无线数字相机研究

PAGE21摘要随着生活水平的提高，人们对家居安全提出了更高的要求，希望能够随时获得家居的实时图像信息。无线数码相机图象传输系统正是在这样的应用背景下开发的。无线数码相机图象传输系统主要完成对图象的采集、传输和显示三个功能。MCU选择了Ateml公司的Atmega644p芯片。图象的采集功能由C3088数码相机模块的OmnivisionOV7620图像传感器来实现,Atmega644p只需对C3088数码相机模块进行控制，发送命令就可以实现图像采集：图象的传输由AtmelAT86RF230型微功率无线数传模块来完成：图象的接收通过计算机的串口实现。将二进制数据先存在一个文件中：当完成一帧图像数据接收后，将存在文件中的数据解码，以流的形式写入、显示在image组件中。单片机的开发采用汇编语言。该系统运行的是单片机多任务系统，采用模块化结构设计，通用性好。同时，软件抗干扰措施方面也是必不可少的。硬件设计是通过dxp软件实现的，电路本着pcb板尽量小的原则设计的。在设计过程中采取了硬件抗干扰措施，使系统可以可靠的工作。该系统具有体积小，可靠性高，专业性强，性价比高等优点。实验验证，该系统能满足图像无线传输的功能。关键词：单片机，图像无线传输，串口通讯，抗干扰AbstractWiththeimprovementofpeople'slife，peopletakegreatattentiontohome'Ssafetyandtherealimageofhomeisneededanytime．SothewirelessdigitalvideocameraimagetransferredsystemiSresearchedanddesigned．System'Smainfunctionsarecapturingimage,compressingimageandtransferringimage．TheAtmelatmega644pisselectedasMCUchipwhichisproducedbyatmelcorporation．TheC3088digitalcameramodulecapturesimage；Atmega644ponlyneedtocarryonacontroltoZM460digitalcameramoduleandsendouttheordertocaptureimage；theimageistransferredbytheAtmelAT86RF230chipswirelessdatatransmissionmodule；Theimageisreceivedviathecomputer'Scornport.Theprocedureadoptedmscommtoccomplishcomcommunicationandstorethebinarysystemdatainafile．Afterreceivingaframepicturedata，theproceduredecodethedata，whichisstoredinthefile，andwriteasdatastreamandshowintheimagemodule．Theexploitofmicrocontrolteradoptesaaemblelanguage．Assemblelanguageisakindofstructuredprogramminglanguage，whichhasmanycharacteristicsofotherhiah-levellanguages．Whatthatsystemcirculateissingelchipmultitaskmodeandsoftwareexplitationadoptbuildingblockdesign．It'Scommonalityisgood．Besides，softwareanti-jammingmeasureisnecessary．ThehardwareisdesignedviaDXPsoftware．Theelectriccircuitisdesignedinthelightofaprincipleofasfaraspossiblesmallpcbplank．Manyhardwareanti-januningmeasureisexploitedduringtheperiodofdesigninordertomakethesystemworkdependably．