基于AVR單片機的攝像機幀速測試系統(tǒng)設計

[摘 要] 攝像機在安防、交通監(jiān)視領域已廣泛使用，為檢驗攝像機畫面捕捉速度的能力是否達到設計要求，本文提出基于AVR單片機的攝像機幀速測試系統(tǒng)設計，采用LED數(shù)碼管和攝像機同步工作的方法，來檢驗攝像機質(zhì)量，此系統(tǒng)具有低功耗、運行可靠、使用方便的特點。

[關鍵詞] 攝像機 幀速測試 AVR單片機

隨著社會不斷進步，經(jīng)濟快速發(fā)展和技術(shù)突飛猛進，公共秩序、生產(chǎn)、財產(chǎn)等安全問題越來越受到人們的重視，從而使以視頻信息為特征的視頻監(jiān)控更為廣泛地被應用在各行業(yè)領域。模擬攝像機+數(shù)字硬盤錄像機+計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，這是目前應用最廣泛的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)。通過設定端口、網(wǎng)關和路由，現(xiàn)場的數(shù)字硬盤錄像機作為服務器，在遠程客戶的計算機上安裝專用監(jiān)控軟件或插件，用戶便可通過互聯(lián)網(wǎng)看到千里之外的現(xiàn)場。

由于不同的使用環(huán)境需要使用不同規(guī)格的攝像機，而評價一個攝像機畫面捕捉能力是否達到標準則需要通過幀速測試來檢驗。幀速定義為：動態(tài)畫面每秒鐘展現(xiàn)的幀數(shù)，用于衡量視頻信號傳輸?shù)乃俣取Ｔ谝曨l監(jiān)控產(chǎn)品經(jīng)歷了模擬時代、數(shù)字時代、網(wǎng)絡時代的發(fā)展后，現(xiàn)在已經(jīng)逐步走入了高清時代。

幀速測試用于檢測不同種類攝像機是否達到速率質(zhì)量要求，本測試系統(tǒng)是基于AVR單片機，來為多種不同幀速的攝像機提供檢測。

一、攝像機幀速測試原理

測量原理如圖1所示，通過AVR單片機控制數(shù)碼管，并按照不同幀速的頻率依次點亮數(shù)碼管a-f位并循環(huán)，就是循環(huán)點亮“0”的各個段碼，之前的方案是數(shù)字0~9循環(huán)，然后觀察數(shù)碼管變化，但是由于余輝效果，不適合此系統(tǒng)設計，故選擇“0”循環(huán)方案，例如12.5幀則是讓數(shù)碼管每秒變化12.5次，再通過被測試攝像機捕捉數(shù)碼管圖像，通過播放軟件觀看被攝像機記錄的數(shù)碼管圖像是否全部記錄，如有遺漏則說明產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

圖1 幀速測試系統(tǒng)原理圖

本文采用PC式硬盤錄像機，這種構(gòu)架的DVR以傳統(tǒng)的PC機為基本硬件，以Win98、Win2000、Win XP、Vista、Linux、為基本軟件，配備圖像采集或圖像采集壓縮卡，編制軟件成為一套完整的系統(tǒng)。PC機的硬件更新?lián)Q代速度快，因而PC式DVR的產(chǎn)品性能提升較容易，同時軟件修正、升級也比較方便。

二、硬件電路設計

1.系統(tǒng)原理圖設計

AVR單片機具有RISC精簡指令集，片內(nèi)資源豐富，接口強大，價格低廉等優(yōu)勢，采用哈佛結(jié)構(gòu)，處理速度快。

本系統(tǒng)使用AVR單片機ATmega16L，具有131條機器指令，32個8位通用工作寄存器，片內(nèi)含有較大容量的非易失性的程序和數(shù)據(jù)村存儲器，以及JTAG接口， 符合JTAG標準的邊界掃描功能用于芯片檢測；I/O口驅(qū)動能力較強可直接驅(qū)動數(shù)碼管，本文采用靜態(tài)驅(qū)動方式驅(qū)動數(shù)碼管；數(shù)碼管采用紅色SDM-S10012 A-B并加1K貼片電阻限流保護電路；使用四個發(fā)光二極管來指示不同幀速，1K貼片電阻限流保護電路；穩(wěn)壓器L7805可將12V電源轉(zhuǎn)換為5V電源，近電源端放置貼片電容，達到濾波效果；貼片式按鍵開關用來切換不同幀速檔；雙列插針，用于JTAG下載程序；12V電源以及J-TAG仿真器，用于調(diào)試下載程序。幀速測試電路原理圖如圖2所示。

圖2 幀速測試電路原理圖

2.系統(tǒng)PCB板設計

本系統(tǒng)采用ATmega16L單片機TQFP貼片式封裝以達到減小系統(tǒng)尺寸。幀速測試工裝按照模具規(guī)定尺寸制作，裝配成功后加保護罩提供保護。由于本系統(tǒng)沒有高速器件，兩層板足以滿足要求。使用示波器檢測單片機控制數(shù)碼管刷新頻率是否與測試要求相符。如不相符則需要通過軟件修改。

三、幀速測試系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)采用8MHz貼片式晶振，8分頻后以1μs為時鐘周期方便計時。使用定時器T0、T1，分別為8位和16位定時器，分別使用NORMAL模式和CTC模式將中斷時間分別設置為200μs和33.33ms，通過進入T0定時器來實現(xiàn)幀速為12.5幀/秒和25幀/秒的攝像機的測試，進入T1定時器來實現(xiàn)幀速為25幀/秒和30幀/秒的攝像機的檢測，由于機械抖動：按鍵按下時，電平的變化并不是馬上到位，而是會有一個不穩(wěn)定的狀態(tài)過程，再進入電平穩(wěn)定狀態(tài)。就需要我們進行軟件消抖：即在檢測出按鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，產(chǎn)生5ms～10ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放后，也要給5ms～10ms的延時，待后沿抖動消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。軟件流程如圖3所示。

四、結(jié)論

本文設計的基于AVR單片機的幀速測試系統(tǒng)采取了軟件與硬件相結(jié)合的開發(fā)方法，以AVR單片機為核心邏輯處理單元與數(shù)碼管相結(jié)合，完成針對普通攝像機和高清攝像機的幀速檢測，測試效果穩(wěn)定、準確。此系統(tǒng)具有低功耗、運行可靠、便攜等優(yōu)點。

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