TOP1 單片機智能視頻監控系統電路設計

　　防侵入式智能監控系統

　　它是由紅外傳感器、監視器、中央控制器、記錄設備及報警輔助設備等幾部分組成。當有物體進入被監控區域時紅外傳感器給控制系統相應的信號，控制系統對信號進行分析并自動啟動所對應的監視器，當控制系統得到視頻信號時，系統控制記錄設備進行記錄，這樣不但可以節省記錄媒介，并且可以更進一步提高數據質量，亦可降低便攜設備的能耗。

　　紅外信號處理電路設計

　　如圖4所示，熱釋電紅外傳感器的額定工作電流 15mA，工作電壓為2.2-15 V，由4個運放組成2級放大和1個比較電路。輔以4個施密特觸發器構成的延時電路，在本電路里用的7805提供1個穩定的電源。當給傳感器的+Vss端施加穩定的5V電壓時，只要有300-320K的黑體溫度被檢測到時，傳感器的輸出電壓通過連續兩級信號放大，再由比較放大器比較放大，當達到一個設定的門限閾值時就輸出一個有效的信號經過施密特觸發器組成的延時電路，使執行機構動作。

　　USB視頻數據采集系統接口電路設計

　　我們采用PDIUSBD12芯片，這是一種價格便宜、功能完善的并行接口芯片，它支持多路復用、非多路復用和 DMA并行傳輸。PDIUSBD12接口芯片遵從協議USB1.1，適合于不同用途的傳輸類型。PDIUSBD12需要外接微控制器（MCU）來進行協議處理和數據交換，它對MCU沒有特殊要求，而且接口方便靈活，因此設計師可以選用自己熟悉的MCU對芯片進行控制，也可利用Philips公司的固件結構來縮短開發時間、降低風險、減小投資。

　　性能特點：PDIUSBD12除了具有USB設備的一般特性外，還具有如下特點：（1）是一種高性能的USB接口芯片，其內部集成有 SIE（Serial Interface Engine）、320字節的FIFO、收發器和電壓調節器。（2）適用于大部分設備類規范?？膳c任何外部微控制器/微處理器實現高速并行接口，其速度可高達2Mbit/s。（3）可進行完全獨立的DMA操作。（4）主端點配置有雙緩沖，因而可提高數據的吞吐量、減小數據傳輸時間，輕松實現數據的實時傳輸。（5）當采用同步傳輸方式時，數據的傳輸速度為1Mbit/s;而采用批量傳輸方式的速度為1Mbyte/s。在使用上述方式進行數據傳輸時，可方便地使用多種中斷方式。（6）帶有可編程的時鐘輸出，與USB總線的連接可通過軟件來控制（Soft Connect TM）。（7）有兩種工作電壓可供選擇：分別為3.3±0.3V和3.6～5.5V。（8）輸出和數據傳輸狀態可通過USB連接指示燈來監控。

　　紅外傳感信號處理模塊設計

　　為了節約電能， 本終端采用紅外傳感器來檢測監控區域有無人員進入， 只在有人員進入監控區域時， 終端才進入圖像采集、處理、傳輸狀態。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， 可以通過調節電阻R3來達到目的。當有行人進入監控區域時， 熱釋電紅外傳感器PIR 將檢測到的人體發出的紅外線轉化為電信號， 并將其送到BISS0001內部， 信號經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 工作在有效狀態不可重復觸發的情況下（即圖2 中S1 接低電平）， 高電平的持續時間為Ts （Ts=49 152 R1C1）， 在Ts時間段結束時，輸出Vo即刻由高電平進入低電平并被封鎖Ti （Ti =24R2C2 ） 時長； 對于有效狀態可重復觸發的情況來講（ 即圖2 中S1 接高電平）， 如果在前一Ts時間段內， 輸入的變化使得輸出有效狀態再次觸發， 則Vo高電平信號將從此刻算起再持續一個Tx時長， 之后才轉換為低電平并進入封鎖時間Ti。在封鎖時間內， 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。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， 同時也作為TVP5150 芯片的節電模式輸入控制信號， 如圖2 所示。

　　圖像采集模塊設計

　　對于圖像采集模塊， 本設計采用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換為YUV4:2：2 格式的ITU-R BT.656 數字信號， 它可以接收2 路復合視頻信號（CVBS） 或1 路S -Video 信號， 通過I2C 總線設置內部寄存器， 可以選擇輸出8 位4:2：2 的ITU-R BT.656 數字信號（ 同步信號內嵌）， 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3 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，當監控區域無行人走動時，Vo為低電平， 這將使TVP5150 芯片進入省電模式。YOUT［6:0］ 為BT.656/YUV數據輸出引腳，YOUT ［7］/I2CSEL 是BT.656/YUV 數據的第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 引腳的狀態與設備地址映射關系如表1 所示，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據引腳，DM642 對TVP5150 內部寄存器的訪問通過I2C 總線實現。DM642 芯片的VP0D ［19:0］ 為視頻口VP0 的數據總線引腳， 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 的低位數據引腳，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。