智能社區(qū)物業(yè)視頻短信終端設(shè)備的實(shí)現(xiàn)

摘要：從我國(guó)目前住宅社區(qū)現(xiàn)實(shí)情況出發(fā),運(yùn)用視頻疊加器對(duì)社區(qū)監(jiān)控管理進(jìn)行完善,提出了智能社區(qū)視頻短信傳輸與疊加的新概念,介紹了SD03C03字符疊加芯片及社區(qū)視頻短信終端設(shè)備的軟、硬件實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)疊加 圖像監(jiān)控系統(tǒng)  視頻短信

近年來,隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展,出現(xiàn)了很多高檔次智能社區(qū)。這些新型社區(qū)的一個(gè)很顯著的特點(diǎn)就是在街角和每棟大樓的門口都安裝了攝像頭作為監(jiān)視設(shè)備,并且每家每戶都有視頻監(jiān)視屏幕。一方面,當(dāng)有客人訪問時(shí),客人可通過門口的電話通信請(qǐng)求業(yè)主開門,這時(shí)業(yè)主可以通過監(jiān)視屏幕來判別來人是否認(rèn)識(shí)而決定能否令其入內(nèi);另一方面,物業(yè)公司可根據(jù)實(shí)際需要將這些監(jiān)控信號(hào)調(diào)回主控制中心,以便對(duì)業(yè)主處發(fā)生的任何意外情況迅速作出反應(yīng),保證了各家各戶的人身財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)前社區(qū)管理水平有了很大提高,但還有許多不盡人意的地方,比如催繳各類公共事業(yè)費(fèi)用仍然只能通過物業(yè)人員上門通知或?qū)懺诟鳁澊髽情T口的黑板上,這樣既不方便又不能取得良好的效果。針對(duì)這個(gè)問題,本文提出了將視頻疊加芯片[1](VAD)運(yùn)用到社區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中,這樣物業(yè)公司就可以將各類消息通過社區(qū)內(nèi)已有的監(jiān)控信號(hào)通路傳送到各位業(yè)主處,并顯示在業(yè)主們的監(jiān)控屏幕上。經(jīng)過對(duì)市場(chǎng)上各種VAD芯片的比較,本設(shè)計(jì)選用上大眾芯微電子有限公司的SD03C03芯片。

1系統(tǒng)整體概述

經(jīng)過對(duì)各個(gè)社區(qū)物業(yè)管理情況的具體了解,設(shè)計(jì)了一個(gè)以物業(yè)公司的PC機(jī)為控制中心,以各戶業(yè)主家里的視頻短信終端設(shè)備為子模塊組成的完整系統(tǒng),如圖1所示。物業(yè)公司可通過PC機(jī)發(fā)送短信消息給指定用戶,而業(yè)主又可通過自己家中的終端設(shè)備方便地進(jìn)行瀏覽控制。

圖1視頻短信終端設(shè)備框圖

1.1串口通信方式

本系統(tǒng)采用異步通訊形式,速率為9600bit/s,每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)采用11位進(jìn)行傳送:1位起始、1位停止、一位校驗(yàn)和8位數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳送時(shí)加入了握手信號(hào),極大地提高了可靠性。信息以幀的形式收發(fā),一個(gè)完整的信息幀由連續(xù)的字節(jié)序列組成,并且有明確的開始和結(jié)束標(biāo)志,以使接收方能夠識(shí)別出完整的一幀。協(xié)議規(guī)定的幀格式如表1所示。

通信協(xié)議只能作為實(shí)現(xiàn)信息交互的基礎(chǔ),更重要的在于具體接口方式的選取。該系統(tǒng)作為改善社區(qū)物業(yè)監(jiān)控管理之用,物業(yè)管理控制室利用原來已經(jīng)鋪設(shè)好的監(jiān)控信號(hào)通信通道作為信號(hào)傳輸總線,向各住戶傳送一些簡(jiǎn)單的視頻短信,所以選用總線式RS-485[2]作為通信接口:物業(yè)PC管理主機(jī)作為上位機(jī),發(fā)出串口通信信息;各個(gè)用戶視頻短信終端作為下位機(jī),利用單片機(jī)接收對(duì)應(yīng)于自己的信息。管理主機(jī)既可采用廣播模式發(fā)送消息又可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,每戶人家都有一個(gè)自己對(duì)應(yīng)的地址,通過握手信號(hào)實(shí)現(xiàn)主從通信。圖2給出了基本的通信方式示意圖。

