TOP1单片机智能视频监控系统电路设计
防侵入式智能监控系统
它是由红外传感器、监视器、中央控制器、记录设备及报警辅助设备等几部分组成。当有物体进入被监控区域时红外传感器给控制系统相应的信号，控制系统对信号进行分析并自动启动所对应的监视器，当控制系统得到视频信号时，系统控制记录设备进行记录，这样不但可以节省记录媒介，并且可以更进一步提高数据质量，亦可降低便携设备的能耗。
红外信号处理电路设计
如图4所示，热释电红外传感器的额定工作电流15mA，工作电压为2.2-15V，由4个运放组成2级放大和1个比较电路。辅以4个施密特触发器构成的延时电路，在本电路里用的7805提供1个稳定的电源。当给传感器的+Vss端施加稳定的5V电压时，只要有300-320K的黑体温度被检测到时，传感器的输出电压通过连续两级信号放大，再由比较放大器比较放大，当达到一个设定的门限阈值时就输出一个有效的信号经过施密特触发器组成的延时电路，使执行机构动作。
USB视频数据采集系统接口电路设计
红外传感信号处理模块设计
为了节约电能，本终端采用红外传感器来检测监控区域有无人员进入，只在有人员进入监控区域时，终端才进入图像采集、处理、传输状态。本设计采用BISS0001芯片为热释电红外传感信号处理核心元件，其应用电路如图2所示。
图2红外信号处理电路
图像采集模块设计
对于图像采集模块，本设计采用TI公司的TVP5150作为解码芯片。TVP5150是一款超低功耗的解码芯片，正常操作时的功耗只有113mW，节电模式下功耗为1mW，并支持PAL/NTSC/SECAM等格式，它能将摄像头所采集到的模拟图像信号转换为YUV4:2：2格式的ITU-RBT.656数字信号，它可以接收2路复合视频信号（CVBS）或1路S-Video信号，通过I2C总线设置内部寄存器，可以选择输出8位4:2：2的ITU-RBT.656数字信号（同步信号内嵌），以及8位4:2：2的ITU-RBT.601信号（同步信号分离，单独引脚输出）。TVP5150与DM642的硬件连接如图3所示。
图3TVP5150与DM642硬件连接图
TOP2基于DSP的视频监控系统硬件电路设计
目前视频监控广泛应用于安防监控、工业监控和交通监控等领域。视频监控系统大致经历3个阶段：首先是基于模拟信号的电视监控系统，其功能单一、易受干扰且不易扩展；随后出现基于PC机的图像监控系统，其终端功能较强．但价格昂贵，稳定性差；近年来，随着嵌入式技术成熟，嵌入式视频采集处理系统具有可靠性高、速度快、成本低、体积小、功耗低、环境适应性强等优点。
视频信号处理电路
本设计采用SONY公司专用信号处理器件CXD3142R作为信号处理器。CXD3142R是专用于对Ye，Cv，Mg和G补色单片CCD输出信号进行处理的低功耗、高效率的信号处理器；具有自动曝光和自动白平衡功能，可同时输出复合视频信号和YUV8位数字信号输出。内部集成9位A／D转换器同步信号产生电路、外部同步电路和时钟控制电路。此外，CXD3142R还具有串口通信功能，用户可在PC机中预先设定好DSP中的寄存器值，通过串口下载到DSP，并对图像信号进行自动曝光和自动白平衡等处理。图2为视频信号处理模块电路连接图。
外围接口模块设计
本设计支持RS-232C串口通信。但该串口通信需把3．3V逻辑电平转化成RS-232C标准电平。因此采用SP3232E系列器件完成电平转换。SP3232E可从+3．0～+5．5V的电源电压产生2Vce的RS-232C电压电平。该系列适用于+3．3V系统。SP3232E器件的驱动器满载时典型数据速率为235kb／s。图4为系统设计的接口电路图。
需要注意的是，由于采用SP3232E器件，其驱动能力有限，该接口电路只适用于近距离传输。如果要进行远距离传输，则必须加强信号传输能力。
智能视频监控信号采集电路模块设计
矩阵切换器电路设计
