单片机图像采集与网络传输

1.引言

随着网络技术的发展和网络应用的普及，如何充分利用网络资源来实现低成本、高可靠的远程视频监控，已成为一个技术热点。本文介绍一个用单片机与图像采集模块接口，嵌入TCP/IP协议栈，制作“网络摄像头”的方法。本网络摄像头在一个组播式视频图像监控系统中，只作为组播源向以太网发送视频图像数据；其它监控计算机则作为组播成员接收数据。整个视频图像发送和监控系统在局域网中使用时，监控接收端的PC机只要加入了组播组，不必知道网络摄像头的IP地址和 MAC地址，也不需要两者的IP地址是在同一网段，均可接收到网络摄像头发出的图像数据，使用起来相当方便。

2. 硬件接口电路

网络摄像头的硬件接口电路如图1所示。该电路采用的单片机是89C52芯片，另扩展32K的外部存储器，供网络和图像数据处理用。

图1中的DB200是一个产品摄像模块,它由微型摄像镜头、图像缓存、时序发生、总线接口等电路构成；其外接信号是一个16脚的插座（9 ~ 16脚分别对应数据线D7 ~ D0，其它为地址、电源和读写控制线）。

图1中，U1、U4和DB200的片选信号由89C52的地址线A14、A15和74HC00的3个与非门提供：A15=0时选通U4；A15=1及A14=0时选通U1；A15=1及A14=1时选通DB200。DB200的第8脚接A13用来选择其内部寄存器。

RTL8019AS有3种工作方式：（1）跳线方式。（2）即插即用方式。（3）免跳线方式。RTL8019AS使用哪种工作方式由第65脚(JP)决定。为减少连线，我们采用跳线方式（把65脚接高电平）。这样网卡的传输介质、I/O基地址和中断号就由74、77、78、79、80、81、82、 84、85等引脚状态决定。

RTL8019AS的81、82、84、85（BD0-BD3）脚接低电平，对应32个I/O寄存器地址范围为300H - 31FH；78-80（BD4-BD6）脚接低电平，对应中断号为INT0（IRQ2/9）；74（BA14）、77（BD7）脚接低电平，为自动检测传输介质方式。

RTL8019AS有20根地址（SA0-SA19）线，将其5、7、8、9、10（SA0-SA4）脚接89C52的A8-A12，将15、 16（SA8、SA9）脚接高电平来确保基地址为300H，其余地址线则全部接地。由于RTL8019AS的使能（AEN）信号是由89C52的 A15=1及A14=0时提供，因此我们可得出以下地址关系：
89C52： A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7………A0
8019： SA4 SA3 SA2 SA1 SA0 …………
2进制数： 1 0 0 0 0 0 0 0 0000 0000 16进制数： 0X8000
2进制数： 1 0 0 1 1 1 1 1 0000 0000 16进制数： 0X9F00

可见，如果89C52输出地址0X8000至0X9F00，均可选中RTL8019AS。由于RTL8019AS的SA9和SA8恒接高电平，当89C52 的地址信号由0X8000至0X9F00变动时，会有：SA9 SA8 SA7 SA6 SA5 SA4 SA3 SA2 SA1 SA0 =11 0000 0000 至 11 0001 1111，即对应选择RTL8019AS的I/O寄存器地址300H至31FH。

RTL8019AS的96脚（IOCS16B）接低电平，使其工作在8位总线模式；64脚接低电平，使用非AUI接口；31、32脚接高电平，屏蔽远程自举加载功能；33脚所需复位信号，由89C52的P1.5提供；29、30脚对应接89C52的读写脚。

3. 软件模块设计

嵌入式系统一般采用简化的TCP/IP协议栈。常用的有IP、ARP、UDP、ICMP、TCP以及HTTP等协议。为了尝试实现一个最简易的嵌入式TCP/IP协议，我们选用UDP通讯方式。

UDP的通讯方式有3种：点对点、广播和组播。考虑到点对点通讯需要ARP协议来取得目标节点的物理地址，我们不用点对点通讯。至于广播通讯和组播通讯，两者都不需要ARP协议。但广播方式有如下缺陷：（1）广播数据报不能跨过路由器传播；（2）广播时本地子网的所有主机都会接收到广播并作出响应，既增加了非接收者的开销，保密性也不好。我们采用的组播方式不存在这些问题，较适合作为网络视频监控的信息传输。

3.1 主程序工作流程