Thesystemhavemanyadvantages．Forexample，itsvolumeissmall，reliabilityishigh，specialuseisstrong，anditspriceproportionisideal，etc．Itisprovedthatitcouldaccomplishwirelesstransferringofimage。Keyword：MCU，wirelesstransferimage，eommunication,anti-jamming第一章绪论在现代社会中，随着科学技术的飞速发展，数据采集技术应用越来越广泛，把MCU数据采集系统跟Pc机结合起来，利用Pc机实时处理测量数据，可以使测量结果变得更直观、准确。通常的有线传输系统中，传感器的测量信号通过导线传出进行处理。在远距离情况下，以及运动体上，隔离区域等特殊条件下的系统中，信号传输线都会带来极大的不便。而且传输线也易受电磁干扰和环境温度的影响。传输线的内阻与分布电容也会对测量产生不利影响。利用无线传输通讯模块可以使MCU数据采集系统很准确快捷地把测量数据传输给Pc机，从而组成无线通讯传输系统。而且现在人们己经不满足于枯燥无味的纯文本信息，人们希望得到纯文本信息的同时获得实时的图像信息，使得系统的应用范围更广。在前面的应用背景下，我们提出了无线数码相机图像采集传输系统的设计。无线数码相机图像采集传输系统的原理是通过数码相机图像传感器实时采集一帧图像，经过无线模块传输到计算机终端，在计算机终端有一个程序接收这幅图像，并在计算机上显示出来，用户便可以实时的得到一幅静态图像，以了解监控现场的图像信息。第2章无线技术2.1现有的无线传输系统2.1.1利用射频传输模块进行的无线数据传输随着射频技术的发展，无线数传芯片尺寸越来越小，功能也越来越齐全，再加上辅助元件后在性能上更加优越，传输距离更远，信号的稳定性更高，传输速率更快，硬件实现简单，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。无线数传模块有以下特点：(1)适用于低速的图像传送：(2)可实现性较高，而且可以配合实验室现有设备进行相关实验测试；成本较低，且实现内部网络的无线通信，适用于短距离2.1.2利用WI-FI进行的无线数据传输Wi-Fi俗称无线宽带，它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号，Wi-Fi热点是通过在互联网连接上安装访问点来创建的。这个访问点将无线信号通过短程进行传输，一般覆盖300英尺。当一台支持Wi-Fi的设备（例如PocketPC）遇到一个热点时，这个设备可以用无线方式连接到那个网络。然而，Wi-Fi相机也有不足之处，例如用户需要寻找Wi-Fi热点或无线网络才能传送照片，无线照相机亦较昂贵，成本高。2.1.3利用蓝牙技术实现的短距离无线数据传输蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的无线电空中接口(RadioAirinterface)，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种3C设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。简单的说，蓝牙技术是一种利用低功率无线电在各种3C设备问彼此传输数据的技术。它最大的好处，就是能够取代传输线。传统的传输线有长度的限制，对设备摆放的位置有一定的要求，传输线太短的话，设备就不能离电脑太远。改用蓝牙无线传输后，就能突破传输线的牵绊，电脑要通过手机上网，手机不必放在电脑旁边，甚至根本不用从口袋里拿出来，只要在十米距离之内，就可以自由传输，没有任何限制。使用蓝牙取代传统传输线，不但可以跟传输线说再见，更不必去死记捅座和插头形状的对应关系，只要简单操作，就可以为设备之间搭起无线传输的通道，实在是非常方便。当然蓝牙技术也有不足之处，那就是它的传输距离在10m-100m之间，传输距离较短，不便于远程图像的传输，而且价格不菲。2.1.4利用GSM网络以SMS形式传输数据的无线数据传输GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统，GSM的短信息系统以其快捷方便的特点拥有广泛的用户，同时也为远程监控提供了一种新的技术手段。