Alberto Ricci Bitti
Различные системы видеонаблюдения раньше были специализированным оборудованием в области охранных устройств и применялись только в определенных местах (банки, аэропорты, спец. учреждения). Сейчас же ситуация коренным образом изменилась, установка видеокамер наблюдения проходит в общественных местах, почти в каждом торговом центре, магазине, офисе имеются таковые системы, которые, в сочетании в устройством записи и хранения видеоинформации, представляют собой очень мощное средство препятствующее воровству и собирающее доказательства и драгоценную информацию о нарушителях и преступниках. Однако большинство систем видеорегистрации пока остаются недоступными для применения в домашних условиях, для защиты своего жилища. Они не только имеют большую стоимость, многие из них не рассчитаны на применение в домашних условиях, в их составе имеется аппаратура записи и хранения информации (на магнитной пленке, на жестком диске), которая очень дорогая, также следует отметить некоторую сложность при построении данной системы связанную с коммуникациями и интерфейсами. Конечно можно использовать беспроводные видеокамеры (RF-Link, Wi-Fi), но здесь тоже есть свои минусы, в их числе и стоимость и возможность доступа (взлома) сети Wi-Fi.
Данная видеокамера наблюдения – это экономичная, скрытная система совмещающая в себе цветную VGA CMOS камеру ITM-C328, пассивный инфракрасный сенсор (PIR) ITM-PIR-256 (KC7783R), карту памяти SD объемом 1 ГБайт, микроконтроллер фирмы Atmel ATMega32 реализующий управление, пользовательский интерфейс, обработку данных и запись информации на носитель. Это очень компактная система видеонаблюдения, предназначенная для домашнего использования.
Для большинства случаев окружающей обстановки, устройство позволяет вести наблюдение и запись информации в течение месяца (при разрешении снимка 320×200 пикселей, через каждые 2 с или при разрешении 640×480, через каждые 3 с). Запись может производиться автоматически по сигналу с датчика движения, но возможно запускать по таймеру, либо пользователь может самостоятельно управлять.
К особенностям следует также отнести наличие ИК дистанционного управления и голосовое пользовательское меню. Пользователю стоит только один раз установить в нужном месте камеру, все необходимые настройки осуществляются дистанционно. Использовался стандартный универсальный пульт ДУ (RC-5), пользователь может самостоятельно настроить соответствие команд пульта.
Для просмотра записанной видеоинформации достаточно изъять карту из устройства и считать ее на компьютере. Никакого дополнительного ПО не требуется: все снимки сохраняются в формате JPEG, файловая система FAT16 или FAT32. Снимки на SD карте сохраняются в папки, название которых соответствуют дате снимков.
Одним из важнейших аппаратных компонентов является модуль видеокамеры ITC-M-328 (C328) – CMOS камера (OV7640) с чипом JPEG-компрессии (OV528) с последовательным интерфейсом, что позволяет подключить его непосредственно к UART микроконтроллера. Используя определенные команды, пользователь может захватывать изображение в виде байтового JPEG-потока.
Рис.1 Стандартный режим работы. При обнаружении движения PIR датчик запускает программный блок регистратора, получает JPEG изображение из модуля VGA камеры. После присвоения даты и времени снимка файл отправляется в карту памяти. Пользователь может выбрать, какое количество снимков будет получено при обнаружении движения, а также режимы работы.
Датчик движения PIR (Passive Infra-Red), модель ITM256, может определять движение человека на расстоянии 5 м, анализируя изменение инфракрасного излучения человеческого тела. Срабатывание датчика приводит в действие программный блок микроконтроллера – регистратор, который согласно настройкам управляет драйвером камеры (другой программный блок), чтобы получить JPEG-поток. Часы реального времени (аппаратная возможность микроконтроллера) регистратор использует для проставления даты и времени снимка, а также в роли интервального таймера при соответствующем режиме работы (съемка по таймеру). После выполнения этих действий регистратор передает данные файловой системе для сохранения данных на карте памяти.
Рис. 2 Настройка системы с помощью голосового оповещения дает преимущества, благодаря использованию карты памяти с голосовыми образцами (слова, фразы). ШИМ микроконтроллера преобразует данные в звуковой сигнал.
