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【摘 要】本通信网络采用STM32F103C8T6单片机作为主控系统，基于RTC6701芯片的无线发射模块TX-2462和无线接收模块S-RX28B，实现短距离的无线数据传输。本系统可以独立传输从节点B和从节点C的信号，也可以通过信号继电器实现从从节点B经从节点C转发的视频传输，同时运用基于MAX7456芯片的OSD模块，实现了字符与视频内容的叠加，并且采用12DBI天线和独立降压电源模块等器件用来降低系统功耗。
【关键词】STM32单片机;短距无线通信;无线收发模块;OSD字符叠加;中继通信
中图分类号：TP29 文献标识码：A
Design of short-range video wireless communication network based on STM32
WANG Yanping1，ZHANG Yongbo，ZHAO Bo1，LIU Jian1，LU Binglin1
（1.School of Electrical and Electronic Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049，China
2.Zibo IT &Engineering School Zibo 255049，China）
Abstract：This communication network adopts STM32F103C8T6 as the main control system.Based on RTC6701 chip wireless transmitting module TX-2462 and wireless receiving module S-RX28B，it realizes short-range wireless data transmission.The system can independently transmit signals from the node B and the node C，and it can also realize the video transmission forwarded from the slave node B via the slave node C through the signal relay，and realize the character and video content by using the OSD module based on the MAX7456 chip.Devices such as 12DBI antennas and independent step-down power modules are used to reduce system power consumption.
Keywords：STM32;short-range wireless communication;wireless transceiver module;OSD;relay communication
短距无线通信技术，作为传输信息的最新科技成果，已经影响着社会生活的方方面面，视频监控通信、无线耳机、无线咨询家电已经开始影响并改变着人们的生活。短距无线通信网络因为不受布线信号的约束，能够极大的节省人力物力，并且可靠性高、灵活性强、安全性好、操作简单、维护方便，所以必将对人们的日常生活和社会进步将会产生深远的影响[1-3]。本设计采用STM32为主控芯片，基于RTC6701无线传输，实现从节点 B 和 C 到主节点 A 的视频信号直接或者中转传输，通过实验测试，图像清晰无闪烁、色彩不失真，对短距视频无线传输系统的进一步研究提供了有价值的参考。
1 系统总体设计
本次方案设计的短距视频信号无线通信系统由视频采集模块、视频压缩处理模块、无线傳输模块、视频接收译码和视频显示模块组成。摄像头B、C通过AV线将模拟视频信号连接到从节点B和从节点C，从节点B、C添加了OSD功能，采用无线发射模式，对视频信号进行实时传输。主节点A通过2.4G无线接收模块可以单独接受从节点B、C的视频信号，也可以实现视频信号从B节点经C节点转发，再在A节点接收然后传输到显示器进行显示。系统框图如图1所示。
图1 短距视频信号无线通信网络整体框图
2 系统硬件选择及设计
2.1主控制器模块的选择
STM32系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。芯片集成定时器、CAN、ADC、SPI、I2C、USB、UART等多种功能。STM32F103增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品[4];内置32K到128K的闪存，该芯片在32位同类产品中管耗最小。STM32单片机自带一个官方的库，而这个库的源代码是开放的，速度会比用MSP430单片机要轻松快捷、方便、性价比较高。STM32F103C8T6的最小系统是由晶振电路和复位电路组成，复位管脚接低电平，单片机复位。本设计中将STM32F103C8T6和MAX7456字符叠加模块设计在一块开发板上，有效的避免了信号干扰的同时将功耗减到了最低。