但是这样的系统有明显的缺陷，那就是短消息的长度有限160个字符的限制，并且只能传输文本文件。当短消息中心数据繁忙时，容易造成信息阻塞和丢失，不能保证实时收发信息，而且每发一次短信都需要收费，长期使用，费用较高。2.1.5利用GPRS网络的无线数据传输GPRS，通用无线分组业务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接；充分利用现有资源GSM网络，方便、快速地为用户数据终端提供远程接入网络的部署，传输速率高。但是该网络是按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，即按流量计费，长期使用，费用也比较高。2.2现有的图像传输系统现有的图像传输系统可以分为两大类：模拟图像传输系统和数字图像传输系统。2.2.1模拟图像传输系统目前国内还较多地使用本地模拟图像传输系统，即采用由摄像机、视频矩阵、监视器和录像机组成的监控系统，使用视频线、控制线等电缆连接。虽然本地模拟图像监控系统能够保证采集得到的图像清晰、不失帧，但在许多方面都存在着明显的局限：(1)传输距离小，只能实现本地监控，而且图像质量随传输距离的增加而明显下降。(2)系统的可扩展性差，由于电视或计算机与摄像头的接口数目是有限的，因此扩展性差，无法形成复杂的监控网络。(3)后期处理能力不强，无法利用先进的数字图像处理技术，而且由于存储介质限制，无法实现图像数据的大容量存储。(4)无法利用现有网络，必须重新铺设专用线路，存在重复投资等问题。2.2.2数字图像传输系统数字图像监控系统不仅可以克服模拟图像监控系统的局限性，而且能够很好地满足客观现状对图像监控系统的高要求。第一代数字图像监控系统是以PC机为核心，以大容量硬盘作为存储介质，使用PC机处理图像信号，利用计算机的数据处理能力与显示器的高清晰度，将视频信号通过视频采集卡采集到计算机中、并由显示器显示，大大提高了图像的质量。新一代的数字图像监控系统以嵌入式处理器为核心，开发以太网接口直接实现图像数据经现有网络传输，授权用户在任何地方都可以通过普通的网络浏览器查看监控终端的图像，工程费用大大降低，而且系统可以长时问稳定运行。2.3课题研究主要内容由于现有的短距无线图像传输系统主要有以下几点不足：(1)高速无线图像系统要么价格太高，普通用户无法购买；要么功耗太高，成本高：(2)低速无线系统数据传送率无法满足图像传送的要求；(3)市场中的无线图像传输系统大多数是模拟的，在抗干扰和保密方面有一定缺陷。因此有必要对低成本的数字式无线图像传送系统进行研究。在定位本课题研究对象时，主要考虑两点：1，技术上采用无线数传实现数字式图像信息的传送：2、必须低成本。论文的主要研究内容分为硬件和软件两个方面：在硬件方面完成MCU芯片、串口扩展、无线通讯、存储模块、图像采集和电源等六个模块的选择。软件方面主要分为嵌入式软件结构，主机软件结构。嵌入式软件结构分为PC部分和相机部分，相机部分采用单片机主要完成数据图像的采集和数据传送；PC部分完成单片机多任务系统并对数据的处理操作及命令发送，单片机串口扩展、串口通讯，外部数据存储器扩展和图像采集程序的设计，图像数据解码、显示的程序设计。其中单片机多任务操作系统的设计是论文程序设计方面的重点。图像数据接收程序对时间的要求性很高，因此在设计的时候采用了汇编语言设计。第三章图像无线传输系统的硬件设计3.1系统硬件总体设计无线数码相机系统硬件分为相机部分和PC部分。系统原理图在下图2-1中体现。图像无线传输系统硬件主要是为了实现串口通讯，实现计算机和无线模块的通讯。图像无线传输系统硬件主要完成对图像数据的采集、存储和传输三个功能。该系统运行的是单片机多任务系统，MCU选用ATMEL公司的Atmega644p单片机，图像采集部分由Atmega644p控制C3088数码相机模块完成。Atmega644p单片机利用模拟数据选择／分配器HEF4052实现串口扩展，实现对C3088数码相机模块数据的接收，先存储在外部存储器，然后再通过射频收发机AtmelAT86RF230实现和无线模块通讯，实现数据的远距离传输。图2-1系统原理图3.2硬件细节设计硬件主要分为主控芯片、无线通讯、存储模块、数据图像采集和电源等几个个部分。