西南交通大學電氣工程學院 高青松 陳旭文 郭世明

引 言

長期以來，我國鐵路各大機務段對電力機車進行動力學實驗時，一般是將被測試機車上的視頻信號以及狀態(tài)信號通過有線電纜傳輸?shù)絼恿υ囼炣嚿�。考慮到機車現(xiàn)場環(huán)境的特殊性，有線電纜傳輸方式使用不便且易損壞，本系統(tǒng)就是針對這種情況而開發(fā)的，采用無線傳輸方式實現(xiàn)系統(tǒng)所需功能，其使用方便、性能可靠，在很大程度上提高了牽引實驗的工作效率。

1 系統(tǒng)總體結構

該系統(tǒng)通過無線圖像音頻傳輸模塊將機車司機室攝像機拍攝的圖像信息傳送到試驗車端顯示器，以及實現(xiàn)兩端語音傳輸。通過開關量采集模塊采集試驗車端云臺控制器發(fā)出的控制指令，采用點對點的無線通信方式，將采集來的數(shù)據(jù)按GFSK調制方式通過無線數(shù)傳模塊調制成微波信號發(fā)送；接收端無線數(shù)傳模塊接收到數(shù)據(jù)后，由開關量接收與驅動模塊給出攝像機與云臺控制指令，以對司機室攝像機和云臺進行遠程無線操作，讓試驗車上工作人員觀察到機車司機室和機車前方路況的清晰圖像。

硬件系統(tǒng)由無線圖像音頻傳輸系統(tǒng)、攝像頭與云臺無線控制系統(tǒng)組成，包括無線圖像音頻發(fā)射模塊、無線圖像音頻接收模塊、云臺控制器無線發(fā)射模塊、云臺控制器無線接收與驅動模塊、攝像機與云臺、顯示器以及相關電源模塊，如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件電路設計

2.1 無線圖像音頻傳輸系統(tǒng)

采用2.4 GHz無線圖像音頻傳送器，該傳送器利用微波無線電傳輸技術，可靠傳輸距離可達1 000 m。具有良好的微波抗干擾性能，載波頻率達2.4 GHz，有效地避免了900 MHz等頻段擁擠不堪的無線電話信號和其他電磁干擾信號，也避免了本系統(tǒng)對其他無線通信設備的干擾。同時具有優(yōu)良的視／音頻接收品質，采用性能優(yōu)越的調頻方式，具有寬頻特性，且信噪比高。

2.2 攝像機與顯示器

采用具有22X光學變焦鏡頭和數(shù)碼變焦IC，以及多達220X的變焦監(jiān)視能力。具有低光監(jiān)視、白平衡、背光補償以及自動聚焦等功能，可拍攝到高清晰遠距離的視頻圖像，滿足機車現(xiàn)場環(huán)境的需要。顯示器采用普通彩色電視機。

2.3 攝像頭與云臺無線控制系統(tǒng)

2.3.1 開關量采集模塊

由位于試驗車的云臺控制器產生11路開關量控制信號，分別為：攝像機變焦小、變焦大，聚焦近、聚焦遠，光圈開、光圈關，云臺上、下、左、右，自動掃描。微處理器采用ATMEL公司的AT89C52，AT89C52與MCS-51系列單片機完全兼容，采用靜態(tài)時鐘方式，耗電量低。內部含有8KB Flash存貯器，可以方便地利用編程器對其進行編程和擦除操作。

AT89C52的資源分配為：P0口采集攝像機控制信號，P1口用于看門狗電路和指示燈控制，P2口采集云臺控制信號。串口TXD和RXD通過MAX485芯片與無線數(shù)傳模塊相連。P0口和P2口分別通過2個9腳1 kΩ排電阻將其電平可靠上拉。系統(tǒng)時鐘頻率為11.059 2 MHz。按鍵按下時低電平“0”有效，無按鍵按下時P0口和P2口的狀態(tài)都為"0xFF”，如圖2所示。

2.3.2 開關量接收與驅動模塊

本模塊微處理器同樣采用AT89C52，通過AT89C52的串口接收無線數(shù)傳模塊發(fā)來的控制指令數(shù)據(jù)，將其解碼后輸出到P0口和P2口，再通過74LS04反向輸出到繼電器驅動芯片ULN2803，ULN2803將數(shù)據(jù)再反向后輸出到DC5V繼電器線圈，如圖3所示。圖3中只畫出前4路信號，D10到D13為AT89C52輸出數(shù)據(jù)，通過DO0到DO3控制繼電器線圈得失電，以接通或關斷AC24V云臺控制電源和DC±5 V攝像機控制電源。將ULN2803的輸入輸出腳兩兩并聯(lián)起來，以提高負載驅動能力。