圖2系統(tǒng)串口通信示意圖

1.2功能簡(jiǎn)介

智能社區(qū)物業(yè)視頻短信設(shè)備的核心是視頻疊加芯片SD03C03,它實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)基本功能(見圖1):(1)根據(jù)指定的協(xié)議與PC機(jī)正確通信,實(shí)現(xiàn)多頁信息的發(fā)送與接收;(2)通過SD03C03的尋址,不斷從自建字庫中取出物業(yè)PC機(jī)發(fā)過來的字符,實(shí)現(xiàn)將指定的字符疊加于視頻之上;(3)業(yè)主能正常地通過鍵盤對(duì)接收到的短信進(jìn)行指定的操作,根據(jù)用戶的實(shí)際情況分為三個(gè)按鍵進(jìn)行不同操作:按鍵1完成向上翻頁顯示字符;按鍵2實(shí)現(xiàn)向下翻頁顯示字符,按鍵3刪除已讀的短消息;(4)能對(duì)突發(fā)斷電事件及時(shí)響應(yīng)處理,重新復(fù)位后仍可以讀取原來存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的信息。下面介紹該系統(tǒng)中最重要的視頻短信終端設(shè)備的硬件電路和軟件部分。

2視頻短信終端設(shè)備硬件電路設(shè)計(jì)

2.1視頻疊加芯片SD03C03簡(jiǎn)介

SD03C03芯片是上大眾芯微電子有限公司推出的一款數(shù)模混合并能在攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)上疊加字符的系統(tǒng)芯片,它能夠根據(jù)用戶需要通過三根線sel2～sel0選擇八種不同的視頻顯示模式,參見表2,最多可以顯示8(行)×16(列)＝128個(gè)不同的16×16點(diǎn)陣字符,且使用方便,功能強(qiáng)大。

該芯片由內(nèi)部時(shí)序控制、地址碼生成、疊加字符信息處理、視頻同步信息處理、自激振蕩環(huán)路和顯示模式選擇等若干個(gè)功能單元組成,用來將片外EEPROM、單雙口RAM或Flash中儲(chǔ)存的字符信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭莎B加在視頻信號(hào)上的信息,并且可通過內(nèi)部時(shí)序控制功能單元調(diào)節(jié)字符在監(jiān)視器上的疊加位置。用SD03C03芯片組成的字符疊加設(shè)備是以獨(dú)特的掛接方式[3]工作在由攝像機(jī)和監(jiān)視器組成的圖像監(jiān)控系統(tǒng)中,并且對(duì)原系統(tǒng)無插入損耗。在銀行、大型超市、大型停車場(chǎng)、倉庫、高速公路收費(fèi)站、高樓電梯、道路交通、居民社區(qū)等安裝有攝像機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)中,均能使用由SD03C03芯片開發(fā)的低成本的字符疊加設(shè)備。

在SD03C03中疊加入一個(gè)16×16點(diǎn)陣字符信息,占用存儲(chǔ)器32byte。下面以字符“H”為例說明點(diǎn)陣信息格式及其在存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)方式。假設(shè)字符“H”在存儲(chǔ)器中的地址范圍為0030H~004FH,總共32個(gè)字節(jié)。表3、表4分別給出了字符“H”的點(diǎn)陣信息格式和其在存儲(chǔ)器中的具體存儲(chǔ)格式。SD03C03通過地址線訪問存儲(chǔ)器,讀出字符點(diǎn)陣信息并把它轉(zhuǎn)化為可以疊加在原有視頻圖像上的信息。具體效果將在后面介紹。

2.2自建字庫電路

本終端設(shè)備用于社區(qū)視頻消息傳輸及疊加顯示,由于疊加字符必須是可以任意變化的,所以除了標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)字庫外,還自定義100個(gè)字符圖標(biāo)來滿足要求,總計(jì)約為8000個(gè)字符。每個(gè)字符占用32byte空間,也就是說全部數(shù)據(jù)的信息占用300kbyte左右。如果直接傳送這些字符的點(diǎn)陣信息,系統(tǒng)的開銷將會(huì)很大,所以外加了一片512KROM來保存這些字符的點(diǎn)陣信息并作為自建字庫接入設(shè)備。這樣單片機(jī)只需要將從上位機(jī)接收到的字符在自建字庫中的對(duì)應(yīng)地址發(fā)送到兩片2KRAM(6116)中分頁保存,這時(shí)RAM中的數(shù)據(jù)叫做字符的偏移地址。當(dāng)用戶閱讀時(shí),系統(tǒng)RAM首先輸出字符的偏移地址到存放自建字庫的EEPROM(AT28MC040)中,然后由本地的ROM再輸出對(duì)應(yīng)字符的點(diǎn)陣信息。SD03C03芯片與片外RAM和自建字庫的連接如圖3所示。只要用SD03C03芯片的A5～A11七根地址線連接片外RAM即可尋找字符的偏移地址。這樣做就巧妙地傳送了字庫地址,大大壓縮了串口通信的數(shù)據(jù)量,也大大減少了RAM的容量。系統(tǒng)根據(jù)自己的需要可以確定不同的字庫內(nèi)容,雖然軟件的開銷稍微增加,但是綜合全局考慮還是非常可行的。[!--empirenews.page--]

