基于USB摄像头的远程多路图像采集系统设计

基于USB摄像头的远程多路图像采集系统设计 2009 2009年 仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 技 术 与 传 感 器 第 6期 In strum en t Techn ique and Sen so r No16 基于 USB摄像头的远程多路图像采集系统设计 肖剡军 ,谭建平 ()中南大学机电工程学院 ,湖南长沙 410083 摘要 :设计了一种远程多路图像采集系统 ,采用 A T89 S52 单片机来控制远程多路 U SB 摄像头视频信号的通断 ,并通 过光纤网线将摄像头捕获的视频信号传输到上位机 ,由上位机的操作软件来实现图像的采集和显示 。该系统在 125 MN 挤压机轴心位移检测中取得了良好的应用效果 。 关键词 :远程多路 ; A T89 S52; U SB 摄像头 ( ) 中图分类号 : TP391文献标识码 : A文章编号 : 1002 - 1841 200906 - 0057 - 03 D e s ign of Rem o te an d M u lt i2chann e l Im a ge A cqu is it ion Sy stem Ba sed on USB Cam era X IAO Yan2jun, TAN J ian2p ing ( C o llege of M echan ica l E lec tr ic En g in eer in g, C en tra l Sou th Un iver s ity, C han g sha 410083, C h ina ) A b stra c t:A k ind of remo te and m u lti2channe l im age acqu isition system wa s de signed, wh ich u sed A T89S52 single ch ip m i2 c rocomp u te r to con tro l the connec tion o r d isconnec tion of the video signa l of remo te and m u lti2channe l U SB cam e ra s, and tran sm it the cam e ra s’video signa l to PC th rough fibe r line, then the op e ra ting softwa re of PC can acqu ire im age and d isp lay im age. Th is system m ade good effec t in the app lica tion of the d isp lacem en t de tec tion fo r the 125 MN extrude r’s extru sion cen te r. Key word s: remo te and m u lti2channe l; A T89 S52; U SB cam e ra 0 引言,无需外界电源可以把现视频图像的远程传输 。利用普通网线 U SB 摄像头价格低 、功耗小 、与计算机连接方便 ,目前在视 计算机的 U SB 接口延长最远达 100 m ,而采用光纤 网线 ,可以 [ 1 - 2 ] 把上位机的 U SB 接口延长最远达 10 km;单片机主要控制 12路 频聊天中应用十分广泛 。但其在远程 多路图像采集系统 视频图像的连接或断开以及与上位机的串行口通讯 ;上位机主 中的应用却非常少 ,主要 受限于两方面 : 一是 , U SB2. 0 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 上 要用于 12路 U SB 摄像头视频信号的采集 、显示和数据分析 。 规定 U SB 设备的有效传输距离小于 5 m; 二是 ,多路 U SB 摄像 头信号在同一台电脑上显示和切换问题 ,当摄像头数目多达中 示例中 12个时 ,甚至超过了计算机自带的 U SB 接口数 ,即使采 用外带电源的 U SB 集线器来扩展 U SB 口 , 也难以实 现摄像头 之间画面切换的问题 。文中采用的方法克服了上述 2 个问题 , 并且成功应用到 125MN 挤压机轴心位移检测上 。 