近年來，隨著國家經濟持續發展，出現了很多高檔次智能社區。這些新型社區的一個很顯著的特點就是在街角和每棟大樓的門口都安裝了攝像頭作為監視設備，并且每家每戶都有視頻監視屏幕。一方面，當有客人訪問時，客人可通過門口的電話通信請求業主開門，這時業主可以通過監視屏幕來判別來人是否認識而決定能否令其入內；另一方面，物業公司可根據實際需要將這些監控信號調回主控制中心，以便對業主處發生的任何意外情況迅速作出反應，保證了各家各戶的人身財產安全。當前社區管理水平有了很大提高，但還有許多不盡人意的地方，比如催繳各類公共事業費用仍然只能通過物業人員上門通知或寫在各棟大樓門口的黑板上，這樣既不方便又不能取得良好的效果。針對這個問題，本文提出了將視頻疊加芯片^[1](VAD)運用到社區監控系統中，這樣物業公司就可以將各類消息通過社區內已有的監控信號通路傳送到各位業主處，并顯示在業主們的監控屏幕上。經過對市場上各種VAD芯片的比較，本設計選用上大眾芯微電子有限公司的SD03C03芯片。
1 系統整體概述
　　經過對各個社區物業管理情況的具體了解，設計了一個以物業公司的PC機為控制中心，以各戶業主家里的視頻短信終端設備為子模塊組成的完整系統，如圖1所示。物業公司可通過PC機發送短信消息給指定用戶，而業主又可通過自己家中的終端設備方便地進行瀏覽控制。
1.1 串口通信方式
　　本系統采用異步通訊形式，速率為9600bit/s,每個字節數據采用11位進行傳送：1位起始、1位停止、一位校驗和8位數據。在數據傳送時加入了握手信號，極大地提高了可靠性。信息以幀的形式收發，一個完整的信息幀由連續的字節序列組成，并且有明確的開始和結束標志，以使接收方能夠識別出完整的一幀。協議規定的幀格式如表1所示。

　　通信協議只能作為實現信息交互的基礎，更重要的在于具體接口方式的選取。該系統作為改善社區物業監控管理之用，物業管理控制室利用原來已經鋪設好的監控信號通信通道作為信號傳輸總線，向各住戶傳送一些簡單的視頻短信，所以選用總線式RS-485^[2]作為通信接口：物業PC管理主機作為上位機" title="上位機">上位機，發出串口通信信息；各個用戶視頻短信終端作為下位機，利用單片機接收對應于自己的信息。管理主機既可采用廣播模式發送消息又可以實現點對點通信，每戶人家都有一個自己對應的地址，通過握手信號實現主從通信。圖2給出了基本的通信方式示意圖。

1.2 功能簡介
　　智能社區物業視頻短信設備的核心是視頻疊加芯片SD03C03，它實現以下幾個基本功能(見圖1)：(1)根據指定的協議與PC機正確通信，實現多頁信息的發送與接收；(2)通過SD03C03的尋址，不斷從自建字庫中取出物業PC機發過來的字符，實現將指定的字符疊加于視頻之上；(3)業主能正常地通過鍵盤對接收到的短信進行指定的操作，根據用戶的實際情況分為三個按鍵進行不同操作:按鍵1完成向上翻頁顯示字符；按鍵2實現向下翻頁顯示字符，按鍵3刪除已讀的短消息" title="短消息">短消息；(4)能對突發斷電事件及時響應處理，重新復位后仍可以讀取原來存儲在系統中的信息。下面介紹該系統中最重要的視頻短信終端設備的硬件電路和軟件部分。
2 視頻短信終端設備硬件電路設計
2.1 視頻疊加芯片SD03C03簡介
　　SD03C03芯片是上大眾芯微電子有限公司推出的一款數?；旌喜⒛茉跀z像機輸出的視頻信號上疊加字符的系統芯片，它能夠根據用戶需要通過三根線sel2～sel0選擇八種不同的視頻顯示模式，參見表2，最多可以顯示8(行)×16(列)＝128個不同的16×16點陣字符，且使用方便，功能強大。
　　該芯片由內部時序控制、地址碼生成、疊加字符信息處理、視頻同步信息處理、自激振蕩環路和顯示模式選擇等若干個功能單元組成，用來將片外EEPROM、單雙口RAM或Flash中儲存的字符信息轉變為可疊加在視頻信號上的信息，并且可通過內部時序控制功能單元調節字符在監視器上的疊加位置。用SD03C03芯片組成的字符疊加設備是以獨特的掛接方式^[3]工作在由攝像機和監視器組成的圖像監控系統中，并且對原系統無插入損耗。在銀行、大型超市、大型停車場、倉庫、高速公路收費站、高樓電梯、道路交通、 居民社區等安裝有攝像機的監控系統中，均能使用由SD03C03芯片開發的低成本的字符疊加設備。