2.2无线收发模块的设计及实现
本设计采用基于RTC6701芯片的无线收发模块，发射模块采用TX-2462，接收模块采用SRX-28B，模块工作于2.4G频段内，可在有限范围内传输立体音频与视频。AV信号经OSD模块进行字符与视频信号的叠加，处理后的信号连接到无线信号发送模块TX-2462，可适当对CH1，CH2，CH3，BX进行设置，防止各频段的干扰，信号发送模块原理图如图2所示。在进行无线传输时，发送和接受模块频率要保持相同。无线信号接收模块的引脚设置同无线信号发送模块，输出信号接于电视机进行视频显示，在接收模块中添加了三路信号选择继电器，由单片机实现对不同频段的选择，信号接收与选频模块原理图如图3所示。 图2无线发送模块
2.3视频选择和中继通信模块的实现
采用信号继电器实现选择显示从节点B或C的视频内容。该系列继电器均为低功率损耗，其中标准型140mW，高灵敏度型100mW，超高灵敏度型50Mw，超稳定型100mW，常应用于网络通信和信号传输。采用此信号继电器，以提高主节点A的开关换频速度，减少信号延迟，降低系统功耗。节点C为中继转发节点，实现从节点B到节点A间的视频信号中继通信。
图3无线接收与选频模块
2.4 OSD字符叠加模块的实现
本设计采用MAX7456芯片进行视频字符叠加。MAX7456接收AV视频信号，通过STM32F103C8T6采用SPI通信协议进行串行通信，先对引脚时钟进行初始化，设置视频输出模式，等待中断，通过SPI写入数据，选择字符显示位置，写入字符存储器地址，配置数据进行显示。OSD字符叠加模块的接线图如图4所示。
图4 OSD字符叠加模块
2.5降压电源模块
本系统要求降低功耗，所以采用MSP410芯片作为降压模块将5V工作电压降到3.3V，电源转换效率高，将5V工作电压降到3.3V减少功耗。降压电源模块原理图如图5所示。
图5 降压电源模块
3 软件设计
STM32系统软件部分主要实现两项功能：（1）对从节点B、C发射的视频信号进行字符叠加控制，视频叠加模块软件流程图如图6所示;（2）对主节点A的接收信号进行解调和显示。
图6 视频叠加模块软件流程
Fig.6 OSD module software flow
4 功能检测与调试
4.1 测试步骤
对短距视频无线通信网络的整体来说，其测试分为如下几个步骤：
① 测试电源对各模块供电是否正常。
② 检查单片机能否正常的烧写程序。
③ 检查电视机的彩色制式与彩色视频信号制式是否一致。
④ 检查与摄像头直接用AV电缆连接到电视机的图像质量有无明显差异。
⑤ 检查是否能通过开关选择显示从节点B或C的视频内容。
⑥ 检查电视机屏幕上是否显示字符和视频内容的叠加。
⑦ 对运行过程中各种情况进行测试。
⑧ 整理所得数据，进一步优化程序设计。
经过多次调试，本系统能够基本满足设计要求。
4.2测试结果及分析
测试结果如表1所示，数据显示了功耗降低。
通过数据分析及观察图像，可见电视机的彩色制式与彩色视频信号制式一致，该通信网络满足设计要求。
5 总结
该设计采用单片机为主控芯片，应用无线收发模块，采用OSD技术实现了短距视频信号无线通信，经实验验证在要求距离内，视频信号传输速度较快，画面无失真、无雪花，且中继通信可加大传输距离，不足之处功耗较大。该技术可结合智能家居、物联网技术，获得长久的发展。
参考文献：
[1]赵玉荣，胡澤报.短距视频信号无线通信网络设计[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2017，35（2）：312-313+320.
[2]张妍，任崇玉，肖亚妮，等.短距视频信号无线通信网络的设计[J].信息通信，2015，155（11），234-235.
[3]彭鑫，陈松.短距视频信号无线通信网络的设计与实现[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2018，31（2），23-29.
[4]张磊.基于ARM的智能家居转换接口设计与实现[J].自动化应用，2015（05）：3-4+21.
[5]刘凡，董效杰，肖祥彬，符怡铭，徐建.基于STM32的触摸屏显示系统设计[J].科技广场，2017（04）：182-184.
[6]周雪凤，赵玉荣.基于STM32单片机的无线智能灯控制系统设计[J].科技视界，2018（07）：256-257.
[7]马蕊.现代家居智能化发展及应用研究[D].北方工业大学，2014.