3.2.1主控芯片MCU单片机种类、型号非常多，因此选择单片机型号一般要考虑以下几点：第一要考虑生产厂家。不同生产厂家的产品，其指令系统往往是不一样，其开发环境要求也不一样，因此要选择比较流行的系列，例如INTEL公司生产的MCS．51系列使用十分广泛，开发工具也比较完善，许多公司的产品指令系统都与此兼容。其次要考虑单片机的功能。一般来讲，数据总线宽度越宽，功能越强。常见的有4位机、8位机、16位机，甚至是32位机，但对于一般的微机系统，选择8位机比较适宜。第三要考虑单片机内部资源。单片机虽小，却包含有普通计算机的基本单元，一般包含以下功能部件：中央控制单元(CPU)、定时器／计数器、I／O接口、串行通信接13、中断应答系统、内部存储器，以及用于系统扩展的数据总线和地址总线等。但这些资源的数量是不一样的，这就是说，若单片机型号选择合适，无需外部扩展，或较少的外部扩展就能完成系统所需的功能。Atmega644p是一种低功耗、高性能CMOS、8位微控制器，具有4K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得Atmega644p为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。Atmega644p具有以下标准功能：4k字节Flash，256字节RAM，32位I／O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器／计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。因为射频收发机的正电压是3.6V，单片机也被设计成3.6V。在3.6V时，单片机要保证正确运行在10MHz下面。因此,选定单片机工作频率为8MHz。单片机结构如图2．2所示。图2-2Atmega644p逻辑符号、引脚图采用51系列中的S系列单片机是因为S系列的具有在系统可编程功能。采用其他系列没有在系统可编程功能的单片机，要完成设计，需要另外买一套编程器，设计的成本就增加了。如嵌入式ARM芯片的编程器，单单这个编程器就高达千元，而使用本设计完成图像无线传输的总成本都不超过一千元。本系统实现在系统可编程功能是通过isp接口实现的，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。制作这种简易的程序下载器，成本很低.表1GPIO通用输出端口连接3.3无线通讯模块AT86RF230是Atmel公司于2007年2月推出的一款基于ZigBee/IEEE802.15.4设计的低功率2.4G无线收发芯片，ZigBee是一种基于IEEE802.15.4规范的无线技术,是介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案,主要用于近距离无线连接。它依据IEEE802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间实现了相互协调和通信。它具有在IEEE802.15.4规范上创建的安全和应用层接口、工作于免授权的2.4GHz频段、以年计算的超低电池寿命、极大可伸缩的网络和星型网络拓扑每个主设备可支持4万多个节点等诸多优点,在国防军事、工业控制、消费性电子设备等领域有很大的发展空间。AT86RF230单个芯片集成了除天线、晶振和去祸合电容之外的所有标准射频单元。AT86RF230收发机工作电压为3.6V，工作频率为16MHz。一个平衡转换器用于对提供给它的天线的不平衡信号转换成平衡输出。射频收发机的控制端连接着单片机的B脚，如下表1所示。收发机和单片机通过串行口传送数据，串行端口控制脚为/sel，MOSI,MISO,SCLK,单片机控制收发机对串口的服务。单片机通过SCLK脚提供时钟信号，为了初始化通讯单片机使/SEL为低电平，数据通过MOSI脚被发送到收发机，并从MISO脚被接受。/RST的低电平信号用于重置收发机，SLP_TR脚用于传送A型框架信号。该模块有以下特点:（1）．微发射功率：最大lOdbm(10mW)的发射功率．（2）．ISM频段工作频率，无需申请频点。载频频率429-438MHz，也可提供315／868／915MHz等载频（3）．高抗干扰能力和低误码率。