1 系统原理和构成 125MN 挤压机有 7 个横梁 ,前梁 、容室 、前活动梁 、固定梁 、 穿孔横梁 、后活动横梁和 后梁 。 12 路 U SB 摄像头作 为图像采 图 1 系统结构框图集单元则分别装在挤压机前 7个横梁的两翼 ,将其接口线的读 [ 3 - 4 ] 2 硬件设计数据线 、写数据线 、地线分别接到 U SB 2. 0口的读数据线 、 系统硬件设计主要是单片机的电路设 计 。单片机根据系 写数据线 、地线上 ,通过控制每个摄像头 + 5 V 电源线的通断 , 统原理可分为 4部分 : 就能实现其视频信号的接入或断开 。而摄像头捕捉的视频信 [ 5 ] 号经 U SB 延长器和光纤网线传输到上位机 ,从而实现远程多路 ( )1单片 机 系 统 模 块 , 采 用 A T89 S52 芯 片 作 为 控 制 核 摄像头信号的采集 。 心 。A T89S52是一种低功耗 、高性能 CMO S8 位微控制器 ,具有 系统结构框图如图 1 所示 ,主要由 U SB 摄像头 、U SB 延长 8 K字节 F la sh、256字节 RAM、32 位 I/O 口线 、看门狗定时器 、2 器 、单片机 、上位机组成 。各部分功能为 : 高像素的 CMO S摄像 个数据指针 、3个 16位定时器 /计数器 、1 个 6 向量 2 级中断结 头主要实现动态视频图像的采集和压缩 ; U SB 延长器主要实现 构 、全双工串行口 、片内晶振及时钟电路 。 压缩后的视 频 图 像 的 远 程 传 输 。由 于 U SB2. 0 规 范 规 定 U SB ( )2电源线控制模块 ,采用继电器方式控制 12 路摄像头信 设备的有效传输距离小于 5 m ,因此需要使用 U SB 延长器来实 号的通断 。 ( )3串行口通讯模块 连接单片机和上位机 , 采用 MAX232 芯片电平转换后 ,以异步串行方式通讯 。 ( ) 4U SB 延长器接收模块 ,将 12路 U SB 延长器接收端的读 数据线 、写数据线 、地线连接到 U SB2. 0口相对应的数据线上 。 收稿日期 : 2008 - 03 - 25 收修改稿日期 : 2009 - 01 - 20 2. 1 电源线控制模块 A T89 S52芯片 P2口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 (I/O 口 ,用 P2. 0 ,P2. 5 口为电源控制信号口 ,其输出信号 D0 ),D5经 74L S04 反向器放大 后 , 通过 ULN2803 达林 顿管来驱 动 12路 5 V 小功率继电器 。控制信号低电平有效 ,即输出低电 平将接通继电器 ,输出高电平将断开继电器 。为防止继电器由 接通状态切换到断开时产生的反电动势冲击单片机 ,在线圈两 端反接一个二极管起续流作用 。其硬件电路图如图 2所示 。 3. 2 上位机软件 [ 6 ] 系统以 V isua l C + + 6. 0为 软 件 开 发 平 台 , 利 用 VC 的 图 2 电源线控制模块硬件电路M SComm 控件实现串行口通讯 。M SComm 控件的设置为 : 帧格 2. 2 串行口通讯模块 式为 8位数据位 , 1位停止位 ,波特率为 9 600 ,输入方式为二进 采用最简单的零调制三线经济型 ,只用 2 根信号线就实现 制 ;利用计算机视觉类库 Op encv来链接摄像头视频图像 ,从而 了数据的双向传输 。上位机输出 的电平信号经过 MAX232 芯 实现对 12路摄像头图像信号的显示与采集 。 片转换成 TTL 电 平 信 号 后 , 送 到 单 片 机 的 RXD 端 ; 而 单 片 机 3. 2. 1 串行口通讯程序 TXD 端输出的 TTL 电平信号经过 MAX232 芯片转换后接到上 ( ) m _c trlComm. Se tComm Po rt 2 ; / /选择 COM2 口 位机的 RXD 端 。 ( ) m _c trlComm. Se t Inp u tMode 1 ; / /输入方式为二进制方式 2. 3 USB延长器接收模块 ( ) m _c trlComm. Se t InB uffe rSize 1024 ; / /设置输入缓冲区大小 该模块电路只需将 12 路 U SB 延长器接收端的读数据线 、 ( ) m _c trlComm. Se tO u tB uffe rSize 512 ; / /设置输出缓冲区大小 写数据线 、地线都接到 U SB2. 