短距视频无线通信.docx
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短距视频无线通信
全国大学生电子设计竞赛论文
短距视频信号无线通信网络（G题）
【第四组】
2015年8月15日
摘要
本设计采用调制解调技术实现视频信号的短距离无线传输，系统电路由视频输入、无线发射、无线接收以及视频显示组成。
输入部分采用摄像头进行信号采集，发射部分采用AV射频转换器把输入的模拟信号进行调制，转换为射频信号后天线发射出去。
采用高频头接收，把接收的信号解调后利用LA7577N进行中频放大，然后输出到主节点。
最后由电视机进行显示。
采用UPD6453芯片实现字符叠加。
整个过程利用继电器实现发射节点之间的传输。
关键词：
AV射频转换器；UPD6453芯片；高频头
目录
1方案论证1
1.1无线通信系统的选择与论证1
1.2发射模块的选择与论证1
1.3接收模块的选择与论证2
1.4字符叠加芯片的选择与论证2
2理论分析与计算3
2.1发射机的主要技术要求3
2.2接收机的主要技术要求3
2.3继电器设计指标3
3电路与程序设计3
3.1硬件电路整体设计3
3.2系统软件设计5
4系统测试6
4.1测试方案6
4.2测试结果6
参考文献8
附录一实物图9
附录二字符叠加源程序10
1方案论证
1.1无线通信系统的选择与论证
方案一：
蓝牙（Bluetooth）
蓝牙是由爱立信公司于1994年首先提出的一种工作在2.4GHz频段的短距离无线通信技术规范，用来替代有线连接。
信道带宽为1MHz，连接距离一般小于10m，使用高增益天线可以扩展到100m，一般电池寿命为2-4个月。
鉴于以上特性，蓝牙技术被应用于无线设备、图像处理、智能卡、身份识别等安全产品，以及娱乐消费、家用电器、医疗健身和建筑等领域。
但蓝牙技术遭遇了最大的障碍是过于昂贵。
表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短。
方案二：
无线射频技术
无线射频技术是20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术。
射频技术相对于传统的磁卡及IC卡技术具有非接触、阅读速度快、无磨损等特点。
无线射频技术在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。
与传统的条型码、磁卡及IC卡相比，射频转换具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点和具有防冲突功能。
综上所述，本设计选择方案二。
1.2发射模块的选择与论证
方案一：
AV射频转换器
AV转换器的作用主要是将影碟机、卫星接收机、电视机顶盒、VCD、DVD、游戏机等设备输出的音、视频信号转换成射频信号，使没有音频、视频输入插孔的电视机，通过天线输入插座同样可以观看影视节目，同时可根据客户的要求设计不同的工作电压、F头、PLA制式、NTSC制式、和不同的伴音频率。
AV转换器的优点在于：
AV转换器可以轻松实现AV信号到RF信号的转换。
方案二：
DF数据发射模块
DF数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频漂仅为3ppm/度。
特别适合多路发收无线遥控及数据传输系统。
声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。
综上所述，本设计选择方案二。
1.3接收模块的选择与论证
方案一：
由MLT04组成的接收电路。
MLT04是由互补双极性工艺制作而成，它包含有四个高精度四象限乘法单元。
温度漂移小于0．005％／℃。
0．3μV／Hz的点噪声电压使低失真的Y通道只有0．02％的总谐波失真噪声，四个8MHz通道的总静止功耗也仅为150mW。
MLT04的工作温度范围为－40℃～＋85℃。
方案二：
高频头。
其内部电路包括低噪声放大器和下变频器，完成低噪声放大及变频功能，既把馈源输出的信号放大，再降频为950-2150MHz第一中频信号。
高频头的作用就是将微弱的视频信号进行放大，并且对传输不稳定引起的图像变形与干扰进行处理。
视频处理芯片决定影像的分辨率，而高频头则决定影像的稳定性。
但高频头容易受电磁干扰，因此电视卡一般会在高频头外面包裹一层金属层，以屏蔽电磁干扰。
数字高频头的作用是接收数字电视高频信号，并进行频道选择和高频信号放大及变频处理，有些还带中频信号放大和高频数字信号解调功能，高频数字信号经解调后，输出的数字信号为TS流。
综上所述，本设计选择方案二。
1.4字符叠加芯片的选择与论证