基于FSK的调制方式，采用高效通信协议，在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率10-5～10-6。（4）．完善的通讯协议。（5）．传输距离远。在视距情况下，天线高度>3米，可靠传输离距>800m(BER=lO'3／1200bps)。（6）．透明的数据传输。提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。自动过滤掉空中产生的噪音信号及假数据(所发即所收)。（7）．多信道，多速率。模块标准配置提供8／16／32个信道，根据用户需要，可扩展到32信道，满足用户多种通信组合方式的需求。模块可提供1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、76800bps等多种通信波特率，并且无线传输速率与接口波特率成正比，以满足客户设备对多种波特率的需要。（8）．高速无线通讯和大的数据缓冲区。可1次传输无限长度的数据，用户编程更加灵活。（9）．智能数据控制。只要从接口收／发数据即可，其它如空中收／发转换，网络连接，控制等操作，SRWF一501型模块能够自动完成。（10）．低功耗及休眠功能。接收电流<22mA，发射电流<35mA，休眠时电流仅为<10uA(波特率=1200bps)。（11）．高可靠性，体积小、重量轻。采用高性能单片处理^TMega8L，外围电路少，可靠性高，故障率低。（12）．使用模块既能用于高速用户设备(如DSP系统)也可适用低速系统(如6l系统)。（13）．看门狗实时监控。ATMega8L的看门狗监控内部功能，改变了传统产品的组织结构，提高了产品的可靠性。图3-1AT86RF230的功能框图在本系统中无线模块需要实现与计算机的通讯和单片机与无线模块的通讯，如果无线模块只有一种接口模式，要实现通讯就并需要先实现TTL、232电平的转换，这就不可避免的需要另加电平转换芯片，而该模块有双串口，3种接口方式，这样电路就简化了许多。图像传输的数据量一般大于2KB以上，这对无线模块的速率就有很大的要求，该模块最大波特率为76800bps，满足本系统的要求，由于数据量大，并且图像数据需要保证很低的误码率，否则将不能保证实现图像的显示了。在抗干扰方面，该模块使用性能单片处理器ATlvlegaSL，外围电路少，并且使用金属外壳将高频部分和外部的数字部分隔离，减少了干扰，在无线通讯过程中，使用该模块可保证通信的高度可靠性。此模块波特率在出厂时必须确定来，考虑到波特率越高，误码越多，本设计采用18MHz波特率。3.4数据采集模块本设计中图像传感器采用C3088相机的OV6620图像传感器，相机的工作电压为5V。它具有自动白平衡，曝光控制，色温调整等功能，最大输出640X480幅面的彩色图像，内设晶体的震荡频率为17.73MHz。相机电压（5v）和别的电路（3.6v）的工作电压不同，因为只有数码相机传感器IO脚从系统的其他电路中接收信号。通过I2C,数码相机IO脚从单片机串口接收低电平，单片机控制和接收图像的最大电压限制在5v。表2所示是它的主要参数：表2C3088的主要参数其具有以下特点：（1）．输出完整的JPEG文件。（2）．图像具有160X128，320x240，640x480多种分辨率。（3）．就有多种接口方式：RS232电平串口；TTL电平串口；主动模式8位并行接口；（4）．多种传输速率可调，串行接口支持9600，19200，38400和57600波特率：主模式并口的时钟频率可设定为可设定为1K，2K，4K和5．7Kbyte/Sec。（5）．最优化的串行通讯协议，支持分包传输，主机可以配置更小的缓存，方便NAND型FLASH页写入。（6）．可以选择的两种输入电压：DC+5V，都具有极性保护。（7）．具有内部忙(BUSY)和数据有效(EOC)输出指示。（8）．可以通过串口或者两路触发信号开始图像拍摄。（9）．具有休眠功能，在休眠状态下电流小于lmA。该模块适用于各种非实时数字图像采集场合，如可视门铃，安防，远程监控，可视电话，对于那些由单片机控制的，需要通过电话线或者GPRS，CDMA传送图像的应用，ZM460是一种绝佳的解决方案。3.5电源部分电源需要+5v，因此在有220v交流电源的情况下，选用7805稳压芯片等构成稳压电源：在没有交流电情况下，就选用5v蓄电池作为电源。