语音信号采集与处理电路设计
因为要采集教室各个位置（一般在20～50m2范围内）的语音信号，使用普通的话筒放大电路显然达不到要求。本系统采用对数放大电路进行语音放大，比较清晰地采集到了50m2范围内各个位置的语音信号。设计的对数放大电路如图5所示。IC2为运算放大器，系统选用LM358实现二级运算放大。
利用传感技术和电子技术系统设计思路简单、成本低廉、方便实用。对提高学生自主学习的自觉性，监控自主学习设备和软件平台运行情况，防止人为破坏造成的不必要损失，提高设备运行的稳定性和可靠性等起到了非常重要的作用。
TOP3智能视频监控系统以太网电路设计
视频监控系统以其直观、方便等特点，一直应用于许多场合。随着嵌入式系统和通信技术的快速发展，传统的基于模拟信号的监控方式己经不能满足日益增长的市场需求。本文在深入研究ARM体系结构、Linux软件结构、视频服务器之上，将基于ARM的嵌入式开发方法与网络技术相结合，实现了基于S3C2440和嵌入式Linux的远程图像监控系统。
以太网电路模块设计
基于以太网的网络连接最典型的应用形式是Ehernet和TCP/IP的组合，它的底一层是以太网，网络层和传输层采用国际公认的标准TCP/IP协议。本系统中采用的是Crystal公司的CS8900，该芯片是一款单口的10/100Mbps快速以太网物理层接口芯片［8］。它与S3C2440的接口电路如图所示。
简易智能视频监控切换器电路设计
基于视频监控系统图像传感器接口电路模块设计
图2CAM130模块原理图及OV9650接口电路
TOP4智能视频监控终端电路模块设计
红外传感信号处理电路模块设计
本终端采用红外传感器来检测监控区域有无人员进入，只在有人员进入监控区域时，终端才进入图像采集、处理、传输状态。本设计采用BISS0001芯片为热释电红外传感信号处理核心元件，其应用电路如图2所示。
图像采集电路模块设计
对于图像采集模块，采用TI公司的TVP5150作为解码芯片。TVP5150是一款超低功耗的解码芯片，正常操作时的功耗只有113mW，节电模式下功耗为1mW，并支持PAL/NTSC/SECAM等格式，它能将摄像头所采集到的模拟图像信号转换为YUV4:2：2格式的ITU-RBT.656数字信号，它可以接收2路复合视频信号或1路S-Video信号，通过I2C总线设置内部寄存器，可以选择输出8位4:2：2的ITU-RBT.656数字信号，以及8位4:2：2的ITU-RBT.601信号（同步信号分离，单独引脚输出）。TVP5150与DM642的硬件连接如图所示。
基于DSP的智能视频监控图像处理电路模块设计
本监控系统采用一片TI的TPS3307-33D作为电源检测IC。该器件定义在其供电1.1V时其/Reset即可输出有效的信号。如图4所示，在本系统中，该电路可以完成对5V、3.3V和1.8V三种供电电压的监测，并可以对系统的三种器件（C6211、EPLD和AT89C2051）同时进行上电复位和手工复位。
图4TPS3307电源监控电路
其中+3.3V是TMS320C6211的I/O接口所需的电压，这是DSP外围接口电压，必须能够保持稳定、持续供电。其外接的SDRAM和FLASHROM都是3.3V器件，若电压不稳，这些器件无法稳定工作，容易导致损耗甚至烧毁这些器件。+1.8V供电是为了满足TMS320C6211的CPU核心工作电压需要。对于TMS320C6211来说，其工作频率为150MHz，对电压的变化非常敏感。电压过高会使器件损伤，电压过低芯片会自动复位。
TOP5基于TMS320DM643的视频监控系统电路模块设计
视频编、解码电路模块设计
视频解码模块的主要功能是将从摄像头采集来的PAL/NTSC复合视频信号进行采样、量化得到任意分辨率的数字信号，为DM643提供视频流。视频解码器选用的是TI公司的TVP5150视频解码芯片。该芯片是一个高性能数字视频解码器，可以将NTSC/PAL制模拟视频信号转换成BT.656格式的标准数字视频信号。下面是视频解码的滤波部分电路图：