方案一：
多路显示中要求每一路有独立的显示RAM区，采用设置多片RAM的方法，但大大增加了电路的复杂性，成本也比较高。
设计中采用一片大容量的RAM，在其中分别划出四个区域作为四个屏幕的显示RAM。
但一片RAM不可能同时输出四路的字符点阵数据，即必须解决RAM的时分复用问题，才能做到多路的同时显示。
方案二：
UPD6453是富士通公司推出的一款用CMOS工艺制成的专用视频字符叠加芯片。
内部集成了显示内存（VRAM）、外挂字库接口和视频信号发生器，外部只需连接少量的元件就可以显示汉字和图形。
UPD6453提供两种屏幕叠加方法，分别称为“主屏”和“副屏”，二者可单独或相互重叠出现在监视器上;支持的字符显示点阵为24X32，每个字符可以有不同的颜色。
UPD6453有视频信号输入脚，在内部可完成视频信号与字符信号的叠加，直接输出复合视频信号;内部可自行产生同步信号，因此无需外加视频信号和同步信号，可直接输出字符信号至监视器，在监视器上显示不同背景颜色、不同字符颜色的文本。
综上所述，本设计选择方案二。
2理论分析与计算
2.1发射机的主要技术要求
要有一定的工作波段和足够的频率准确度和稳定度；有足够的功率输出；调制性能（调制灵敏度、调制频率特性、调制线性）要好。
2.2接收机的主要技术要求
应工作与规定的波段和采用适当的解调方式；具有高的接收灵敏度；具有好的选择性；应有好的保真度；应有高的工作稳定度。
2.3继电器设计指标
保证继电器在规定使用条件下，可靠正常地工作，准确地反应和传输信号；继电器的使用环境，环境适应性项目有：
温度（极限高低温、温度循环、温度冲击、低温贮存等）、耐潮湿（常温高湿、高温高湿）、耐低气压、振动稳定性及振动强度、冲击稳定性及冲击强度、恒加速度。
在特殊环境下，还有抗盐雾、抗霉菌、耐辐射、运输、贮存等项目。
3电路与程序设计
3.1硬件电路整体设计
CCMOS摄像头采集到的原始图像是NTSC或PAL制式的复合视频模拟信号CCBS．通过AV电缆输入从节点，进行AV射频转换，通过发射天线发射到接受机，进行解调，输入到主节点，通过芯片UPD6453实现字符叠加，最后在电视机上显示，其间各节点的转换通过继电器的切换来实现。
系统原理图如图1所示。
图1系统原理图
一、发射模块设计
（1）电源部分。
交流220V市电经变压器后产生约12V的交流电压，经二极管VD1半波整流，再经整流滤波产生12V左右的直流电压为电源指示灯VD3供电。
与此同时该直流电压经R1限流VD2稳压，在C2两端产生5.1V直流电压（即VCC），为各三极管供电。
（2）音频变频震荡电路。
以Q1为核心，音频信号经R3、C3耦合到Q1的基极，通过Q1的变换产生高频伴音载频信号再由中周T的次级输出，经过C10、I111耦合到混频管Q3的发射极。
由于Q1属于震荡电路，故发射结反偏，即基极电压小于发射极电压（b=2.4V,e=2.6V）。
（3）混频电路。
即射频输出电路，以Q3为核心，作用是把本振信号（由基极输入）和视频信号（由发射极输入）及伴音载频信号（由发射极输入）混为一体，从而产生射频电视信号，从集电极输出，供电视（包括黑白电视在内）高频头选用。
其电路图如图2所示。
图2发射模块电路图
二、接收模块设计
接收模块选用TDQ3型全频道高频头，频率范围是87HZ—860HZ。
调谐电位器W选用较精密的多圈线绕电位器，有利于调谐精度。
波段转换开关K选用有三个输出端的旋钮开关。
设计中选用LA7577N中放板，LM7577N采用声表面滤波器与锁相环同步检波器来分离图像中频信号与伴音中频信号。
锁相环同步检波器还结合一个蜂音消除器抑制蜂音干扰，因此可以获得高质量伴音。
该块主要由三部分电路组成：
图像中频电路，伴音中频电路，静音电路。
图像中频电路有图像中频放大器、锁相环同步检波器、B/W噪音消除器、高效自动增益控制器、压控振荡器、自动频率微调、APC检波器、APC滤波器、锁定检测器、中放自动增益控制、蜂音消除器等电路。
伴音中频电路由具有自动增益控制的前置放大器、伴音差拍电路、伴音中频限幅放大器、正交鉴频器等电路组成。
其原理图如图3
图3接收模块框图
三、字符叠加模块设计
UPD6453具有视频信号发生器、显示存储器（VRAM）和字形存储器接口,只需少量外部元件就可具备字符和图形显示功能。
该芯片有视频信号输入/输出功能,可作为一种通用的OSD,完成视频信号与字符的叠加显示。
可外接2M字节的ROM,显示位置控制可设置水平方向和垂直方向的起始位置,同时可设定行距。
UPD6453内部可自行产生同步信号,无需外加视频信号和同步信号,可直接输出叠加字符信号至监视器,在监视器上显示不同背景颜色、不同汉字颜色的文本。
