短距視頻無線通信網絡的設計

王艷萍 張永波 趙博 劉劍 魯炳林

【摘 要】本通信網絡采用STM32F103C8T6單片機作為主控系統，基于RTC6701芯片的無線發射模塊TX-2462和無線接收模塊S-RX28B，實現短距離的無線數據傳輸。本系統可以獨立傳輸從節點B和從節點C的信號，也可以通過信號繼電器實現從從節點B經從節點C轉發的視頻傳輸，同時運用基于MAX7456芯片的OSD模塊，實現了字符與視頻內容的疊加，并且采用12DBI天線和獨立降壓電源模塊等器件用來降低系統功耗。

【關鍵詞】STM32單片機;短距無線通信;無線收發模塊;OSD字符疊加;中繼通信

中圖分類號：TP29??????? 文獻標識碼：A

Design of short-range video wireless communication network based on STM32

WANG Yanping¹，ZHANG Yongbo，ZHAO Bo¹，LIU Jian¹，LU Binglin¹

（1.School of Electrical and Electronic Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049，China

2.Zibo IT &Engineering School Zibo 255049，China）

Abstract：This communication network adopts STM32F103C8T6 as the main control system.Based on RTC6701 chip wireless transmitting module TX-2462 and wireless receiving module S-RX28B，it realizes short-range wireless data transmission.The system can independently transmit signals from the node B and the node C，and it can also realize the video transmission forwarded from the slave node B via the slave node C through the signal relay，and realize the character and video content by using the OSD module based on the MAX7456 chip.Devices such as 12DBI antennas and independent step-down power modules are used to reduce system power consumption.

Keywords：STM32;short-range wireless communication;wireless transceiver module;OSD;relay communication

短距無線通信技術，作為傳輸信息的最新科技成果，已經影響著社會生活的方方面面，視頻監控通信、無線耳機、無線咨詢家電已經開始影響并改變著人們的生活。短距無線通信網絡因為不受布線信號的約束，能夠極大的節省人力物力，并且可靠性高、靈活性強、安全性好、操作簡單、維護方便，所以必將對人們的日常生活和社會進步將會產生深遠的影響^[1-3]。本設計采用STM32為主控芯片，基于RTC6701無線傳輸，實現從節點 B 和 C 到主節點 A 的視頻信號直接或者中轉傳輸，通過實驗測試，圖像清晰無閃爍、色彩不失真，對短距視頻無線傳輸系統的進一步研究提供了有價值的參考。

1 系統總體設計

本次方案設計的短距視頻信號無線通信系統由視頻采集模塊、視頻壓縮處理模塊、無線傳輸模塊、視頻接收譯碼和視頻顯示模塊組成。攝像頭B、C通過AV線將模擬視頻信號連接到從節點B和從節點C，從節點B、C添加了OSD功能，采用無線發射模式，對視頻信號進行實時傳輸。主節點A通過2.4G無線接收模塊可以單獨接受從節點B、C的視頻信號，也可以實現視頻信號從B節點經C節點轉發，再在A節點接收然后傳輸到顯示器進行顯示。系統框圖如圖1所示。

圖1 短距視頻信號無線通信網絡整體框圖

2 系統硬件選擇及設計

2.1主控制器模塊的選擇

STM32系列芯片是意法半導體（ST）公司出品，其內核是Cortex-M3。芯片集成定時器、CAN、ADC、SPI、I2C、USB、UART等多種功能。STM32F103增強型系列時鐘頻率達到72MHz，是同類產品中性能最高的產品^[4];內置32K到128K的閃存，該芯片在32位同類產品中管耗最小。STM32單片機自帶一個官方的庫，而這個庫的源代碼是開放的，速度會比用MSP430單片機要輕松快捷、方便、性價比較高。STM32F103C8T6的最小系統是由晶振電路和復位電路組成，復位管腳接低電平，單片機復位。本設計中將STM32F103C8T6和MAX7456字符疊加模塊設計在一塊開發板上，有效的避免了信號干擾的同時將功耗減到了最低。