图2滤波电路图
视频解码器TVP5150视频信号输入范围为0.75Vpp，而外部视频信号输入范围一般为1Vpp，所以外部视频输入与TVP5150视频输入之间串接到地分压电阻网络，以达到TVP5150所需的输入电平。DM643支持标准的BT.656格式的数字视频数据流的输入格式，能与TVP5150的视频数据流进行无缝连接。
串行通信电路模块设计
该模块实现的功能是DSP芯片通过异步串行总线RS-485向机械控制电路（云台）发送指令，实现摄像头的自动跟踪。该系统采用的是TL16C752通用异步收发器UART，它采用8位异步并行存储器接口，并采用+3.3V电源供电，可以与DM643的外部存储器接口（EMIF）直接连接。
图4串口连接图
一种3G移动视频监控系统电源电路模块设计
系统电源分为+5V、+3.3V、+1.8V、+1.2V四种，系统主供电电源为+5V，其余均由+5V电源供给。因此，采用一片TPS75003和一片TPS62040完成系统四种电源的转换。设计用TPS75003的SW1引脚经过SI2323续流整形后输出1.2V电压用于DM6446内核供电，IS1引脚连接参考电压，FB1引脚接输出1.2V电压作为反馈，SW2引脚输出3.3V电压用于DM6446外设接口供电。TPS62040的SW1和SW2引脚短接后输出1.8V电压用于DM6446存储器接口供电，FB引脚连接1.8V作为反馈输入。这样，用一片TPS75003和TPS62040电源管理芯片就可以满足本系统供电。TPS75003和TPS62040电源转换电路如图2所示。
图2TPS75003和TPS62040电源转换电路图
TOP6基于Internet的智能视频远程监控系统电路模块设计
主控电路采用TI公司的Stellaris系列的LM3S8962，由于我们考虑了是自己制板，因此我们的MCU做成了最小系统板，主控芯片的电路如下。
图4-1主控芯片
摄像头电路设计
本课题所采用的摄像头是数字接口的，因此接线很简单，八根数据线与摄像头的灰度图像输出信号，MCU直接通过GPIO口来读取数据。行中断和场中断的信号线需要加电容和电阻滤波，否则可能引起中断不稳定。
图4-2摄像头接口电路
热敏电阻传感器电路设计
热敏电阻一般分为正温和负温两种，根据其灵敏度不同，采用合适的热敏电阻在合适的场合使用，如果需要精度很高的话可以采用PT-100铂电阻，需要电桥电路配合信号处理，并且需要非线性校正，而我们的方案是的同工电阻分压通过AD来采集数据，进行简易的处理之后就可以通过上位机显示。
图4-4温度传感器电路
时钟电路设计
时钟电路采用外部的DS1302电路，由于ARM内部也集成了RTC，因此本系统中可以使用两套时钟，该时钟有外部钮扣电池供电，不会因为系统掉电而停止运行，时钟芯片与主芯片通过串行通信进行配置和传输数据，使用很方便。
图4-5时钟模块
TOP7基于89C51单片机的智能视频监控系统控制电路设计
系统硬件电路设计
本系统采用89C51单片机与PC键盘接口相连，图2给出了系统硬件电路原理。其中P3.0和P3.1分别与主机键盘接口的时钟线CLK和数据线DATA相连，P2口与4×4键盘矩阵相连，P0口经过驱动后与输入输出报警设备相连接。为保证键盘可靠工作，系统配置了看门狗电路MAX813L，另外，系统还配置了蜂鸣器，每次按键均有声音提示。
图2系统硬件电路原理
两种智能视频监控系统中矩阵切换电路设计
介绍了两种基于不同芯片组合的矩阵切换-字符叠加系统，包括这两种实现方案的元件构成、结构框架、工作原理和它们各自的特点及应用范围。当系统视、音频信号的输入、输出通道不是很多，尤其在输出通道较少且不需要汉字字符叠加的情况下，该文豪以获得较高的性价比。
