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智能门铃设计之视频、音频及电源技术

(文章滥觞:电子工程天下)

出于安然目的,室庐,商业和工业举措措施正在广泛应用视频门铃技巧,以取代传统的高价的闭路电视收集,无需经由过程同轴电缆或者以太网等传输序言,本文钻研了与视频门铃相关的一些设计难题,并环抱着视频、音频及电源技巧,给相关嵌入式开拓者一点参考。

传统的视频门铃系统涉及按键,麦克风和摄像机。这些系统平日被硬连接到电源上,视频被路由到特定的监视器。IoT的视频门铃架构类似,但实现要领却大年夜不相同。运动传感器可检测到走到门口的访客,并经由过程云将视频传布输到智妙手机或云端存储。与造访者的通信经由过程利用法度榜样中运行的双向IP音频流和双向视频流进行。这些门铃的基础功能可以与完备的安然系统集成在一路,该系统可以远程启用/禁用无钥匙,触发警报或根据特定输入供给自动反馈。

视频门铃的早期版本常常受到视频和音频问题的困扰,例如差错的铃声和不连贯的音频,然则诸如云备份,运动检测,视频流和双向通信之类的关键功能必要无缝连接才会有商业代价。这些要求,再加上曩昔的硬连线功率限定,给今世视频门铃子系统带来了一系列自身的硬件寻衅。

可视门铃中常用的热电(又称无源红外传感器轻易掉足,例如对日间行驶的车辆孕育发生的眩光做出差错的反映,阵阵暖风,虫子,动物以及各类各样的其他物体。基于热量的活动,并在此历程中触发用户手机上令人憎恶的差错警报音和看护。因为用户终极将完全轻忽警报,以致使门铃脱机,这极大年夜地低落了视频门铃的安然性。此外,PIR传感器频繁发生的虚假运动检测事故会大年夜大年夜缩短电池寿命。

别的也可以应用嵌入式MCU和某些固件来实现基于算法的运动检测,以前进准确性。有多种措施可以实现基于视觉运动的检测,然则最常见的措施之一是将当前帧与参考图像进行对照,并逐像素跟踪差异。这种类型的图像处置惩罚必须足够智能,以将来自风车和树木的运动作为背景的一部分来处置惩罚,以避免孕育发生误报,而这种能力必要相昔时夜的处置惩罚能力。

这些过滤义务中的一些可以转移到基于云的算法上,该算法可以微调特定客户的图像数据。但这必要相对较大年夜的根基架构来供给支持和优越的Wi-Fi连接,并且仍旧会是高功耗。是以,电池供电的智能门铃不是一个明智选择——至少今朝是这样。只管可以寄托外部供电削减了门铃的位置选择,但也不必要充电或替换电池。

视频门铃中的图像处置惩罚必要图像传感器、数字多媒体处置惩罚器,并且在大年夜多半环境下,必要一些外围设备。选择图像传感器时,必要斟酌几件事,此中最紧张的是分辨率、帧速度、像素大年夜小、像素布局和快门光阴。除了各个组件的诸多斟酌身分之外,图像传感器和数字媒体处置惩罚器之间常常存在接口问题。

除非分外留意,否则您可能会发明自己的设备因其输入/输出(I/O)接口款式不匹配而无法互相通信。因为I/O接口(I2C,并行,通用I/O)存在大年夜量差异,是以这样的差错比人们想象得多很多。为了避免这种不开心的环境发生,设计职员必须确保图像传感器支持的I/O接口与数字媒体处置惩罚器的I/O兼容。

当两个设备具有不合的事情电压和逻辑旌旗灯号电日常平凡,可能会呈现类似的问题。幸运的是,电压转换器可以经由过程范围介于0.6至5.5V的双向电压转换轻松办理这种不匹配问题,只管它们为产品的BOM增添了很小的资源,但电压转换设备经由过程为设计职员供给范围更广的传感器来补偿这一投入,以前传感器和MCU必须要应用相同的配套电压才可以。

只管繁杂的DSP算法有助于实现全双工音频通信,但它们平日无法最大年夜程度地发挥系统音频扬声器的整个功能。因为扬声器音圈中的过多热量和越过其偏移极限会导致快速毁坏和音锥吹响,是以音频工程师平日会对放大年夜级别施加硬性限定,使其远低于扬声器的实际功能。与放大年夜器串联应用的软件算法可以实时监控扬声器的温度和偏移,该反馈可实现更精细的声压级和更高的音频清晰度。

未来的视频门铃可能会基于语音激活和语音识别技巧实现免提节制。这些语音用户界面再次从一系列麦克风和DSP算法接管敕令时,又增添了另一层繁杂性。只管与接管麦克风的间隔相对较大年夜,但这些门铃很可能会应用波束成形算法将所需的音频旌旗灯号与背景噪声分开。已经有可用的麦克风板实现了波束形成算法,该算法可以放大年夜来自扬声器偏向的语音旌旗灯号,以便从喧华的情况中得到清晰的语音和音频。

在真正实用的视频门铃产品中,紧张的是这些高档功能不必要额外的电源,并且可以对本地麦克风输入旌旗灯号起感化。我们正在探求一种设计计算,以使产品更简单,低功耗,小尺寸。

节能是电池供电的视频门铃的主要关注点,许多上述算法将必要更多的功耗密集型处置惩罚。高度特定的SoC设计,例如德州仪器TI)CC3120/CC3220,可经由过程较少的片外事务(片上RAM和/或闪存)实现更高档其余并行处置惩罚(唤醒/就寝触发器,收集连接),从而低落系统总功耗。此外,专为电池供电而设计的MCU具有多种电源模式,包括关机,休眠,就寝,待机和活动模式,精心的开拓职员可以应用它们进一步低落能耗。

设计用于应用家庭现有门铃电源的任何产品的主要斟酌身分是,交流电源中没有针对这些产品的标准输出电压,交流电源最初是为应用8V至24VAC之间的电压为电铃供电而设计的。为了最大年夜程度地低落产品的机能下降,紧张的是要仔细留意一些参数,例如输出电压精度,电压纹波,满负载下的系统效率和散热。对付分外敏感的组件,例如常常在视频门铃中应用的CMOS图像传感器,尤其如斯。这些组件对噪声源分外敏感,例如电源颠簸,电磁滋扰和温度变更。

为了实现最佳机能,视频门铃必要一个电源,该电源可以吸收各类低电压转换器,并为其各个子系统(传感器,I/O,音频,内存,UI等)孕育发生干净,稳压优越的直流电,也必须小型化以便放入紧凑型外壳中。这平日涉及多个降压转换器,最好是采纳在重负载下供给高效率的同步降压转换器。在这种必要宽电压范围或大年夜量分立电源的设计中,可以应用单个降压稳压器为多个线性稳压器供电。

对付电池供电的利用,满负荷和轻负荷下的系统效率都是必需的,对付在密闭包装,透风很少或没有透风的环境下运行的产品,也是如斯。对付视频门铃,必须仔细实现诸如用户界面,无线通信监视和运动检测之类的功能,以最大年夜程度地前进电源效率。

(责任编辑:fqj)

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