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摘要：本系统由摄像头、图像处理模块、2.4G无线图像收发模块、显示器等组成。摄像头采集图像通过av端子输出，用av线连接至图像处理模块，经过主控芯片kl26和OSD芯片UPD6450处理并且添加字幕后，通过2.4G无线收发模块传回主节点，直接输出至显示器显示。
关键词：2.4G图像传输、UPD6450、kl26主控 1 方案论证 1.1 方案比较与选择 该系统网路主要分为以下模块： 主控，OSD处理模块，无线传输模块 现对各个模块的选用方案进行论证。 1.1.1 主控比较 方案一：ST公司 stm32f104 该芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能。功能强大，但价格较高，性能过剩。 方案二：TI公司 msp430 MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。是由于其针对实际应用需求。将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上。多用于仪器仪表的领域。 方案三：飞思卡尔公司 kl26 Kl26是飞思卡尔公司推出的MCU，采用ARM Cortex-M0+ 内核，自带16位SAR ADC和12位DAC，支持SPI和I2C等多种协议。 鉴于本系统中对于MCU要求不高，简单好用，价格低，性能够用就好，所以选择方案三。 1.1.2 OSD芯片比较 方案一：使用MB90092芯片。 MB90092 是富士通公司生产的字符叠加ic芯片,用于在 TV 显示屏上显示文字和图形的控制，内部集成了显示内存VRAM, 外挂字库接口和视频信号发生器 外部连接很少的元器件就可以实现内同步或外同步汉字和图形的显示。 方案二：使用MAX7456芯片。 MAX7456芯片消去了外部视频驱动、同步信号分离器、视频切换与EEPROM等外围电路。用户可自定义256个字符。 方案三：UPD6450 μPD6450 是日本 NEC 公司推出的一种可编程大规模集成电路芯片, 主要功能是用于视频切换中选加字符 , 字符点阵最大为12 ×18 , 它能显示数字 、字母及通用字符, 这种芯片串接于视频信号源和监示器的通路中, 视频信号输入此 IC 后, 可得到已经选加了字符的视频输出。加外 , 通过编程可以不 需外部信号,而直接由内部产生视频信号,从而在监示器上显示字符。 相对而言，MB90092功能多，指令复杂，配置寄存器难度较高，而且资源较少；MAX7456芯片外围电路少，集成度高，但是成本较高，且不易购买，综合来说，UPD6450虽然功能较少，但是外围电路量适中，并且应用广泛，资料较多，成本也低。 综上所述，还是选择UPD6450作为OSD芯片。 1.1.3 无线模块比较 方案一： 2.4G nRF24L01无线模块 nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。 nRF24L01模块应用广泛，但是传输速度受限，而且nRF24L01进行图像传输，需要编码，比较复杂。 方案二： 150mW 2.4G无线图像传输模块 模块可以直接传输pal格式的视频信号，无需编解码，简单，快速。 考虑到在实际使用情况下的便利性，选用方案二。 1.2 方案描述 摄像头采集图像通过av端子输出，用av线连接至图像处理模块，经过主控芯片kl26和OSD芯片UPD6450处理并且添加字幕后，通过2.4G无线图像收发模块传回主节点，直接输出至显示器显示。 2 理论分析与计算 2.1 视频格式信号分析 本系统中视频信号均通过av端子输出，以av线传输，为PAL格式，没有进行信号格式的转化。 PAL电视标准，每秒25帧，电视扫描线为625线，奇场在前，偶场在后，标准的数字化PAL电视标准分辨率为720*576, 24比特的色彩位深，画面的宽高比为4：3, PAL电视标准用于中国、欧洲等国家和地区，PAL制电视的供电频率为50Hz，场频为每秒50场，帧频为每秒25帧，扫描线为625行，其中，帧正程575行，帧逆程50行。采用隔行扫描方式，每场扫描312.5行，场正程287.5行，逆程25行。场周期为20毫秒。行频为15625赫兹。图像信号带宽分别为4.2MHz、5.5MHz、5.6MHz等。 当影像讯号是以基频传送时（例如电视游戏机、录影机等等），便再没有以上所说，各种以“字母”区分广播格式的分别了。这情况下，PAL 的意思是指：625 条扫瞄线，每秒25格画面，隔行扫瞄，PAL 色彩编码。对数码影像如 DVD 或 数码广播，色彩编码亦没有分别，这情况下 PAL 是指：625 条扫瞄线，每秒25格画面，隔行扫瞄；即是跟SECAM一模一样。 2.2 通讯信号理论分析 无线电发射机输出的射频信号，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接收下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。 功率单位与P（瓦特）换算公式： dBm=30+10lgP （2.1）