大容量、汉字字符叠加系统电路设计
元件构成控制模块
TOP8基于DSP+FPGA多视频监控的采集电路模块
视频采集电路模块设计
AD9203是ADI公司出品的一款单通道、低电压的高速A／D转换器，采样速率可达40Ms／s。其精度稳定可靠，在全采样带宽范围内，始终基本保持着10位的精度；在40Ms／s的采样速率下，ENOB（有效位数）仍然达到9．55位，差分非线性度±0．25LSB，信噪比和失真度保持在59dB左右。AD9203的工作电压比较灵活，允许住2．7～3．6V范围内变动，特别适合于便携式设备在低电压下的高速操作。在3V的供电下，40Ms／s全速工作时，功耗只有74mW；在5Ms／s时，功耗将会降到17mW，在待机模式下，功耗只有0．65mW。对于输入信号的峰峰值，通常设置为1Vp-p或者2Vp-p。另外，AD9203允许外部电压参考，可以根据设计需要，在1～2V间灵活地设置输入信号的峰峰值。
图2AD9203的电路应用原理图
基于ARM9的远程无线智能视频监控电路设计
图像采样接口电路设计
S3C2440的摄像头接口支持ITU-RBT.601/656YCbCr8比特标准的图像数据输入，最大可采样4096×4096像素的图像。摄像头接口可以有两种模式与DMA控制器进行数据传输：一种是P端口模式，把从摄像头接口采样到的图像数据转为RGB数据，并在DMA控制下传输到SDRAM;另一种是C端口模式，把图像数据按照YCbCr4:2：0或4:2：2的格式传输到SDRAM。上述两种工作模式都允许设置一个剪辑窗口，只有进入这个窗口的图像数据才能够传输到SDRAM。S3C2440的摄像机接口接收ITU标准的图像数据，不能直接接收CCD摄像机输出的模拟视频信号，因此还需要1片SAA7113视频解码芯片。
SAA7113的CE引脚与S3C2440的一个GPIO引脚相连，这样可以控制SAA7113的工作状态。当无须采集图像时，将该GPIO口输出低电平，使SAA7113芯片处于低功耗状态，节省电能的消耗。对照图2和图3可以看出，SAA7113芯片就是图2的“外部图像传感器”。它向嵌入式系统的摄像机接口提供了采样到的标准ITU视频数据。这些数据经过DMA的P端口或C端口控制传输到了内存，这样就可以在内存中对图像数据作进一步的加工处理。
摄像机云台控制电路设计
摄像机的云台控制接口采用RS485通信方式。因S3C2440内部只有RS232的控制器，为此使用MAX485芯片设计了一个RS232到RS485的转换接口。该电路原理如图4所示。
远程图像无线监控系统在高压输电线路的覆冰监测中得到了成功的应用。在野外全天候环境下，适时准确地监测高压输电线路覆冰厚度，同时发出预警处理信息，从而有效地避免了断缆事故的发生。远程图像监控技术是随着计算机技术、数字通信技术、网络技术、自动控制技术以及LSI、VLSI集成电路的发展而发展的，而基于ARM9嵌入式处理器的本系统正是这些技术学科相互交叉和融合发展的集中体现。实践证明，ARM9处理器的低功耗、高性能和多功能的特性满足了远程图像监控的许多特殊需求，是实现远程图像监控的很好选择。
TOP9基于CC2530的无线路灯节能智能监控系统电路设计
图3CC2530外围电路
视频信号选择电路的设计
系统外部前端设备摄像机录入各个门禁场所视频，通过视频传输线路传到主机控制系统的视频信号选择电路视频信号。选择电路具有四路视频输入、四路视频输出，一个公共视频端输出。一方面视频信号经过MAX4090进行阻抗匹配后从四路视频输出，供管理人员查看门禁的现场活动情况，同时在公共视频端不仅可以输出一路视频，而且可以通过视频处理板对视频信息进行存储并通过网络传输视频信息；输出的视频信号通过FPGA的控制转换为可视信号并存储到PC中，同时FPGA可以不断检测视频警报信号量来触发报警信号。
