8位色度信號、8位亮度信號以及場同步與行同步信號先通過FPGA緩存到RAM，同時轉(zhuǎn)換為異步串行數(shù)據(jù)，通過RF模塊發(fā)送。圖3是7620的工作時序。
圖3中，Y信號是8位亮度信號，UV是8位色度信號。VSYNC是場同步信號，HREF是行同步信號。
FPGA的工作是完成圖像數(shù)據(jù)的緩存控制以及啟動RF模塊發(fā)送圖像數(shù)據(jù)。這里，采用Altera公司的EPF6016。它是一顆16000門的FPGA。圖4為FPGA與攝像頭7260、MCU以及RF模塊的連接示意圖。
圖4中，U1為EPF6016ATC100，J1是FPGA與攝像頭7260的連接插座。Y、UV、VSYNC和HREF的定義如前，READY是MCU對FPGA的控制信號，DATA是FPGA與RF模塊之間的串行數(shù)據(jù)線。
當用戶按下門鈴，MCU收到命令開啟照明燈，同時初始化攝像頭7260，并發(fā)送READY信號給FPGA，通知其準備接收圖像信號。由7260的工作時序可以看到，當攝像頭采集到一幀圖像后，VSYNC便發(fā)送1個高電平，F(xiàn)PGA準備接收信號。1幀圖像由很多行組成。這些行在場同步信號VSYNC的兩個高電平之間傳送。而每一行的信號傳輸現(xiàn)時由HREF同步。當HREF的上升沿來到后，F(xiàn)PGA開始接收圖像數(shù)據(jù)。在PCLK的上升沿，每一行的圖像數(shù)據(jù)通過Y口和UV口送出，從時序圖可以看到1行包括640個點。
FPGA需要將收到的圖像緩存到512KB的RAM，需要有20位的地址信號線和8位的數(shù)據(jù)信號線。
FPGA采集到的圖像信號是并長的數(shù)字信號。要將這些信號發(fā)射出去，還需要轉(zhuǎn)化為異步串行數(shù)據(jù)，這個工作由FPGA來完成。我們所規(guī)定的異步串行通信協(xié)議和通用的RS232協(xié)議類似：
沒有信號時，DATA線為高電平；要傳送數(shù)據(jù)的時候，先發(fā)送1個低電平脈沖（起始位），緊接著2個字節(jié)的數(shù)據(jù)（Y[7：0]，UV[7：0]，然后再發(fā)送1個高電平脈沖（停止位）。1幀有效的串行數(shù)據(jù)就由這幾部分構(gòu)成。
微控制器MCU主要完成以下幾個任務(wù)：
①初始化數(shù)字攝像頭7620；
②控制其它外設(shè)，接收和處理鍵盤命令，控制照明設(shè)備的開啟等；
③與FPGA協(xié)同工作，并提供人機接口。
MCU采用常用的AT89C52。圖像采集模塊的工作流程如圖5所示。
2 圖像傳輸模塊
圖像傳輸模塊（RF module）由一塊單片無線收發(fā)芯片nRF2401完成。NRF2401工作在2.4～2.5G ISM頻帶，集成了頻率綜合器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器。由于nRF902使用了晶體振蕩器和穩(wěn)定的頻率合成器，因此頻率漂移很低。電源電壓范圍為2.4～3.6～，輸出功率為10dBm，電流消耗僅9mA。輸出功率和頻偏可通過外接電阻進行編程。輸出信號為調(diào)制的GFSK（高斯鍵控頻率信號），很容易通過8線串行I/O口進行收發(fā)。圖6為nRF2401在無線通信中擴展的外圍電路。
通過PWR-UP、CE、CS引腳的選擇，nRF2401可以工作在激活/等待/節(jié)能模式。這里，使nRF2401工作在激活的突發(fā)脈沖（shock burst）模式。該模式使用片上FIFO。在不使用MCU控制數(shù)據(jù)操作情況下，能以極低的功耗運行數(shù)字部分而又以極快的速度（高為1Mbps）傳輸數(shù)據(jù)，從而大大減少了電流消耗，降低了系統(tǒng)成本并且減少了傳輸時的“空中沖突”冒險。
FPGA送來的異步串行數(shù)據(jù)經(jīng)過nRF2401內(nèi)部的RF帶通濾波、低噪聲放大、頻率綜合和脈沖放大，被調(diào)制成2.4GHz上的GFSK信號，完成圖像信號的傳輸。
3 圖像接收顯示模塊
圖像接收顯示模塊主要由三部分組成：圖像接收、圖像轉(zhuǎn)換和暫存、圖像顯示。如圖7所示。
（1）圖像接收
圖像接收部分也是由無線收發(fā)芯片nRF2401完成。nRF2401可以同時發(fā)射1組、接收2組信號。在突發(fā)脈沖模式下，將RX和CE置高，200μs的建立時間后，nRF2401開始監(jiān)測空中，接收到有效的數(shù)據(jù)包后解調(diào)為原來的數(shù)字信號，送以端頭、地址和CRC位，MCU發(fā)出中斷命令，DR1拉高。MCU也可以置CE為低來中止RF字的接收，同時為載入數(shù)據(jù)輸出適當頻率的時鐘。當所有的數(shù)據(jù)載入后，將DR1拉低，準備接收下一個數(shù)據(jù)包。
（2）圖像轉(zhuǎn)換和暫存
nRF2401傳輸給FPGA的異步串行數(shù)據(jù)，經(jīng)過FPGA轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)并暫存到緩沖區(qū)（512KB的外部RAM），收到MCU的命令后將RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)送到LCD顯示。當整幅圖像都被接收以后，F(xiàn)PGA將存儲的視頻發(fā)送到LCD控制器SED1353。出于安全性的考慮，系統(tǒng)同時還外掛有2MB的內(nèi)存事保存視頻歷史記錄。圖像轉(zhuǎn)換和暫存的過程，其實是前面圖像采集的逆過程。接收部分FPGA的設(shè)計與發(fā)送部分類似，這里不再詳述。
（3）圖像顯示
圖像顯示由LCD控制器SED1353和LCD顯示模塊MCT-G320240DNCW-15N組成。SED1353是一種點陣LCD控制器，支持的分辨率高達1024×1024（單色顯示），能同多種微控制器接口。圖8為SED1353與LCD顯示模塊和MCU等設(shè)備的連接圖。
SED1353的控制信號和圖像顯示的地址信號由MCU提供。FPGA從RAM獲得待顯示的圖像數(shù)據(jù)，得到MCU命令后將數(shù)據(jù)傳送到SED1353，由它將一幅圖像的數(shù)據(jù)暫存緩存到存儲器。當戶主按下應(yīng)答鍵，MCU傳達顯示命令，SED1353就從存儲器取出數(shù)據(jù)傳送給LCD，戶主就能見到來訪者了。
4 印制板設(shè)計要點
為了獲得好的射頻性能，印制板（PCB）的設(shè)計是非常重要的。發(fā)射和接收端電路使用兩層的PCB板，窗余部分大面積連續(xù)接地（在天線底下不應(yīng)有接地面）。設(shè)計時，應(yīng)使用高性能的射頻電容（大容量電容與小容量電容并聯(lián)）來緊密地靠近VDD端，以完成DC電源去耦。電源電壓也應(yīng)在濾波后，從電源分別發(fā)送到各數(shù)字電路。所有器件地、VDD連接、VDD旁路電容都必須盡可能地靠近芯片。數(shù)字信號和控制信號通道不能靠近晶振和XTAL端。
新
聞 中 心