0 口相对应的数据线上 ,将 + 5 V ( ) m _c trlComm. Se tSe ttings " 9600 , n, 8 , 1 " ; / /波特率 9600 ,无校验 , 8 电源线接入到电源控制电路即可 。其硬件接线图如图 3所示 。 个数据位 , 1 个停止位 3 软件设计 ( ( ) )if ! m _c trlComm. Ge tPo rtOp en 系统软件主要分为单片机软件和上位机软件 。单片机软 件采用 汇 编 语 言 编 写 ; 上 位 机 软 件 则 采 用 高 级 语 言 V isua l { ( ) m _c trlComm. Se tPo rtOp en TRU E; / /打开串行口 C ++ 6. 0编写 。 3. 1 单片机软件 ( ) m _c trlComm. Se tR Th re sho ld 1 ; ( ) 单片机程序功能为 : 根据上位机串 行口发送的数字 , 来接 m _c trlComm. Se t Inp u tL en 0 ; / /设置当前接收数据长度 0 ( ) m _c trlComm. Ge t Inp u t ; / /预读缓冲区 ,清除残余数据 通与其相对应的 U SB 摄像头的 + 5 V 电源线 。因此 其程序可 分为 :串行口通讯程序和摄像头电源通断控制程序 。其程序流 in t a = 3; 程图如图 4所示 。 CString str; () str. Fo rm a t “% d”, a; 59 第 6期肖剡军等 :基于 U SB 摄像头的远程多路图像采集系统设计 ( ( ) ) m _ctrlComm. Se tO u tp u t CO leV a rian t str; / /选择 3 号摄像头μ 每一个芯片的电源和地线之间加上一个 011 F 的 去耦电容 ; 量加宽电源线和地线 ,最好是地线比电源线要宽 。 完成所有的} ( ) m _ctrlComm. Se tPo rtOp en FAL SE; / /发送完毕后关闭串行口 软 、硬件调试后 ,系统功能按设计 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 运行正 3. 2. 2 视频信号采集程序 常 。其上位机操作软件如图 5 所示 。通过上位机操作软件上 在主 对 话 框 的 . cpp 文 件 中 加 入 Op encv 头 文 件 # inc lude 摄像头选择按钮 ,来切换不同摄像头的视频信号 ,从而完成 12 “cv. h”, # inc lude“h ighgu . i h ”, # inc lude“cxco re. h”, # inc lude“cv2 路视频图像的显示和采集 。 cam. h”,其实现图像采集和显示的部分代码如下 : ( ) cvcam SetP rop erty 0 , CVCAM _PRO P_ENABL E, CVCAM TRU E; ( ) cvcam SetP rop erty 0 , CVCAM _PRO P_R END ER , CVCAM TRU E; ( ) cvcam SetP rop erty 0 , CVCAM _PRO P _W INDOW , &hW nd3 ; / /将图像 显示在 hwnd3 的窗口 ( cvcam SetP rop erty 0 , CVCAM _ STER EO _ CALLBACK, ) M yca llback4 ; / /回调 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 ( ) cvcam In it ; / /摄像头初始化( ) cvcam Sta rt ; / /启动摄像头 / /回调函数 M yca llback4 功能为采集第十帧图像并得到其灰度数组 定 义 全 局 函 数 : Ip l Im age3 im age1 , In t gray3 [ ] [ 600 ] , H eigh t3 , W id th3 ( )vo id M yca llback4 Ip l Im age3 im age { 图 5 上位机操作软件( ) Im age1 = cvC lone Im age im age; 5 结束语( ) fo r in t i = 0; i < im age1 - > he igh t; i ++ / /保存图片第 i行第 j列像 该系统已成功运用到 125 MN 挤压机轴心位移检测上 ,并 素值到 gray3 数组 取得了良好的应用效果 ,也为工业现场的视频监控 、安防 、全局 ( )fo r in t j = 0; j < im age1 - > w id th; j ++ 视角机器人控制等领域提供了新的方法 ,具有结构简单 、经济 { 实用的特点 。