一种多路视频信号分时远距离传输方法的实现
来源： 作者： 发布时间：2016-08-17 07:13:50 浏览量：
用CD4066的前两路输入/输出传输平衡差分信号(1、4脚输入，2、3脚输出)，并把这两路的控制端(5脚、13脚)接在一起，控制端接入的高低电平和芯片的正负电源电平是一样的，是±5 V。用单片机I/O口控制光电耦合器实现CD4066控制端电平的切换，系统上电后，MCU初始化管脚是高电平，则光耦输出端默认是低电平-5 V，故所有的开关均处于关断状态；等接到开启命令后，MCU_CTRL管脚输出低电平，光耦工作，输出高电平+5 V，CD4066的前两路处于同时导通状态，视频信号可以通过。电路结构如图3(b)所示。
在可靠性设计方面，CD4066输入端加入双向钳位二极管(BAT54S)，防止输入端电压超过芯片电源电压损坏电子开关，如图3(b)。
2.3 微控制器通信电路设计
出于成本和应用环境考虑，通信电路采用半双工的485总线通信方式，选择MAX485作为通信芯片，遵循RS-485串行总线标准。
可靠性设计方面,MAX485使用隔离电源供电和光耦隔离，上电默认接收状态，输出AB线两侧加TVS(瞬态抑制二极管)保护防电压浪涌，AB线上加500 mA自恢复式保险丝防雷击短路。每隔300 m接入485中继器，增强信号。同时，避免和强电一起走线。
3 微控制器软件及通信协议设计
3.1 微控制器与PC通信协议设计
实现多路视频信号的传输，需制定微控制器与计算机的通信协议，协议中需要包含哪路视频信号的开关命令。表1为开启第一路视频信号的协议。考虑到远距离通信，波特率不宜设置太高，选择4 800 b/s、1个起始位、1个停止位、无硬件校验。
协议中，帧头和帧尾字节固定为0x68H和0x16H，控制通信的发起和结束。地址字节范围是0x01H～0x1EH,总线可以接入30个微控制器，0x00H、0x1FH地址可用于广播控制，如全部关闭。由于只有单个开关的开启命令，没有单个关闭命令，命令和数据长度、数据字节留作扩展功能。校验字节是所有字节的累加和，便于计算机在接到返回的校验失败信息时重发命令。
3.2 微控制器软件设计
STC15F2K61S2微控制器使用MAX485芯片通过485总线接收计算机的指令，决定是否通断各自的视频信号。在485通信中，每个从设备都有不同的地址，可用5位拨码开关来设定不同的地址，最多可设置32个从设备地址，实际中只用了1～30号地址，0和31号可用于广播地址。通信协议中包含的地址字节，用于指向要发送数据的设备。本设计利用485通信的广播特性，当发送打开某个摄像头信号的指令时，所有的微控制器都会收到同样的指令，然后比对是否和设定的本机地址相同，如果相同则控制电子开关打开视频信号，否则就保持或执行关闭，微控制器软件流程如图4所示。只用一条指令即可控制信号传输，实现了双绞线上总是只有一个摄像机的图像信号存在，避免了信号混叠。计算机端的指令发送方式可以选用自动定时轮询方式或者手动选择方式。
计算机运行VC++6.0软件环境和界面，来发起轮询命令。可以选择专业的工控机代替普通计算机，工控机一般含有多个串口，可以提高带负载数量。但受篇幅限制，不在本文讨论范围之内。
4 测试结果
由于电子开关CD4066在导通状态下，仍有几十欧姆的导通电阻，故需使用示波器观察视频信号经过开关之前和之后的差别，以及从摄像机输出的信号和最终视频采集卡的输入信号的差别，主要观测值为信号幅度和频率，幅度单位是 mV，包括峰峰值Vp-p、最大值V电感器原理图max、最小值Vmin，测量频率单位是kHz。测试位置点如图5所示。在开关导通状态下，差分信号经过CD4066前后对比波形如图6所示。图6中(A)、(B)为转换后的差分信号，(C)、(D)分别为经过电子开关后的差分信号。单端视频信号波形和恢复后的波形如图7所示, 图7中(A)为摄像机输出信号，(B)为接收器恢复后的信号。在开关关断状态下，电子开关输出的波形如图8所示。
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