[8]李孟臻.短距离无线通信技术在物联网中的应用探讨[J].通讯世界，2019，26（01）：129-130.
（作者单位：1.山东理工大学 电气与电子工程学院;2.淄博信息工程学校）
【关键词】STM32单片机;短距无线通信;无线收发模块;OSD字符叠加;中继通信
中图分类号：TP29 文献标识码：A
Design of short-range video wireless communication network based on STM32
WANG Yanping1，ZHANG Yongbo，ZHAO Bo1，LIU Jian1，LU Binglin1
（1.School of Electrical and Electronic Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049，China
2.Zibo IT &Engineering School Zibo 255049，China）
Abstract：This communication network adopts STM32F103C8T6 as the main control system.Based on RTC6701 chip wireless transmitting module TX-2462 and wireless receiving module S-RX28B，it realizes short-range wireless data transmission.The system can independently transmit signals from the node B and the node C，and it can also realize the video transmission forwarded from the slave node B via the slave node C through the signal relay，and realize the character and video content by using the OSD module based on the MAX7456 chip.Devices such as 12DBI antennas and independent step-down power modules are used to reduce system power consumption.
Keywords：STM32;short-range wireless communication;wireless transceiver module;OSD;relay communication
短距无线通信技术，作为传输信息的最新科技成果，已经影响着社会生活的方方面面，视频监控通信、无线耳机、无线咨询家电已经开始影响并改变着人们的生活。短距无线通信网络因为不受布线信号的约束，能够极大的节省人力物力，并且可靠性高、灵活性强、安全性好、操作简单、维护方便，所以必将对人们的日常生活和社会进步将会产生深远的影响[1-3]。本设计采用STM32为主控芯片，基于RTC6701无线传输，实现从节点 B 和 C 到主节点 A 的视频信号直接或者中转传输，通过实验测试，图像清晰无闪烁、色彩不失真，对短距视频无线传输系统的进一步研究提供了有价值的参考。
1 系统总体设计
本次方案设计的短距视频信号无线通信系统由视频采集模块、视频压缩处理模块、无线傳输模块、视频接收译码和视频显示模块组成。摄像头B、C通过AV线将模拟视频信号连接到从节点B和从节点C，从节点B、C添加了OSD功能，采用无线发射模式，对视频信号进行实时传输。主节点A通过2.4G无线接收模块可以单独接受从节点B、C的视频信号，也可以实现视频信号从B节点经C节点转发，再在A节点接收然后传输到显示器进行显示。系统框图如图1所示。
图1 短距视频信号无线通信网络整体框图
2 系统硬件选择及设计
2.1主控制器模块的选择
STM32系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。芯片集成定时器、CAN、ADC、SPI、I2C、USB、UART等多种功能。STM32F103增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品[4];内置32K到128K的闪存，该芯片在32位同类产品中管耗最小。STM32单片机自带一个官方的库，而这个库的源代码是开放的，速度会比用MSP430单片机要轻松快捷、方便、性价比较高。STM32F103C8T6的最小系统是由晶振电路和复位电路组成，复位管脚接低电平，单片机复位。本设计中将STM32F103C8T6和MAX7456字符叠加模块设计在一块开发板上，有效的避免了信号干扰的同时将功耗减到了最低。