圖3視頻短信終端設(shè)備原理圖(RAM、ROM和SD03C03部分)

注:AA是單片機(jī)地址總線,AB是SD03C03芯片地址總線,AY是片外RAM地址線

圖4地址切換電路

2.3地址切換技巧

雖然用片外RAM存取字庫的偏移地址很巧妙,但是在設(shè)備中既需要單片機(jī)向RAM發(fā)送字符在字庫中的偏移地址,實(shí)現(xiàn)寫入功能;又需要SD03C03芯片將其本身的地址信息傳給RAM,由RAM芯片將對(duì)應(yīng)的地址輸出給自建字庫芯片,完成讀出的功能,這樣兩塊不同的芯片對(duì)RAM讀寫會(huì)產(chǎn)生地址沖突,影響其正常工作。本文采用一種特殊的地址切換方式使普通單口RAM能完成昂貴的雙口RAM的功能,如圖4所示。將系統(tǒng)的兩組七位地址總線接到兩塊二選一芯片74LS257上,系統(tǒng)中工作的地址總線就通過74LS257的輸出端(AY6～AY0)被切換。當(dāng)單片機(jī)向RAM中寫入字符的偏移地址時(shí),74LS257的選通信號(hào)257WR為低電平,單片機(jī)地址線AA6～AA0被選用;當(dāng)通過SD03C03芯片從ROM讀出數(shù)據(jù)時(shí),74LS257選通信號(hào)257WR為高電平,這時(shí)系統(tǒng)中起作用的就變?yōu)镾D03C03芯片的地址線AB6～AB0了。這樣既完成了雙口RAM的功能,又大大節(jié)省了成本。

2.4掉電保護(hù)電路

由于視頻短信終端設(shè)備是安裝在社區(qū)各住戶家中的,所以并不可能24小時(shí)一直開機(jī)。而物業(yè)公司控制中心的PC管理主機(jī)不管客戶終端打開與否,隨時(shí)都可能向業(yè)主們發(fā)送消息的,另外業(yè)主也有可能在瀏覽短消息時(shí)突然斷電,這樣僅僅用外部RAM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息就會(huì)造成掉電丟失,給客戶帶來極大的不便,所以必須要有掉電保護(hù)電路(見圖1),即外接一片F(xiàn)LASHROM存儲(chǔ)字符在字庫中的偏移地址來防止這種情況的發(fā)生。因?yàn)橐@示12頁短消息,芯片的模式又選擇最大化,即每頁顯示128個(gè)不同的字符,考慮到以后系統(tǒng)升級(jí)的需要,所以選擇了ATMEL公司的新一代高速閃存芯片AT24C08[4]。單片機(jī)在發(fā)送字符偏移地址到RAM的同時(shí)將它們存儲(chǔ)到片外FLASHROM中,每當(dāng)設(shè)備重新啟動(dòng)程序初始化時(shí)就自動(dòng)去讀閃存中保存的掉電前的信息,并且在刪除信息的同時(shí)清空外部FLASHROM。這樣就實(shí)現(xiàn)了在線燒錄,非常好地解決了掉電丟失信息的問題。