其创新点就是采用普通 U SB 摄像头做图像采集 ( ( ( ) ( gray3 [ i ] [ j ] = in t ucha r3 im age1 - > im ageD a ta + i3 im age1 - > 单元 ,通过控制 12路摄像头电源通断的方式 ,实现多路摄像头 ) ) ) ( ( ( w id thStep [ j3 im age1 - > nChanne ls + 0 ] 3 0. 114 + ucha r3 im age1 的图像采集 ,并且利用光纤 U SB 延长器突破了 U SB 设备的有 ) ) - > im ageD a ta + i3 im age1 - > w id thStep [ j3 im age1 - > nChanne ls + 1 ] 3 效传输距离小于 5 m 的 规定 , 将有 效传输距离扩展到 1 km以 上 ,而且不需要外界电源 。 ) ( ( ( ) ) 0. 587 + ucha r3 im age1 - > im ageD ata + i3 im age1 - > w id thStep [ j 参考文献 : ) 3 im age1 - > nChanne ls + 2 ] 3 0. 299 ; } CvPo in t p t1; [ 1 ] 邓鲁华 ,宗光华 , 王巍. 远程多路视频信号无线传输采集系统设p t1. x = 232 , p t1. y = 215; ( ) 计. 沈阳航空工业学院报 , 2007 24 : 57 - 59. CvFon t fon t; 王萍 ,赵刚. 基于 U SB2. 0 的图像采集系统设计. 国外电子测量技 [ 2 ] ( ) ( ) cv In itFon t &fon t, 5 , 1 , 1 , 0 , 0 , 2 , 6 ; 术 , 2005 12 : 27 - 29. 苏建坡 ,马海涛 ,唐玉国. 基于 U SB2. 0 及 GP IF的 CMO S图像传感 ( ( ( cvPu tText im age, " CSU - A " , p t1 , &fon t, CvSca la r CV _ R GB 0 , 0 , [ 3 ] ( ) 器视频实时采集系统. 仪表技术与传感器 , 2006 9 : 35 - 37. 萧世) ) ) 255 ; 文 ,宋延清. U SB2. 0 硬件设计. 北京 : 清华大学出版社 , 2006. 孙育H e igh t3 = im age1 - > he igh t; 才. A TM EL 新型 A T89 S52 系列单片机及其应用. 北京 : 清华 大学[ 4 ] W id th3 = im age1 - > w id th; 出版社 , 2005. [ 5 ] ( ) cvR e lea se Im age &im age1 ; / /释放内存 孙鑫 ,余安萍. VC ++深入详解. 北京 :电子工业出版社 , 2007. } [ 6 ] 4 系统运行效果 ( ) 作者简介 : 肖剡军 1984 —, 硕士研究生 , 研究方向为机 械电 子工程 。为保证系统运行的可靠性与安全性 ,系统硬件设计时采用 E2m a il: xyj19814001 @ yahoo. com. cn 了 相 应 的 抗 干 扰 措 施 : PCB板 合 理 分 区 , 各 分 区 用 地 线 隔 离 ; ( ) , 2007 12 : 54 - 56.器 () 上接第 56页 [ 4 ] 赵福堂 , 靖苏铜 , 朱军. 基于 L abV IEW 的发动机 ECU 激励信号发 参考文献 : ( ) [ 1 ] 徐涛 ,龚元明 ,王波涛 ,等. 电控柴油机控制系统硬件检测系统的开 生系统. 汽车工程 , 2006 11 : 1039 - 1042. ( ) 发. 柴油机 , 2007 4 : 6 - 10. ( ) 作者简介 :韩伟 1983 —,硕士研究生 , 研究方向为汽车电子控制技术 。 ( ) [ 2 ] 林跃. 车辆下线检测系统的开发. 汽车技术 , 2007 4 : 13 - 15. E2m a il: hw4567470 @ 163. com [ 3 ] 刘镇永 , 程鑫. 基于 CAN 总线的点火测试系统. 仪表技术与传感