智能視頻監(jiān)控終端電路模塊設計 — 電路圖天天讀（33） - 全文

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來越多地走進人們的生活， 系統(tǒng)節(jié)能也是電子系統(tǒng)必須考慮的一個重要參數(shù)。對一個少有人出入的場合， 采用不間斷的實時監(jiān)控不僅沒有必要，也會浪費很多的電能。針對這種情況， 本文設計了一個無人值守的智能監(jiān)控終端。在沒有人進入監(jiān)控區(qū)域時，監(jiān)控終端處于低能耗的休眠狀態(tài)； 當紅外傳感器檢測到有人進入監(jiān)控區(qū)域時， 終端被喚醒并開始攝像， 同時將處理后的視頻信號經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心， 為中心值班人員提供判斷依據(jù)。對于出入人員較少的場合， 利用該監(jiān)控終端可以有效減少系統(tǒng)能耗， 減少傳輸、保存的數(shù)據(jù)量， 而且不會錯過監(jiān)控對象。

　　中央處理器的選擇

　　由于終端要處理的數(shù)據(jù)量大， 實時性強， 所以采用多媒體處理芯片TMS320DM642（ 以下簡稱為DM642） 。該芯片是TI 公司C6000 系列DSP 中較新的32 位定點DSP ， 工作頻率由內(nèi)部倍頻器設置， 可以達500 MHz 、600 MHz 或720 MHz ， 每秒可執(zhí)行指令數(shù)4 000 、4 800 、5 760 MIPS 。DM642 采用TI 公司第2 代增強型超長指令集， 它的EMIFA 接口數(shù)據(jù)總線寬度為64 位， 最高存取頻率133 MHz ， 可直接與大容量、低成本的SDRAM 芯片無縫連接。DM642 帶有3 個雙通道（A，B 兩通道）數(shù)字視頻口， 可同時處理多路數(shù)字視頻流。DM642 擁有I2C 接口， 可以與外部I2C 設備通信， 用來配置外部I2C 設備的寄存器，DM642 的網(wǎng)口（EMAC 接口） 、PCI 口和HPI 口共享引腳。因其處理性能強， 外圍接口多而靈活， 在機器視覺、醫(yī)學成像、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控、數(shù)字廣播等領域得到了廣泛的應用。

　　 紅外傳感信號處理電路模塊

　　本終端采用紅外傳感器來檢測監(jiān)控區(qū)域有無人員進入， 只在有人員進入監(jiān)控區(qū)域時， 終端才進入圖像采集、處理、傳輸狀態(tài)。本設計采用BISS0001芯片為熱釋電紅外傳感信號處理核心元件， 其應用電路如圖2 所示。

　　圖2 紅外信號處理電路

　　圖2 中，7805 為三端穩(wěn)壓集成電路， 為信號處理電路提供電源。BISS0001 芯片的第9 引腳為觸發(fā)控制信號Vc的輸入腳， 工作中應當保證輸入電壓， 可以通過調(diào)節(jié)電阻R3來達到目的。當有行人進入監(jiān)控區(qū)域時， 熱釋電紅外傳感器PIR 將檢測到的人體發(fā)出的紅外線轉(zhuǎn)化為電信號， 并將其送到BISS0001內(nèi)部， 信號經(jīng)BISS0001 處理后由2 腳輸出， 輸出Vo為低電平到高電平的跳變。如果BISS0001 工作在有效狀態(tài)不可重復觸發(fā)的情況下， 高電平的持續(xù)時間為Ts （Ts=49 152 R1C1）， 在Ts時間段結(jié)束時，輸出Vo即刻由高電平進入低電平并被封鎖Ti （Ti =24R2C2 ） 時長； 對于有效狀態(tài)可重復觸發(fā)的情況來講（ 即圖2 中S1 接高電平）， 如果在前一Ts時間段內(nèi)， 輸入的變化使得輸出有效狀態(tài)再次觸發(fā)， 則Vo高電平信號將從此刻算起再持續(xù)一個Tx時長， 之后才轉(zhuǎn)換為低電平并進入封鎖時間Ti。在封鎖時間內(nèi)， 即使由于負載的切換而引入的干擾也不會改變輸出Vo的狀態(tài)。本設計中讓S1 接高電平， 紅外傳感信號處理電路的輸出信號Vo作為DM642 的外部中斷信號， 將Vo與DM642 的GP［5:4］連接， 同時也作為TVP5150 芯片的節(jié)電模式輸入控制信號。

