的无线视频传输控制具有深远的意义，特别是实现了无线视频传输和无线控制的结合，达到了预期的设计要求，实现了稳定的无线视频传输控制。该系统可以搭载在探测车、云台探头等多种设备上使用，可以代替人类进入危险或未知区域进行探测、样本采集和实现智能监测云台等功能。有效防止了人类进入危险地区探测，降低生命财产损失和降低云台检测功耗等问题。