7805的引脚图如图3-2所示，1脚为输入端，2脚为地，3脚为输出端。图3-27805引脚图78XX系列集成稳压器的典型应用电路如下图所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电流较大时，7805应配上散热板。图3-37805等组成的电源电路图78**系列的稳压集成块的极限输入电压是36V，最低输入电压为输出电压的3-4V以上。7V的电压要想输出5V，则需要使用低压差的稳压集成块，也可以使用3只普通的整流二极管降压，也能得到5V的较为稳定的电压，二极管的允许电流大于你需要的电流即可。表37805参数3.6串口部分串口叫做串行接口，也称串行通信接口，按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485、USB等。RS-232-C、RS-422与R3-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。USB是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域.要实现串行通讯，无线模块得和计算机的串口正确连接。计算机一般有两个串口分别为coml和com2。串口引脚图如下图3-3所示：图3-4串口引脚图1CD←CarrierDetect载波检测2RXD←ReceiveData接收数据3TXD→TransmitData发送数据4DTR→DataTerminalReady数据终端就绪5GND—SystemGround系统接地6DSR←DataSetReady数据设备就绪7RTS→RequestToSend请求发送8CTS←ClearToSend允许发送计算机的串口电平是232电平。232电平的正逻辑是+7v至+15v，负逻辑是-Tv至-15V：TTL电平<0．3v为逻辑“0”，>3．4V为逻辑“1”。要实现正常通讯必须电平一致。因此计算机和无线模块的连接跟下位机单片机与无线模块的连接不一样了。计算机和无线模块的连接如图3-4所示。左边是无线模块，右边是计算机。无线模块要实现和计算机接口，必须经串口实现。图3-4无线模块—计算机第4章无线数码相机的软件设计硬件电路确定后，系统的主要功能将由软件实现，高效率的软件还能在一定程度上节约硬件的成本。在一个复杂的系统晕，软件的工作量往往大于硬件。在软件设计中，通常把整个程序分成若干个子程序。所谓模块，实质上就是具有一定功能、相对独立的程序段。模块化程序的设计主要优点是：(1)和一个完整的程序相比，模块容易编写、查错和测试。(2)有利于程序设计任务的划分，可以让具有不同经验的程序员承担不同功能模块的编写。(3)模块可以共享，一个模块可以被多个任务在不同的条件下调用。本软件系统可以分为相机部分和PC部分两大部分。PC部分软件设计模块可分为串行通讯模块、数据存储模块和时间轮转模块。相机程序设计模块可分为串行通讯模块和图像解码显示模块。4.1MCU与多任务机制51系列单片机编程可以使用汇编语言和C51语言来实现。由于本设计对时间的要求比较高，所以本程序采用汇编语言。程序流程图如图4.1所示。程序设计上，本设计应用多任务方式思想来完成。一般的单片微机应用系统都是对外界的参数进行实时检测，在一定时间内完成对这些参数的处理，并对相应的设备进行及时的控制，这种的系统称为实时系统。在一般参考资料里，都没有体现多任务的思想，而多任务思想对编制复杂的实时系统是必要的。传统的单任务单片机系统程序要完成并行操作是比较困难的，这主要体现在以下几个方面：(1)实时性差。(z)难以实现并行操作的相互通讯。(3)结构复杂。解决以上问题的最好方法是把要完成的操作或功能，分成一个个独立的、可以并行运行的任务，用多任务方式的思路编程。多任务方式是现代操作系统才具有的突出优点。由于单片机实现多任务方式的机制和在Pc机系统实现的多任务机制有相同的地方：两者都可以实现多个任务同时运行。因此就借用Pc机的多任务方式这个名词来说明单片机的多任务功能。但单片机的多任务方式和Pc机多任务方式有着本质的区别。单片机的多任务方式是主动的，而Pc机的多任务方式是被动的。因为单片机的程序是固化到CPU，从任务的角度出发，任务是主动去访问CPU。而Pc机的用户程序是被动的，从任务角度来看，任务是由CPU调度的。只有在CPU空闲时，程序才能被执行。