基于ARM和以太网供电的网络摄像机设计

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     1 系统的结构

  整个系统由AT91RM9200处理器、CMOS传感器、音频采集系统、以太网供电系统和以太网数据通信等几部分组成。首先,通过CMOS传感器镜头采集图像,同时还可以进行音频采集,经过AT91RM9200处理器处理,整个过程通过网络进行数据传输,通过网络进行供电,从而实现以太网供电的网络摄像机系统功能。

  2 系统的硬件设计

  2.1 AT91RM9200相关设计

  AT91RM9200嵌入ARM920T ARM Thumb处理器核,工作于180 MHz时,性能高达200 MIPS,存储器管理单元SRAM为16K,ROM为128K。AT91RM 9200集成了许多标准接口,包括USB 2.0全速主机和设备端口、多数外设和在网络层广泛使用10/100 Base-T以太网媒体访问控制器(MAC)。此外,它还提供一系列符合工业标准的外设,可在音频、电信、Flash卡红外线及智能卡中使用。

  独立的媒体接口(MII)或简化的独立媒体接口(RMII),对于接收与发送有集成的28字节FIFO及专用的DMA通道。自动协议控制及快速自动数据传输与MMC及SD存储器卡兼容,支持两个SD存储器、32位的高速数据流传输,系统的硬件结构如图1所示。

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网络摄像机设计硬件电路

  AT91RM9200作为系统的CPU,采用MT9D131作图像采集传感器。 MT9D131是CMOS传感器,拥有200万像素图像传感器芯片,因为其较好的性能,广泛应用于监控行业。捕获麦克风的音频信号,通过WM8731进行处理,WM8731是一款带有集成耳机驱动器的低功耗、高质量音频编码/解码器,专为便携数字音频应用而设计。该器件可以提供CD音质的音频录音和回放,为16Ω的负载提供50 mW的输出功率。此外,AT91RM9200具有丰富的外设及I/O,这对将来的系统升级也提供了很大的便利。

  2.2 POE电源设计

  2.2.1 POE供电的工作过程

  首先,PSE设备在端口输出很小的电压,直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE802.3af标准的受电端设备。当检测到受电端设备PD之后,PSE设备可能会为PD设备进行分类,并且评估此PD设备所需的功率损耗。

  POE技术允许在现有的五类线、超五类线和六类线网络上安全可靠地传输功率高达15 W的48 V电源,特别适合于通信方面的应用。它可以为13 W(在被供电设备测量)范围内的IP电话、WLAN接入点、网络摄像机和其他各类网络终端供电。POE供电原理图如图2所示。

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POE供电原理图

 2.2.2 以太网供电控制器LTC4269

  凌力尔特公司(Linear Technology)推出IEEE802.3af以太网供电(POE)控制器LTC4269,它具有一个集成开关稳压器,极大简化了受电设备(PD)设计。LTC4269增强了传统POE功能。

  用户可以配置一个代表PD功率分级的分级负载电流,一个坚固100V热捅拔MOSFET,在检测和分级时隔离以太网供电接口DC/DC转换器,同时提供1 00 mA浪涌电流,当采用任何PSE时能顺利地加电过渡。

  3 系统的软件设计

  软件系统组成包括系统引导程序Bootloader、嵌入式操作系统以及上层应用程序。大多数Bootloader都包含两种不同的操作模式:启动加载和下载。启动加载模式也称为自主模式,即Bootloader将操作系统从目标机上的存储设备加载到RAM中运行,整个过程并没有用户的介入。下载模式下,目标机上的Bootloader将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机(Host)下载文件。

  软件系统还包括网络摄像机关键的TCP/IP、UDP协议库。应用软件包括完成文件系统管理、网络服务、邮件发送、文件传送、侦测报警等。网络服务程序把语音、图像发送到网络的某个端口,以供其他网络设备来访问。

  U—Boot移植过程:U—Boot的源代码可以到官方网站下载。在Linux里安装交叉编译器,编译代码,生成U—Boot.bin文件。启动后显示。代码如下:

  DRAM Configuration:

  Bank#0:20000000 16 MB

  Flash:16 MB

  In:serial

  Out:serial

  Err:serial

  Hit any key to st op autoboot:0

  K9Uboot》

  结语

  本文介绍了以AT91RM9200处理器为核心的网络摄像机的设计与实现,网络供电模块LTC4269增强了传统POE功能的DC/DC控制器。CMOS传感器MT9D131实现图像的采集,其强大的图像采集能力,保证了动态图像的清晰可靠。

  音频编码解码器WM8731可以实现摄像机音频的采集。目前AT91RM9200在音频/视频、语音和多媒体等消费电子等领域有着广泛的应用。因此,该系统具有很好的应用前景。

 

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