2.2无线收发模块的设计及实现
本设计采用基于RTC6701芯片的无线收发模块，发射模块采用TX-2462，接收模块采用SRX-28B，模块工作于2.4G频段内，可在有限范围内传输立体音频与视频。AV信号经OSD模块进行字符与视频信号的叠加，处理后的信号连接到无线信号发送模块TX-2462，可适当对CH1，CH2，CH3，BX进行设置，防止各频段的干扰，信号发送模块原理图如图2所示。在进行无线传输时，发送和接受模块频率要保持相同。无线信号接收模块的引脚设置同无线信号发送模块，输出信号接于电视机进行视频显示，在接收模块中添加了三路信号选择继电器，由单片机实现对不同频段的选择，信号接收与选频模块原理图如图3所示。 图2无线发送模块
2.3视频选择和中继通信模块的实现
采用信号继电器实现选择显示从节点B或C的视频内容。该系列继电器均为低功率损耗，其中标准型140mW，高灵敏度型100mW，超高灵敏度型50Mw，超稳定型100mW，常应用于网络通信和信号传输。采用此信号继电器，以提高主节点A的开关换频速度，减少信号延迟，降低系统功耗。节点C为中继转发节点，实现从节点B到节点A间的视频信号中继通信。
图3无线接收与选频模块
2.4 OSD字符叠加模块的实现
本设计采用MAX7456芯片进行视频字符叠加。MAX7456接收AV视频信号，通过STM32F103C8T6采用SPI通信协议进行串行通信，先对引脚时钟进行初始化，设置视频输出模式，等待中断，通过SPI写入数据，选择字符显示位置，写入字符存储器地址，配置数据进行显示。OSD字符叠加模块的接线图如图4所示。
图4 OSD字符叠加模块
2.5降压电源模块
本系统要求降低功耗，所以采用MSP410芯片作为降压模块将5V工作电压降到3.3V，电源转换效率高，将5V工作电压降到3.3V减少功耗。降压电源模块原理图如图5所示。
图5 降压电源模块
3 软件设计
STM32系统软件部分主要实现两项功能：（1）对从节点B、C发射的视频信号进行字符叠加控制，视频叠加模块软件流程图如图6所示;（2）对主节点A的接收信号进行解调和显示。
图6 视频叠加模块软件流程
Fig.6 OSD module software flow
4 功能检测与调试
4.1 测试步骤
对短距视频无线通信网络的整体来说，其测试分为如下几个步骤：
① 测试电源对各模块供电是否正常。
② 检查单片机能否正常的烧写程序。
③ 检查电视机的彩色制式与彩色视频信号制式是否一致。
④ 检查与摄像头直接用AV电缆连接到电视机的图像质量有无明显差异。
⑤ 检查是否能通过开关选择显示从节点B或C的视频内容。
⑥ 检查电视机屏幕上是否显示字符和视频内容的叠加。
⑦ 对运行过程中各种情况进行测试。
⑧ 整理所得数据，进一步优化程序设计。
经过多次调试，本系统能够基本满足设计要求。
4.2测试结果及分析
测试结果如表1所示，数据显示了功耗降低。
通过数据分析及观察图像，可见电视机的彩色制式与彩色视频信号制式一致，该通信网络满足设计要求。
5 总结
该设计采用单片机为主控芯片，应用无线收发模块，采用OSD技术实现了短距视频信号无线通信，经实验验证在要求距离内，视频信号传输速度较快，画面无失真、无雪花，且中继通信可加大传输距离，不足之处功耗较大。该技术可结合智能家居、物联网技术，获得长久的发展。
参考文献：
[1]赵玉荣，胡澤报.短距视频信号无线通信网络设计[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2017，35（2）：312-313+320.
[2]张妍，任崇玉，肖亚妮，等.短距视频信号无线通信网络的设计[J].信息通信，2015，155（11），234-235.
[3]彭鑫，陈松.短距视频信号无线通信网络的设计与实现[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2018，31（2），23-29.
[4]张磊.基于ARM的智能家居转换接口设计与实现[J].自动化应用，2015（05）：3-4+21.
[5]刘凡，董效杰，肖祥彬，符怡铭，徐建.基于STM32的触摸屏显示系统设计[J].科技广场，2017（04）：182-184.
[6]周雪凤，赵玉荣.基于STM32单片机的无线智能灯控制系统设计[J].科技视界，2018（07）：256-257.
[7]马蕊.现代家居智能化发展及应用研究[D].北方工业大学，2014.
[8]李孟臻.短距离无线通信技术在物联网中的应用探讨[J].通讯世界，2019，26（01）：129-130.
（作者单位：1.山东理工大学 电气与电子工程学院;2.淄博信息工程学校）