UPD6453只有3条通信线与89C52进行通信,由于89C52本身没有串行外设接口,因此,在软件设计中,利用89C52的普通I/O口模拟串行通信,利用软件实现模拟SPI方式进行通信,包括串行时钟、数据输入/输出及片选信号。
但是UPD6453没有输入到
89C52的通信线,此模拟SPI系统总线只需3条线即可实现。
其功能框图如图4所示。
图4UPD6453功能框图
3.2系统软件设计
程序设计流程图如图5所示
图5程序流程图
4系统测试
4.1测试方案
（1）不通电，用万用表根据电路图仔细检查各线路连接是否正常。
（2）首先是调试AV转换器部分，编码器和UPD6453芯片不接。
检查AV转换器内的调制模块是否工作。
（3）检查字符添加模块部分程序是否能下进去，若程序能正常运行，则添加字符到视频信号。
（4）将摄像机、AV转换器、编码器、电视机一系列连接，通电，看电视机能否显示清晰的视频图像，且添加字符显示。
4.2测试结果
（1）本设计实现由从节点B到主节点A的单向视频信号传输。
主节点A预留AV视频输出（莲花RCA）插座，可以按照设计要求输出AV模拟彩色视频信号。
设计中采用具有AV输入端子的电视机显示通信的视频内容，电视机的彩色制式与彩色视频信号制式一致。
电视机显示的视频内容应清晰无闪烁，色彩正常，符合设计要求，与摄像头直接用AV电缆连接到电视机的图像质量无明显差异，最小通信距离不小于5m。
（2）设计实现由从节点C到主节点A的单向视频信号传输，实现了两个从节点B和C到主节点A的单向视频信号传输，图像质量与通信距离要求达到设计要求；主节点A可通过开关选择显示从节点B或C的视频内容。
（3）通过开关控制，从节点B和C在其发射的视频信号中，分别叠加对应字符“B”和“C”的图案，在主节点A的电视机屏幕上与视频内容叠加显示。
（4）从节点B和C分别采用2节1.2~1.5V电池独立供电。
摄像头采用电池独立供电，具有产生叠加字符功能，在通信距离为5m时，图像质量符合设计要求。
从节点B和C的功耗应小于150mW。
（5）可以指定从节点C为中继转发节点（指定的方式任意），实现由从节点B到主节点A间的视频信号中继通信。
B节点到主节点A总的通信距离不小于10m，图像质量符合设计要求。
（6）从节点C在转发从节点B视频信号到主节点A的同时，仍能传输自己的视频信号到主节点A。
主节点可通过开关选择显示从节点B或C的视频内容，图像质量与通信距离符合要求。
（7）从节点B发射频率到主节点A,发射频率为196MHz,从节点C发射频率到主节点A,发射频率为175.75MHz。
参考文献
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北京航空航天大学出版社，2011.6
[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全[M].北京：
电子工业出版社，2009.1
[3]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：
高等教育出版社，2011.10
[4]康光华.电子技术基础（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2009.1
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[6]杨欣，莱.诺克斯.电子设计从零开始[M].北京：
清华大学出版社，2010.10
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国防工业出版社，2010.5
[8]耶格.微电子电路设计（第四版）[M].北京：
电子工业出版社，2011.1
[9]刘建影.微电子技术的可靠性互连器件及系统[M].北京：
科学出版社，2013.6
附录一实物图
接收模块
发射模块
附录二字符叠加源程序
#include
#include
#include
volatileunsignedchartimer1_over_flag=0;
volatileunsignedchartime_buf[5];
volatileunsignedchartime_i=0;
unsignedchartemp_buf[100];
unsignedchartemp_buf_f=0,temp_buf_b=0,temp_buf_count=0;
unsignedcharstart_end_data[2]={0x55,0xAA};
//TIMER1initialize-prescale:
256
//WGM:
0）Normal,TOP=0xFFFF
//desiredvalue:
1Sec
//actualvalue:
1.000Sec（0.0%）
voidtimer1_init（void）
{
TCCR1B=0x00;//stop
TCNT1H=0x8F;/tup8F
TCNT1L=0x81;
TCCR1A=0x00;
TCCR1B=0x04;//startTimer
TIMSK=0x04;//timerinterruptsources
}
voidDelay（void）//延时，没有详细计算
{
unsignedintj;
for（j=50;j>0;j--）
;
}
//crc8校验程序
//---------------------------------------------------------------------------------
unsignedcharcrc8（volatileunsignedchar*ptr,unsignedcharlen）
{
unsignedchari;
unsignedcharcrc=0;
while（len--!
=0）
{
for（i=1;i!
=0;i*=2）
{
if（（crc&1）!
=0）{crc/=2;crc^=0x8C;}
elsecrc/=2;
if（（*ptr&i）!
=0）crc^=0x8C;
}
ptr++;
}
return（crc）;
}
#pragmainterrupt_handlertimer1_ovf_isr:
9
voidtimer1_ovf_isr（void）
{
//TIMER1hasoverflowed
TCNT1H=0x8F;//reloadcounterhighvalue
TCNT1L=0x81;//reloadcounterlowvalue
time_i++;
if（time_i==0x84）time_i=0x30;
timer1_over_flag=1;
}
//UART0initialize
//desiredbaudrate:
19200
//actual:
baudrate:
19200（0.0%）
//charsize:
8bit
//parity:
Disabled
voiduart0_init（void）
{
UCSRB=0x00;//disablewhilesettingbaudrate
UCSRA=0x00;
UCSRC=BIT（URSEL）|0x06;
UBRRL=0x17;/tbaudratelo
UBRRH=0x00;/tbaudratehi
UCSRB=0x98;
}
#pragmainterrupt_handleruart0_rx_isr:
12
voiduart0_rx_isr（void）
{
//uarthasreceivedacharacterinUDR
//接收返回的数据
temp_buf[temp_buf_f++]=UDR;
temp_buf_count++;
}
//数据发送【发送5到8位数据位的帧】
voidUSART_Transmit（unsignedchardata）
{
/*等待发送缓冲器为空*/
while（!
（UCSRA&（1<;
/*将数据放入缓冲器，发送数据*/
UDR=data;
}
//两位包头包长度包类型数据校验位
voidsend_data（unsignedchar*buffer,unsignedcharlen）
{
unsignedchari=0,sum=0;
//两位包头
USART_Transmit（start_end_data[0]）;
USART_Transmit（start_end_data[1]）;
//crc8校验
sum=crc8（buffer,len+1）;
//数据内容区，第一位为包长度第二位为包类型
for（i=0;i{
USART_Transmit（*buffer++）;
}
USART_Transmit（sum）;
}
voidmain（void）
{
unsignedchardis_temp_buf[5]={4,11,5,5,79};
unsignedchartest[8]={85,170,4,11,5,5,79,70};//afullpack
uart0_init（）;
timer1_init（）;
SEI（）;
time_i=0x30;
while
（1）
{if（timer1_over_flag）//每秒刷新显示。
{
timer1_over_flag=0;
dis_temp_buf[4]=time_i;
send_data（dis_temp_buf,dis_temp_buf[0]）;
}
}
}
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