而在单片机多任务方式下，任务主动地轮流切换，可以不用调度，切换灵活。要实现单片机多任务编程，就要把多任务思想引入到编程的过程中，把传统的单任务单片机编程改造为多任务方式。首先应当准确地理解单片机多任务方式编程的特点。单任务方式编程中，每个任务要等待执行的条件，这个条件分为内条件和外条件，内条件有延时等，外条件有输入状态等。当条件成立时，任务可以从头到尾执行完，再切换到其他任务。这种方式编程逻辑比较简单，I／0处理不易发生冲突。因而程序实现比较容易，但是它存在的问题是，从宏观上看，各个任务无法同时运行，而是轮流运行，在等待延时时，CPU只是做简单的循环，CPU资源不能被充分利用，造成浪费。多任务方式编程中，内条件不成立时，把控制权转交给其他任务，将原本单任务中等待的时间转换为其他任务执行的时间；在条件成熟时，执行本任务。这样各种任务可以充分使用CPU资源，不致造成浪费，并且可以在任务问快速地切换，这就是多任务方式的优点所在。图4-1程序流程图要实现多任务编程就要了解多任务编程的原则。其原则为：第一、在程序中不能存在等待延时现象。第二、应当实现模块化，每个子程序应当模块化，便于调用。第三、每种功能要实现任务化，并且尽量短小精悍。这样便于任务实现快速轮转实现宏观上的同时运行。在多任务方式下，单片机CPU的运行时间被划分为许多小的时间片，按不同优先级别分配给不同的子程序模块。各个子程序模块分别在自己的时间片内访问CPU，从而实现微观上轮转运行，宏观上并行运行的多任务效果。多任务方式编程核心思想是：(1)CPU的时间轮流分配给各个任务，并且在宏观米看各个任务足同时运行的(2)各个任务轮流快速使用CPU资源(3)各个任务使用CPU资源不发生冲突。一个实时单片机多任务操作系统应具有以下几个最基本的组成部分：(1)实时时钟(2)中断(3)完成多任务循环的主循环。主程序应尽量的简短，避免占用CPU资源，各个任务主动轮转，由于任务占用CPU时间极短，在用户来看，各个任务都同时进行。利用单片机具有的内部时钟中断，可以方便地实现多任务机制。中断是一个单独的进程。中断子程序应尽可能短，避免对主程序的过多干扰。由于多任务方式的要求，必须提供一个系统时钟，根据系统时钟将CPU运行时间划分为若干时间片，由各个任务根据对时间的需求，在不同的时间片运行。系统时钟可由MCS—．5l系统单片机内带的定时器完成这一工作。定时参数的选择应考虑到系统中各科·定时要求，定时频率一般应设计为各模块要求执行频率的整数倍频。在完成多任务机制后，各个模块程序编写就变得简单，调试程序、检查程序错误也容易实现。图4-2多任务程序流程图4-2PC嵌入式软件PC嵌入式体系控制着相机体系，随着一个32s的刷新率，PC嵌入式体系开启单片机Atmega44p，因为要实施一个每4s和一个模9定时器的中断，所以单片机发送一个每36秒的开始命令。在命令状态下，射频收发机开启一个传输模式，并通过射频发送一个激活命令到相机接收端。然后这个射频收发机被从相机发送的进入命令设定接收模式。当被接收时，通过串口，数据被从射频收发机下载到MCU，在立刻通过通用异步接收UART发送到PC控制系统。图4-3PC嵌入式体系状态图4.3相机嵌入式软件当相机嵌入式软件运行时，PC设定射频收发机AT86RF230的接收模式，并使其去接受激活命令。当激活命令被接受时，射频收发机设定传送模式，并开始发送数据信息。相机获得的数据图像，通过射频发送到PC，程序一直重复，直到全体图像被发送完。图4-4相机嵌入式状态图4.4主机软件体系主机软件在JAVA程序中运行。用户通过展示面板，主机软件能够对数据图像进行录制，重放，删除等操作。主机软件通过异步通信装置UART从PC系统接收数据，并分析。当一个全帧的图像被接收时它用最后的图像更新扩展频道，如果录制作用不能用，它将将其存在存储区。下图4-5是主机软件的状态图：图4-5主机软件状态图第五章系统抗干扰措施由于单片机具有体积小、成本低、可靠性好、控制功能强等优点，因而在工业上得到了广泛应用。单片机应用系统往往工作于较恶劣的环境中，在实际工作中会受到自身或外界的各种各样的干扰，干扰对系统轻则影响测量及控制精度重则使工作系统瘫痪。许多从事计算机控制应用技术的科研人员或工作人员都曾有过这样的经历，当他们将在实验室设计、安装调试好的单片机控制设备投入到现场运行时，才发现此控制系统几乎不能正常工作，有时开机就失灵，有时时好时坏。