短距離視頻無線通訊網絡

胡玉柱　李永培　李蔚敏

摘要：采用NanoPi S2嵌入式處理器作為控制單元，使用Ubuntu Linux操作系統在虛擬機中進行操作，攝像頭進行視頻信號的采集，通過發射模塊、傳輸模塊和接收模塊進行無線網絡的傳輸，在顯示屏上對獲取的信號進行顯示。其優點是可以進行較遠距離的信息收集，攝像頭小巧，容易靈活采集，可以應用于狹隘人力不可測的地方進行信號收集。其缺點是對于無線載波要求較高，數據采集過程有一定的延時。

關鍵詞：NanoPi S2嵌入式處理器 ?視頻傳輸 ?無線通訊

1 引言

短距離無線通訊網絡技術作為信息傳輸的重要技術，影響了生活的方方面面。如何使用更好的無線方法進行各種設備之間的信息傳輸，為短距離無線通訊網絡提供了廣闊的空間。目前廣泛使用的短距離無線通訊技術有：WLAN、Bluetooth、Zigbee、UWB、NFC、60GHz通信等。無線通訊設備不僅給人們生活帶來了極大的便利，也為工業發展提供了未來發展的方向，為人們提供了更加方便的信息傳輸功能，促進了生活方式的改變，具有安全、便捷、抗干擾能力強、傳輸速率高的特點。

2 設計原理

設計并制作一個短距離視頻信號無線通信網絡。該網絡包含主節點A和從節點B和C，從而實現從節點B和C到主節點A的視頻信號傳輸。項目中傳輸的視頻信號為彩色視頻信號。每個從節點預留AV視頻輸入插座，通過一根AV連接電纜與攝像頭AV輸出端子連接。節點使用水平全方向天線，確保節點在使用以上條件上要能達到要求的通信距離。要求項目成果滿足以上所有的要求。

3 硬件設計組成

對于硬件設計，其主要元件包含四部分，分別是友善S5P4418、串口、SD卡、USB攝像頭。友善S5P4418采用NanoPi S2。使用CH340進行串口的轉接來進行程序的兼容。SD卡采用class10 16G方便進行之后信息的存儲。USB攝像頭使用兩個640*480彩色攝像頭進行實時數據采集。此外，還有散熱片和讀卡器等進行散熱和其他功能。

有了硬件之后需要對電路進行設計這其中包括發射和接收電路。發射電路采用無線載波信號進行，接收電路采用共射放大電路方便進行穩定電壓。在電路設計過程需要提前在Mulitisim中進行仿真模擬，這樣可以更好進行思路設計，防止直接操作造成元件的直接損傷，并且在Mulitisim可以找到自己的理想參數方便進行設計。

4 軟件設計組成

在使用軟件中，采用pcre正則表達式庫、zlib數據壓縮函式庫、tar文件工具程序。然后根據硬件的功能實現進行相應的軟件思路設計。

4.1 SELECT原理概述

select 的核心功能是調用tcp文件系統的poll函數，不停的查詢，如果沒有想要的數據，主動執行一次調度（防止一直占用cpu），直到有一個連接有想要的消息為止。

優點：

（1）select的可移植性更好;

（2）select對于超時值提供了更好的精度。

4.2 EPOLL原理概述

epoll同樣只告知那些就緒的文件描述符，而且當我們調用epoll_wait（）獲得就緒文件描述符時，其返回不是實際的描述符，而是一個數量的值用就緒描述符來進行代表，只需要去epoll指定的其中一個數組按照順序依次取得相應數量的文件描述符。

優點：

（1）打開大數目socket描述符且支持相應進程;

（2）I/O效率并不隨fd數目增加而呈現線性下降趨勢;

5 系統測試

首先進行硬件的檢測防止軟件調試時產生意外。然后使用Ubuntu Linux操作系統進行軟件的測試，在WORKSTATION虛擬機中進行。先把硬件連接好然后進入虛擬機連接找到IP地址，連接無線進入所需的終端顯示屏中，打開兩個攝像頭在終端顯示屏中看到B、C節點的圖像結果。

在測試過程中應該先進行硬件測試，其次進行軟件測試，這樣可以有效避免出現重大誤差在硬件中造成不可逆的損害。測試的結果如圖2所示。可以看到傳輸看到的圖像和攝像頭采集到的圖像是一樣的。測試過程盡量避免干擾的影響，防止兩個攝像頭在傳輸過程中進行的傳輸速率不同而產生的影響并在傳輸過程中要保證信號質量確保設備穩定性。同時在觀測過程中應該觀測不同地方來確保觀測圖像的一致來保證測試準確。

6 總結

本文主要介紹了無線通訊網絡在制造過程中的主要設計思想，通過硬件和軟件的配合來達到視頻數據的實時傳輸，希望以后能更進一步的去進行完善。目前，短距離視頻這一部分應用前景巨大，在一定距離內具有很高的靈活性，在畫面傳輸的時候還具有穩定性和可靠性，可以在短時間內進行相應的判斷，并且在工業用途中可以減少工業中的后期維護，而且也不容易受到安裝位置的限制，覆蓋的范圍也比較大，還有在探險、探查物體方面也具有廣闊的前景。

參考文獻

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項目基金

本項目由西北民族大學電氣工程學院“雙E”大學生科研項目資助。

作者簡介

胡玉柱（1997-），男，本科，安徽淮南人，西北民族大學電氣工程學院2017級本科在讀，研究方向為電氣工程及其自動化。