　　圖像采集電路模塊

　　對于圖像采集模塊， 采用TI 公司的TVP5150作為解碼芯片。TVP5150 是一款超低功耗的解碼芯片，正常操作時的功耗只有113 mW， 節(jié)電模式下功耗為1 mW， 并支持PAL/NTSC/SECAM 等格式， 它能將攝像頭所采集到的模擬圖像信號轉(zhuǎn)換為YUV4:2：2 格式的ITU-R BT.656 數(shù)字信號， 它可以接收2 路復合視頻信號 或1 路S -Video 信號， 通過I2C 總線設置內(nèi)部寄存器， 可以選擇輸出8 位4:2：2 的ITU-R BT.656 數(shù)字信號， 以及8 位4:2：2 的ITU-R BT.601 信號（同步信號分離， 單獨引腳輸出）。TVP5150 與DM642 的硬件連接如圖所示。

　　圖3 TVP5150 與DM642 硬件連接圖

　　TVP5150 芯片的AIP1A 和AIP1B 為模擬信號的輸入端， 該引腳需接0.1～1 μF 的濾波電容，HSYNC 為行同步信號的輸出引腳。由于本設計采用了同步信號內(nèi)嵌的ITU-R BT.656 格式， 所以該引腳未與DM642 相關引腳相連接。PND 引腳為省電模式的控制信號輸入端， 低電平有效， 與紅外傳感信號處理電路的輸出信號Vo連接，當監(jiān)控區(qū)域無行人走動時，Vo為低電平， 這將使TVP5150 芯片進入省電模式。YOUT［6:0］ 為BT.656/YUV數(shù)據(jù)輸出引腳，YOUT ［7］/I2CSEL 是BT.656/YUV 數(shù)據(jù)的第7 位， 也是I2C 接口設備地址設置位，TVP5150 設備地址由I2CSEL 引腳所接的上拉電阻或下拉電阻確定，I2CSEL 引腳的狀態(tài)與設備地址映射關系，DM642 和TVP5150 應答過程中需要從片TVP5150 的地址。SCL、SDA 分別為I2C 接口的串行時鐘和數(shù)據(jù)引腳，DM642 對TVP5150 內(nèi)部寄存器的訪問通過I2C 總線實現(xiàn)。DM642 芯片的VP0D ［19:0］ 為視頻口VP0 的數(shù)據(jù)總線引腳， 其中VP0D ［8:2］ 與多通道串行口McBSP0 引腳復用， 為了將VP0D ［8:2］ 配置為VP0 的低位數(shù)據(jù)引腳，需要把PERCFG 寄存器中的VP0EN 位置1。VP0CLK0 為外部像素時鐘輸入引腳， 與視頻解碼芯片TVP5150 的像素時鐘輸出引腳PCLK/SCLK 連接。

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術編輯點評分析：

　　設計了一種節(jié)能型視頻監(jiān)控終端。該終端以TMS320DM642 芯片為核心，在攝像頭、圖像解碼芯片TVP5150、紅外傳感器等外圍芯片的協(xié)助下， 能有效監(jiān)控區(qū)域人員出入情況， 并僅在有人員進入監(jiān)控區(qū)域時才開始視頻圖像的采集、處理、傳輸?shù)?，既達到了監(jiān)控目的，又節(jié)約了部分電能。面向?qū)崟r圖像處理， 采用模塊化設計思想， 以多媒體專用DSP 處理器TMS32ODM642 為核心， 在紅外傳感器、圖像采集芯片、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理芯片等的緊密配合下， 終端既能完成圖像的采集、處理、傳輸功能， 又能實時地根據(jù)監(jiān)控區(qū)域的人員變化情況調(diào)整工作模式，減少了無用數(shù)據(jù)的處理， 提高了效率， 節(jié)約了成本， 滿足了社會對電子產(chǎn)品的綠色、低碳的要求。

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