别墅智能电力线载波视频监控系统.doc

别墅智能电力线载波视频监控系统

设
计
方
案

重庆******有限公司
2012年5月25日

一、设计背景
电力线是一种分布非常广泛的线路资源。长久以来，人们一直试图通过它传输数据和语音信号。但由于电力线通信环境恶劣，许多技术问题一直困挠人们。其中，最主要的问题在于高噪音和信号衰减。电力线通信的噪音主要来自于低压电网相连的负载，以及无线电广播的干挠；而信号的衰减是与通信信道的物理长度和低压电网的阻抗匹配相关的。由于负载的开关会引起电力线上供电电流的波动，从而导致在电力线的周围产生电磁辐射，所以，沿电力线传送数据时，会出现许多意想不到的问题。在这样的噪声环境下，很难保证数据传输的质量。而且，电力线通信的噪音和信号衰减是随时间变化的，很难找到规律。因此，电力线通信的环境极为恶劣。采用电力线通信的关键新技术可以解决以往存在的许多问题。例如本设计采用的正交频分复用技术(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)，
可以在同一电力线不同带宽的信道上传输数据。正交频分复用技术（ＯＦＤＭ）技术能够在抗多径干扰、信号衰减的同时保持较高的数据传输速率，在具体实现中还能够利用离散傅立叶变换简化调制解调模块的复杂度，因此它在电力线高速通信系统中的应用有着非常乐观的前景。电力线通信还可采用前向纠错、交叉纠错、自动重复请求和TPC编码等技术来保证通信信道的稳定可靠。电力线通信的介质访问控制(MAC)协议采用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)协议，并增加了支持优先级、公平竞争和延迟控制等功能，因此，可以突破低压电力线通信的许多技术障碍。
《基于STR12FW44X6的电力线载波视频监控系统》的设计，是充分利用嵌入式系统体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业应用的突出特征，再结合采用电力线通信的一些关键新技术来完成整个系统设计，用ARM9作整个系统控制的主芯片来完成本设计是一个很好的尝试。
本设计通过核心控制器，把已压缩成MPEG4格式的视频信号流打包成电力数据包（POWERPACKET），再利用专用电力线集成收发器（IN51X1）采用多载波正交频分复用技术（OFDM）对数据进行调制，通过前端模拟放大和耦合电路耦合到电力供电线路。接收端通过模拟接收和耦合电路将调制信号送到专用电力线集成收发器进行解调，再由STR912FW44X6控制器还原成MPEG4视频信号，经USB送至上位机实时显示。
二、系统的总体构成及原理
1、系统的总体构成
系统的总体构成如图1所示。

电力线
插头
摄像头1
发射器

接收器
插头
插头
发射器
摄像头2

插头
发射器
摄像头8

计算机

图1系统的总体构成

2、系统的工作原理
本系统主要由两大部分构成：摄像头及发送器、接收机。
（1）摄像头及发送器
这部分的作用是由摄像头采集视频监控信号，将视频信号压缩成MPEG（JPEG）格式。发送器读取摄像头采集的视频信号，将该信号封装到电力数据包中，并通过OFDM（正交分频复用）调制方式将信号调制成便于发送的信号，再
通过电力线耦合电路发送到电力线中。可以发送8路信号。
（2）接收机
接收机的作用是通过电力线耦合电路将电力线中OFDM信号接收进来，然后将电力数据包信号解调出来，再提取出电力数据包中的视频信号。经过处理后，视频信号可以通过USB接口送往计算机中显示，也可以通过RJ45接口送到网络中。接收机可以接受8路视频信号。
三、方案的设计与实现
1、摄像头与发送器的设计方案
（1）CMOS摄像头及压缩处理单元：采集视频信号，将视频信号压缩成MPEG(JPEG)格式。摄像头及压缩处理单元通过USB接口与微控制连接。
（2）微控制器：协调和调度系统的工作，其具体作用如下：
1）对摄像头及压缩单元进行初始配置及工作状态的控制；
2）通过USB接口读取摄像头及压缩处理单元的视频数据流，并将视频数据流转换成电力线收发器INT51X1的数据帧格式，再送往电力线收发器INT51X1打包调制；
3）控制电力线收发器INT51X1的工作状态。
（3）电力线收发器：将微控制器传送过来的数字信号进行打包，并调制成可以通过电力线发送的调制信号。本方案电力线收发器拟采用宝瑞林公司生产的BRL-DZ420T专用电力线MAC/PHY集成收发器INT51X1。INT51X1将信号打包成电力数据包格式，采用OFDM（正交频分复用）技术调制发送信号，可选择ROBO/DBPSK/DQPSK等调制方式，可调制84个子载波；INT51X1可根据收发端信噪比来分配子载波，
克服噪声和多径衰落的影响；传输速率最高可达14MBps；符合Homeplug1.0.12技术标准。INT51X1的系统配置及初始化通过SPI接口读取EPROM