无线网络的接收灵敏度非常重要，例如，发射端的发射能量为100mW或20dBm时，如果 250K速率下接收灵敏度为－83dBm，理论上传输的无遮挡视距为15Km，而接收灵敏度为－77dBm时，理论上传输的无遮挡视距仅15Km的一半（7.5Km），或者相当于发射端能量减少了1/4，既相当于25mW，或14dBm 。 3 电路与程序设计 3.1 系统组成 该系统由2个摄像头,A、B、C节点，1个显示器等几部分组成。A节点包括2.4G图像接收模块，B、C节点相同，包括KL26主控和UPD6450的字幕叠加模块以及2.4G图像发射模块。系统结构简单，实现起来方便，具备功能性，与此同时，兼顾了经济性。 3.2 原理框图与各部分的电路图 3.2.1 系统原理框图 该系统框图如图3-1。 图3-1 无线通讯网络系统框图 3.2.2 字幕叠加模块的电路图 字幕叠加模块主要由UPD6450芯片，LM1881芯片及其外围电路组成。UPD6450芯片原理图如图3-2，LM1881芯片的电路如图3-3。 图3-2 UPD6450模块电路图 图3-3 LM1881外围电路图 3.3 系统软件与流程图 字符信号是一种包含了亮度与色度信息的复合信号，在与复合视频信号进行叠加时，这种包含了色度与亮度的信号是间插在复合视频信号的高端。为了保证字符能够正确叠加于视频信号上，视频信号与叠加电路要求保证严格的同步关系。因此在芯片内部集成了行场脉冲计数器，以保证输入视频信号与叠加芯片时钟的同步。由上面对视频信号以及同步信号的论述，我们可以根据图3-4，对芯片的工作指令进行深入的论述。 图3-4 程序时序图 图3-5 程序流程图 芯片的指令控制通过输入缓冲器，按照一定时序送入芯片内部译码电路，指令经译码后送入数据总线，分别送到芯片内的各部分。首先，对显示控制区进行设置，如对字符大小，显示位置，显示区域位置的设置，以上设置经数据总线写入视频RAM。同时控制区同时受分离电路以及振荡信号的影响，者同时控制RAM，为接下来的叠加做必要的设置准备。其次，显示控码，送入视频RAM中进行配置。最后，视频RAM将字符位置，叠加区域位置及字符信号送入视频输入/输出电路进行叠加。同时外部的输出后级，可以加入一个匹配的电路使与后级的显示设备匹配。 程序流程图如图 3-5所示。 4 测试方案与测试结果 4.1 测试方案 在两个摄像头前放置不同的物品与相同的标准色卡，通过显示器查看，比价标准比色卡与各自实物，用1~5表示差异从小到大，5最大。 4.2 测试结果 4.3 测试结果分析 结合测试结果与实际制作中的问题，综合分析，得出如下结论： - 实际情况中，环境存在很多干扰因素，比如第4次实验时，明显干扰次数与严重程度较其他几次严重很多。通过查阅资料发现，2.4g频段在生活中应用广泛，比如无线键盘，无线鼠标等。
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5结论 在设计过程中，本着结构简单，性能均衡的宗旨，从元器件选型到电路设计都有体现。本作品视频输出清晰，传输距离较远，但是功耗并没有达到要求，有很大改进空间。随着四轴飞行器等的发展，该系统必将呈现较大的发展前景。 6 参考文献 [1] 孙洪波 杨兆选 杨同实.OSD芯片uPD6450及其应用.[J].电子技术应用,1997,4. [2] 白英彩主编.《微型计算机常用芯片手册》.上海科学技术出版社,1984. [3] 应用电视 -- 设备原理与工程实践,北京: 电子工业出版社,1992. [4] 王宜怀编著.嵌入式技术基础与实践.[M].北京：清华大学出版社2013； [5]郭天祥.51单片机C语言教程.[M]北京：电子工业出版社，2011. [6]童诗白，华成英.模拟电子技术基础.[M]北京：高等教育出版社，2010.
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