Настройку системы пользователь проводит с помощью ИК пульта дистанционного управления (был использован универсальный пульт ДУ), система оповещает пользователя голосовыми сообщениями. Меню позволяет настраивать все параметры системы (дата, время, режим работы, число снимков, разрешение снимков и пр.). Голосовой блок меню – это программный модуль, управляющий пользовательским интерфейсом. Получаемые команды с ИК приемника декодируются и соответственно им изменяются параметры системы сохраненные в EEPROM микроконтроллера. Во время этого речевой модуль синтезатора составляет голосовые ответы. На диске голосовые образцы (список файлов) должны быть подготовлены заранее для каждого слова или сообщения состояния, напрмер, файл на диске «15.PCM» хранит данные для синтеза фразы «пятнадцать». Восстановлением звукового файла занимается ШИМ микроконтроллера. Сжатия аудио файлов не требуется, т.к. при таком объеме карты памяти они займут лишь 0.1 % от ее объема и это получается выгоднее и удобнее использования LCD индикатора.
Основные особенности схемы.
Принципиальная схема устройства показана на рис. 4. Основа – микроконтроллер AVR ATMega32. Датчик движения (Intertec ITM-PIR-256), который в данной схеме единственное устройство питающееся от напряжения 5.0 В, подключен отдельно к стабилизатору LM2936-Z5. Добавочный резистор R1 в этом случае самый простейший вариант совмещения логических уровней микроконтроллера и датчика.
Таблица 1. Пояснение к принципиальной схеме
|
Надписи на схеме устройства |
|
|
ANALOG POWER |
Опорное напряжение для АЦП |
|
BYPASS CAPACITORS |
Шунтирующие конденсаторы |
|
DISK SEMAPHORE |
Индикатор обращения к диску |
|
FRONT PANEL |
Передняя панель (лицевая панель) |
|
JPEG VIDEO CAMERA |
Видеокамера с JPEG чипом (кодер) |
|
IN-SYSTEM PROGRAMMING |
Разъем для внутрисхемного программирования |
|
LID-OPEN SWITCH |
Датчик вскрытия корпуса |
|
MONITOR & DEBUG OUTPUT |
Отладочный интерфейс (выход отладочных данных) |
|
PASSIVE INFRARED DETECTOR (PIR) |
Пассивный инфракрасный сенсор |
|
POWER MONITOR & BACKUP |
Мониторинг питающего напряжения и резервного источника |
|
POWER SUPPLY |
Источник питания |
|
REAL-TIME CLOCK |
Часы реального времени |
|
RECORDING |
Запись |
|
RELAY |
Реле |
|
REMOTE CONTROL |
Дистанционное управление |
|
RELAY |
Реле |
|
SD-MMC MASS STORAGE |
SD-MMC запоминающее устройство большой емкости |
|
SPEECH SYNTHESIS |
Речевой синтез |
Модуль VGA камеры подключен к линиям RX и TX модуля UART ATMega32, скорость передачи данных 115200 бод, поэтому для тактирования микроконтроллера был выбран кварцевый резонатор 7.3728 МГц. Карта памяти SD подключена непосредственно к порту SPI. Дополнительные сигналы слота карты используются для определения наличия карты и опредения защиты карты от записи. Эти сигналы подключены к портам микроконтролера PB3 (защита от записи) и PB1 (наличие карты).
Чтобы предотвратить искажение и повреждение данных на карте памяти в устройстве реализован постоянный мониторинг питающего напряжения – контролируется напряжение батареи питания и напряжение основного источника питания. Для реализации этой функции используются два канала АЦП микроконтроллера. Цепи R7-R8-C8 и R3-R4-C5 (делители) снижают уровень напряжения до безопасного для входов АЦП, а также, благодаря конденсаторам С8 и С5, снижают уровень импульсных помех.
Два внешних прерывания микроконтроллера используются датчиком движения и ИК приемником. Третье внешнее прерывание используется для внешнего запуска процесса записи изображений.
ИК фотоприемник использовался TSOP34836, но может использоваться любой другой с несущей частотой 36 кГц (при замене обратить внимание на цоколевку корпуса), т.к. используется протокол RC5.
Светодиоды для индикации работы некоторых основных узлов и индикации статуса подключены к порту А микроконтроллера. Вывод PC5 используется для последовательной передачи отладочных данных, программно реализованный UART, со скоростью 9600 бод. Обратите внимание, что никаких дополнительных преобразователей уровня не требуется.
Блок питания устройства состоит из основной части и резервной. Резерная часть - две батареии AA 1.5 В обеспечивает резервное питание устройства (работа часов реального времени) и гарантирует корректное завершение циклов записи/чтения. Основная часть - стабилизаторы напряжения +5.0 В (LM2936-Z5) и +3.3 В (LM1117-3.3). Входное напряжение блока питания: +9.0 В.
Следующая часть будет посвящена программному обеспечению микроконтроллера, где будут рассмотрены основные блоки алгоритма, их особенности.