2.5字符疊加和位置控制電路

前面已經(jīng)對(duì)視頻短信終端設(shè)備的幾個(gè)重要的模塊進(jìn)行了詳細(xì)介紹,只要再加上固定的字符疊加和位置控制電路[5]就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)了。字符疊加和位置控制電路見圖3。終端設(shè)備根據(jù)需要選擇了最大模式顯示字符,即每頁可以疊加上8(行)×16(列)＝128個(gè)不同的字符信息,所以SD03C03芯片的三條模式線sel2～sel0都接高電平;SD03C03芯片的字符輸出端Dout的信號(hào)受到一個(gè)開關(guān)三極管Q1的控制,疊加到輸入的視頻信號(hào)上,電位器W4用來調(diào)節(jié)字符疊加的亮度;通過調(diào)節(jié)連接在單穩(wěn)態(tài)芯片74LS221上的兩個(gè)電位器W1和W2可以分別改變字符在屏幕上的水平和垂直顯示位置;而自激振蕩回路上的電位器W3起到調(diào)節(jié)字符寬窄的作用。圖5為實(shí)際疊加效果。用戶還可以根據(jù)自己的不同需要改變字符疊加電路來改變顯示形式,比如要將字符顯示在黑色屏幕上,只需要增加一個(gè)切換電路將外部信號(hào)關(guān)斷,改為顯示黑屏,再作字符疊加即可,方便實(shí)用。

圖5視頻短信終端屏幕疊加效果圖

圖6中斷程序流程圖

3視頻短信終端設(shè)備軟件研究

本終端設(shè)備的軟件流程比較復(fù)雜,采用KEILC51進(jìn)行編寫。下面對(duì)主程序及其分支程序作簡(jiǎn)單介紹。

3.1主程序

在主程序中,首先根據(jù)要求設(shè)置各類參數(shù),例如波特率、定時(shí)器中斷時(shí)間等;然后從片外的FLASHROM中讀出存儲(chǔ)在其中的設(shè)備復(fù)位之前的信息,并寫入RAM中保存,完成前面所說的掉電保護(hù)功能;接著開放定時(shí)器中斷和串行口中斷,并一直原地等待各類中斷的到來。

3.2中斷程序流程

該視頻短信終端設(shè)備的主程序只是起到初始化的作用,所有實(shí)際操作都是在中斷服務(wù)子程序中完成的。圖6是串口中斷和定時(shí)器0中斷的流程圖。

串口中斷要完成上、下位機(jī)的通信功能,其流程為:主程序初始化完成后原地等待,當(dāng)上位機(jī)有指令發(fā)送時(shí)便進(jìn)入中斷子程序:首先判定起始碼、數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度和目標(biāo)地址碼,當(dāng)三者都符合要求,則接收命令碼,由于實(shí)現(xiàn)的功能比較多,所以包含多條命令,圖中只列出了三條最常用的(短消息發(fā)送、短消息刪除和LED閃爍控制)命令用以說明;隨后程序根據(jù)接收到的命令碼進(jìn)入相應(yīng)的子程序,執(zhí)行完以后才返回主程序等待下一次串行中斷的到來。

定時(shí)器0中斷能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)按鍵操作,首先設(shè)定一個(gè)寄存器Counter,用于記錄上位機(jī)發(fā)來的消息數(shù)目,最多可以記錄12個(gè)數(shù)目,即系統(tǒng)可以完成12頁信息的疊加顯示,用戶可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)顯示頁的上翻和下翻。主程序在初始化后每隔50ms自動(dòng)地對(duì)定時(shí)器0進(jìn)行掃描,進(jìn)入中斷,判斷按鍵有無變化。若有的話,便繼續(xù)判斷寄存器Counter。如果Counter為0,則說明上位機(jī)根本沒有向系統(tǒng)輸入信息,這時(shí)即使有按鍵響應(yīng)屏幕上也沒有字符疊加顯示,仍然為攝像頭輸入的外部信號(hào);如果Counter不為0,那么就是已經(jīng)有信息傳到系統(tǒng)中,接著將要顯示的多頁信息進(jìn)行排序處理,最后疊加到視頻信號(hào)上顯示出來。

由SD03C03芯片和單片機(jī)構(gòu)建的智能社區(qū)視頻短信終端設(shè)備,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,能對(duì)原有監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無損插入;功能強(qiáng)大,很好地解決了社區(qū)信息傳遞不便的問題,在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。更加重要的是,由于SD03C03芯片的顯示模式具有多樣性,使得系統(tǒng)可以很方便地進(jìn)行升級(jí),例如疊加字符采用24×24點(diǎn)陣顯示和擴(kuò)充字庫容量以顯示更多字符圖標(biāo)等。它不但可以在現(xiàn)代化的社區(qū)中應(yīng)用,而且在商務(wù)辦公大樓里也可以發(fā)揮重要作用。可以說它是智能樓宇極佳的配套設(shè)施,市場(chǎng)前景廣闊。

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