其实原因就是因为工业现场中存在各种各样干扰所致。干扰可以沿各种路线侵入微机控制系统，也可以以场的形式从空中侵入，供电线路。单片机应用环境中干扰是以脉冲的形式进入单片机系统，其渠道主要有三条，即空间干扰，供电系统干扰。过程通道干扰。空间干扰来源于周围的电气设备如发射机、中频炉、晶闸管逆变电源等发出的电干扰和磁干扰：广播电台或通信发射台发出的电磁波；空中雷电，甚至地磁场的变化也会引起干扰。这些空问辐射干扰会使单片机系统不能正常工作。供电系统干扰以电源的噪声干扰引起。由于工业现场运行的大功率设备众多特别是大感性负载设备的启停会使得电网电压大幅度涨落，工业电网电压的欠压或过压常常达到额定电压的±15％以上。过程通道干扰是干扰通过前向通道和后向通道进入系统。例如在单片机控制系统中，所采集数据的误差主要是由于干扰信号窜入到前向传感器通道中，使信号发生了较大的偏差所致。这种偏差往往会造成系统误动作，使控制失常。这些干扰有可能使单片机系统数据采集误差加大，依此而进行的控制失常；单片机系统受到干扰后，使总线上数字信号错乱、程序运行失常，甚至系统瘫痪，后果十分严重。因此对一个单片机系统而言，其工作可靠性和系统的设计抗干扰能力息息相关，为提高系统的可靠性，必须有效地抑制和滤除各种干扰。抑制和滤除干扰可以通过优化硬件设计和软件设计两个方面入手。硬件设计是系统抗干扰能力的基础，而软件设计抗干扰则是对硬件措旌的有力补充。软件抗干扰主要是从干扰形成后的抑制或消除上着手。因软件措施易于实现，不占用硬件资源，但是过多依靠软件，又会增加软件的设计量。至于采取何种抗干扰措施，则首先应先分析干扰是由哪一种或几种原因引起的，并对软硬件进行综合考虑。由于本系统进行无线通讯，对电源的稳定性，pcb电路的设计要求比较高，故采取以下的抗干扰措施。5.1硬件系统抗干扰供电系统的抗干扰设计抑制电源干扰的有效措施是电路使用电源功能模块集成稳压器7805供电。(2)去耦电容集成电路元件加上也是很关键的，而且去耦电容要越靠近元件越好。数字电路中去耦电容的典型值是0。Luf。(3)印刷电路板的抗干扰印刷电路板是器件、电源线、信号线的高密度集合体。设计的好坏对抗干扰的影响很大。因此印刷电路板设计不是元器件和线路简单布局，还必须符合抗干扰的设计原则。在器件的柿局方面，应该把相互有关的器件尽量放得靠近一些。例如，时钟发生器、晶振、CPU的时钊，输入端都易产生噪声，所以在放置的时候应把它们靠近些。例如需要将晶振电路布置得和单片机的晶振输入管脚尽量近一些。对于那些易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路和开头电路等，应尽量使其远离单片机的逻辑控制电路和存储电路。这样有利于抗干扰，提高电路工作的可靠性。在单片机控制系统中，地线的布局是否合理，将决定电路板的抗干扰能力。在设计地线和接地点的时候，应该考虑以下问题。(1)设计逻辑电路的印制电路板时，其地线应构成闭环形式，提高电路的抗干扰能力。(2)尽量避免死铜现象。若在出现死铜时，应多花一些时间来重新调整、优化布线，以保证地线良好，降低噪音。(3)地线应尽量宽些，最好使用大面积覆铜，这对接地点问题有相当大的改善。如果地线很细的话，则地线电阻将会较大，造成接地电位随电流的变化而变化，致使信号电平不稳。在布线空间允许的情况下，要保证主要地线的宽度至少在2.0mm-3.0mm以上，元件引脚上的接地线应该在1.5mm左右。在布线工作的最后，用地线将电路板的底层没有走线的地方铺满。这些方法都有助于增强电路的抗千能力。5.2软件的抗干扰(1)指令冗余在编写程序时应尽可能使用单字节指令。单片机大部分指令为单字节时，当程序弹飞时，如果出错的程序落到菜一单字节指令上时，出错的程序可自动纳入正轨：当落到多字节指令的操作数时，程序将继续出错，所以在关键的、对程序流向起决定性的指令(如返回指令RET、RET!、条件转移指令JNB、JNC等）之前插入两条空操作指令，使被弹飞的指令恢复正轨；另一方面，对于程序的流向起决定作用的指令和对系统工作状态有重要作用的指令(如置位指令等)，可以重复写该指令，以保证其正确执行。但是不能在程序中加入过多的冗余指令，以免明显降低程序的运行效率，从而影响控制系统的实时响应性。(2)软件容错设计在程序存储器中总会有一些区域未被使用，如果因干扰信号导致单片机的指令计数器PC值被错置，当程序跳到这些未被使用的程序存储空间