如图2所示为只有1路输入，1路输出并带有一路公共视频的电路图作为视频选择电路系统的讲解示意，J1为视频信号输入端，J5，J9为视频信号输出端.CON2为短路跳线对相应的通道进行连通与断开。当CON2断开时，相应的通道连通，视频信号从左边输入，经过匹配后从右边输出；当CON2连通时，则视频信号输入后不能经过匹配处理而直接输出。然后利MAX4090用进行阻抗匹配进行多路视频的选择输出。该电路使用了交流耦合输出方式。从技术特征出发，将视频信号输出到媒体显示设备的最普遍方法是交流耦合，这使得接收电路可以在自己的输入端建立共模电平，该电平独立于输入视频信号的直流电平。一个75欧的串联电阻应该尽可能近地放在靠近输出端的位置，这有助于隔离从输出端产生的下行寄生干扰，并提供最佳的信号条件。
USB接口电路的设计
为了方便的使用USB摄像头及USB的数据下载通道，系统总需要设计USB接口电路。
USB电路如图3所示，USB功能采用常见的CH375芯片作为USB借口控制芯片。CH375是一个USB总线的通用借口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式。在本地端，CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上。在USB主机方式下，CH375还提供了串行通讯方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU/MPU等相连接。CH375有串口和并口两种与单片机的连接方式，在本系统中，CH375芯片是通过并行方式连接到副控制芯片的，CH375的TXD引脚通过1千欧左右的下拉电阻接地或者直接接地，从而使CH375工作于并口方式。这种并行连接方式极大的提高了数据的传输速率。
TOP10FPGA的EPROM及单片机存储电路设计
系统中使用了AT24C512EEPROM器件作为主要存储芯片，它的存储容量为512K及单片机对AT24C51系列E2PROM的读写操作完全遵守12C总线的主收从发和主发从收的规则。数据的传送由四部分组成：起始（START）条件、从机地址的发送、数据的传送和停止（STOP）条件。每一个时钟高电平中期间传送一位数据，而且在SCL线为高电平时SDA线上的数据必须保持稳定，否则将认为是一个控制信号。这样设计的优点体现在其简单性和有效性上。
如图4所示电路，一般A0、A1、WP接VCC或GND，SCL、SDA接上拉电阻（上拉电阻的阻值可参考有关数据手册选择，通常可选5K到10K的电阻，本设计中选用的电阻阻值为10K）后再接单片机的普通I/O口，即可实现单片机对AT24C512的操作。在对AT24C512开始操作前，需要先发一个8位的地址字来选择芯片以进行读写。其中要注意“10100”为AT24C512固定的前5位二进制；A0、A1用于对多个AT24C512加以区分；R/W为读写操作位，为1时表示读操作，为0时表示写操作。AT24C512内部有512页，每一页为128字节，任一单元的地址为
16位，地址范围为0000—0FFFFH。虽然FPGA芯片和单片机都有EEPROM读写的功能，但并不是说它们拥有各自独立的EEPROM芯片，而是两片单片机共同复用EEPROM芯片。如果两个芯片同时读写EEPROM芯片，则单片机肯定会产生死机现象，因此需要一个严格的机制保证不会出现两片单片机同时读或者写EPROM芯片的现象。该机制称为EPROM复用关系，即采用一个握手信号协调两者的使用。
在视频选择电路中采用了交流耦合技术，这样设计有利于保持高清晰视频信号的传输。同时利用FPGA作为中央控制部分的，采用了并行的两块单片机做为副控芯片，一块用于USB接口的数据控制与传输，另外一块用于其它接口操作和外部存储控制，既了协调视频信号的实时监控与传输，又能够保证FPGA的处理不受到外部电路的影响，大大提高了系统的工作效率。