2.2無線收發模塊的設計及實現

本設計采用基于RTC6701芯片的無線收發模塊，發射模塊采用TX-2462，接收模塊采用SRX-28B，模塊工作于2.4G頻段內，可在有限范圍內傳輸立體音頻與視頻。AV信號經OSD模塊進行字符與視頻信號的疊加，處理后的信號連接到無線信號發送模塊TX-2462，可適當對CH1，CH2，CH3，BX進行設置，防止各頻段的干擾，信號發送模塊原理圖如圖2所示。在進行無線傳輸時，發送和接受模塊頻率要保持相同。無線信號接收模塊的引腳設置同無線信號發送模塊，輸出信號接于電視機進行視頻顯示，在接收模塊中添加了三路信號選擇繼電器，由單片機實現對不同頻段的選擇，信號接收與選頻模塊原理圖如圖3所示。

圖2無線發送模塊

2.3視頻選擇和中繼通信模塊的實現

采用信號繼電器實現選擇顯示從節點B或C的視頻內容。該系列繼電器均為低功率損耗，其中標準型140mW，高靈敏度型100mW，超高靈敏度型50Mw，超穩定型100mW，常應用于網絡通信和信號傳輸。采用此信號繼電器，以提高主節點A的開關換頻速度，減少信號延遲，降低系統功耗。節點C為中繼轉發節點，實現從節點B到節點A間的視頻信號中繼通信。

圖3無線接收與選頻模塊

2.4 OSD字符疊加模塊的實現

本設計采用MAX7456芯片進行視頻字符疊加。MAX7456接收AV視頻信號，通過STM32F103C8T6采用SPI通信協議進行串行通信，先對引腳時鐘進行初始化，設置視頻輸出模式，等待中斷，通過SPI寫入數據，選擇字符顯示位置，寫入字符存儲器地址，配置數據進行顯示。OSD字符疊加模塊的接線圖如圖4所示。

圖4 OSD字符疊加模塊

2.5降壓電源模塊

本系統要求降低功耗，所以采用MSP410芯片作為降壓模塊將5V工作電壓降到3.3V，電源轉換效率高，將5V工作電壓降到3.3V減少功耗。降壓電源模塊原理圖如圖5所示。

圖5 降壓電源模塊

3 軟件設計

STM32系統軟件部分主要實現兩項功能：（1）對從節點B、C發射的視頻信號進行字符疊加控制，視頻疊加模塊軟件流程圖如圖6所示;（2）對主節點A的接收信號進行解調和顯示。

圖6 ?視頻疊加模塊軟件流程

Fig.6 OSD module software flow

4 功能檢測與調試

4.1 測試步驟

對短距視頻無線通信網絡的整體來說，其測試分為如下幾個步驟：

① 測試電源對各模塊供電是否正常。

② 檢查單片機能否正常的燒寫程序。

③ 檢查電視機的彩色制式與彩色視頻信號制式是否一致。

④ 檢查與攝像頭直接用AV電纜連接到電視機的圖像質量有無明顯差異。

⑤ 檢查是否能通過開關選擇顯示從節點B或C的視頻內容。

⑥ 檢查電視機屏幕上是否顯示字符和視頻內容的疊加。

⑦ 對運行過程中各種情況進行測試。

⑧ 整理所得數據，進一步優化程序設計。

經過多次調試，本系統能夠基本滿足設計要求。

4.2測試結果及分析

測試結果如表1所示，數據顯示了功耗降低。

通過數據分析及觀察圖像，可見電視機的彩色制式與彩色視頻信號制式一致，該通信網絡滿足設計要求。

5 總結

該設計采用單片機為主控芯片，應用無線收發模塊，采用OSD技術實現了短距視頻信號無線通信，經實驗驗證在要求距離內，視頻信號傳輸速度較快，畫面無失真、無雪花，且中繼通信可加大傳輸距離，不足之處功耗較大。該技術可結合智能家居、物聯網技術，獲得長久的發展。

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（作者單位：1.山東理工大學 電氣與電子工程學院;2.淄博信息工程學校）