單片機(jī)圖像采集與網(wǎng)絡(luò)傳輸

1.引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及，如何充分利用網(wǎng)絡(luò)資源來實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，已成為一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)。本文介紹一個(gè)用單片機(jī)與圖像采集模塊接口，嵌入TCP/IP協(xié)議棧，制作“網(wǎng)絡(luò)攝像頭”的方法。本網(wǎng)絡(luò)攝像頭在一個(gè)組播式視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中，只作為組播源向以太網(wǎng)發(fā)送視頻圖像數(shù)據(jù)；其它監(jiān)控計(jì)算機(jī)則作為組播成員接收數(shù)據(jù)。整個(gè)視頻圖像發(fā)送和監(jiān)控系統(tǒng)在局域網(wǎng)中使用時(shí)，監(jiān)控接收端的PC機(jī)只要加入了組播組，不必知道網(wǎng)絡(luò)攝像頭的IP地址和 MAC地址，也不需要兩者的IP地址是在同一網(wǎng)段，均可接收到網(wǎng)絡(luò)攝像頭發(fā)出的圖像數(shù)據(jù)，使用起來相當(dāng)方便。

2. 硬件接口電路

網(wǎng)絡(luò)攝像頭的硬件接口電路如圖1所示。該電路采用的單片機(jī)是89C52芯片，另擴(kuò)展32K的外部存儲(chǔ)器，供網(wǎng)絡(luò)和圖像數(shù)據(jù)處理用。

圖1中的DB200是一個(gè)產(chǎn)品攝像模塊,它由微型攝像鏡頭、圖像緩存、時(shí)序發(fā)生、總線接口等電路構(gòu)成；其外接信號(hào)是一個(gè)16腳的插座（9 ~ 16腳分別對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)線D7 ~ D0，其它為地址、電源和讀寫控制線）。

圖1中，U1、U4和DB200的片選信號(hào)由89C52的地址線A14、A15和74HC00的3個(gè)與非門提供：A15=0時(shí)選通U4；A15=1及A14=0時(shí)選通U1；A15=1及A14=1時(shí)選通DB200。DB200的第8腳接A13用來選擇其內(nèi)部寄存器。

RTL8019AS有3種工作方式：（1）跳線方式。（2）即插即用方式。（3）免跳線方式。RTL8019AS使用哪種工作方式由第65腳(JP)決定。為減少連線，我們采用跳線方式（把65腳接高電平）。這樣網(wǎng)卡的傳輸介質(zhì)、I/O基地址和中斷號(hào)就由74、77、78、79、80、81、82、 84、85等引腳狀態(tài)決定。

RTL8019AS的81、82、84、85（BD0-BD3）腳接低電平，對(duì)應(yīng)32個(gè)I/O寄存器地址范圍為300H - 31FH；78-80（BD4-BD6）腳接低電平，對(duì)應(yīng)中斷號(hào)為INT0（IRQ2/9）；74（BA14）、77（BD7）腳接低電平，為自動(dòng)檢測(cè)傳輸介質(zhì)方式。

RTL8019AS有20根地址（SA0-SA19）線，將其5、7、8、9、10（SA0-SA4）腳接89C52的A8-A12，將15、 16（SA8、SA9）腳接高電平來確保基地址為300H，其余地址線則全部接地。由于RTL8019AS的使能（AEN）信號(hào)是由89C52的 A15=1及A14=0時(shí)提供，因此我們可得出以下地址關(guān)系：
89C52： A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7………A0
8019： SA4 SA3 SA2 SA1 SA0 …………
2進(jìn)制數(shù)： 1 0 0 0 0 0 0 0 0000 0000 16進(jìn)制數(shù)： 0X8000
2進(jìn)制數(shù)： 1 0 0 1 1 1 1 1 0000 0000 16進(jìn)制數(shù)： 0X9F00

可見，如果89C52輸出地址0X8000至0X9F00，均可選中RTL8019AS。由于RTL8019AS的SA9和SA8恒接高電平，當(dāng)89C52 的地址信號(hào)由0X8000至0X9F00變動(dòng)時(shí)，會(huì)有：SA9 SA8 SA7 SA6 SA5 SA4 SA3 SA2 SA1 SA0 =11 0000 0000 至 11 0001 1111，即對(duì)應(yīng)選擇RTL8019AS的I/O寄存器地址300H至31FH。

RTL8019AS的96腳（IOCS16B）接低電平，使其工作在8位總線模式；64腳接低電平，使用非AUI接口；31、32腳接高電平，屏蔽遠(yuǎn)程自舉加載功能；33腳所需復(fù)位信號(hào)，由89C52的P1.5提供；29、30腳對(duì)應(yīng)接89C52的讀寫腳。

3. 軟件模塊設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)一般采用簡(jiǎn)化的TCP/IP協(xié)議棧。常用的有IP、ARP、UDP、ICMP、TCP以及HTTP等協(xié)議。為了嘗試實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)易的嵌入式TCP/IP協(xié)議，我們選用UDP通訊方式。

UDP的通訊方式有3種：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、廣播和組播?？紤]到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊需要ARP協(xié)議來取得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的物理地址，我們不用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。至于廣播通訊和組播通訊，兩者都不需要ARP協(xié)議。但廣播方式有如下缺陷：（1）廣播數(shù)據(jù)報(bào)不能跨過路由器傳播；（2）廣播時(shí)本地子網(wǎng)的所有主機(jī)都會(huì)接收到廣播并作出響應(yīng)，既增加了非接收者的開銷，保密性也不好。我們采用的組播方式不存在這些問題，較適合作為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的信息傳輸。

3.1 主程序工作流程