　　在SD03C03中疊加入一個16×16點陣字符信息，占用存儲器32byte。下面以字符“H”為例說明點陣信息格式及其在存儲器中的存儲方式。假設字符“H”在存儲器中的地址范圍為0030H~004FH，總共32個字節。表3、表4分別給出了字符“H”的點陣信息格式和其在存儲器中的具體存儲格式。 SD03C03通過地址線訪問存儲器，讀出字符點陣信息并把它轉化為可以疊加在原有視頻圖像上的信息。具體效果將在后面介紹。

2.2 自建字庫電路
　　本終端設備用于社區視頻消息傳輸及疊加顯示，由于疊加字符必須是可以任意變化的，所以除了標準的二級字庫外，還自定義100個字符圖標來滿足要求，總計約為8000個字符。每個字符占用32byte空間，也就是說全部數據的信息占用300kbyte左右。如果直接傳送這些字符的點陣信息，系統的開銷將會很大，所以外加了一片512K ROM來保存這些字符的點陣信息并作為自建字庫接入設備。這樣單片機只需要將從上位機接收到的字符在自建字庫中的對應地址發送到兩片2K RAM(6116)中分頁保存，這時RAM中的數據叫做字符的偏移地址。當用戶閱讀時，系統RAM首先輸出字符的偏移地址到存放自建字庫的EEPROM(AT28MC040)中，然后由本地的ROM再輸出對應字符的點陣信息。SD03C03芯片與片外RAM和自建字庫的連接如圖3所示。只要用SD03C03芯片的A5～A11七根地址線連接片外RAM即可尋找字符的偏移地址。這樣做就巧妙地傳送了字庫地址，大大壓縮了串口通信的數據量，也大大減少了RAM的容量。系統根據自己的需要可以確定不同的字庫內容，雖然軟件的開銷稍微增加，但是綜合全局考慮還是非常可行的。

2.3 地址切換技巧
　　雖然用片外RAM存取字庫的偏移地址很巧妙，但是在設備中既需要單片機向RAM發送字符在字庫中的偏移地址，實現寫入功能；又需要SD03C03芯片將其本身的地址信息傳給RAM，由RAM芯片將對應的地址輸出給自建字庫芯片，完成讀出的功能，這樣兩塊不同的芯片對RAM讀寫會產生地址沖突，影響其正常工作。本文采用一種特殊的地址切換方式使普通單口RAM能完成昂貴的雙口RAM的功能，如圖4所示。將系統的兩組七位地址總線接到兩塊二選一芯片74LS257上，系統中工作的地址總線就通過74LS257的輸出端(AY6～AY0)被切換。當單片機向RAM中寫入字符的偏移地址時，74LS257的選通信號257WR為低電平，單片機地址線AA6～AA0被選用；當通過SD03C03芯片從ROM讀出數據時，74LS257選通信號257WR為高電平，這時系統中起作用的就變為SD03C03芯片的地址線AB6～AB0了。這樣既完成了雙口RAM的功能，又大大節省了成本。

2.4 掉電保護電路
　　由于視頻短信終端設備是安裝在社區各住戶家中的，所以并不可能24小時一直開機。而物業公司控制中心的PC管理主機不管客戶終端打開與否，隨時都可能向業主們發送消息的，另外業主也有可能在瀏覽短消息時突然斷電，這樣僅僅用外部RAM存儲數據信息就會造成掉電丟失，給客戶帶來極大的不便，所以必須要有掉電保護電路(見圖1)，即外接一片FLASH ROM存儲字符在字庫中的偏移地址來防止這種情況的發生。因為要顯示12頁短消息，芯片的模式又選擇最大化，即每頁顯示128個不同的字符，考慮到以后系統升級的需要，所以選擇了ATMEL公司的新一代高速閃存芯片AT24C08^[4]。單片機在發送字符偏移地址到RAM的同時將它們存儲到片外FLASH ROM中，每當設備重新啟動程序初始化時就自動去讀閃存中保存的掉電前的信息，并且在刪除信息的同時清空外部FLASH ROM。這樣就實現了在線燒錄，非常好地解決了掉電丟失信息的問題。
2.5 字符疊加和位置控制電路
　　前面已經對視頻短信終端設備的幾個重要的模塊進行了詳細介紹，只要再加上固定的字符疊加和位置控制電路^[5]就可以實現整個系統了。字符疊加和位置控制電路見圖3 。終端設備根據需要選擇了最大模式顯示字符，即每頁可以疊加上8(行)×16(列)＝128個不同的字符信息，所以SD03C03芯片的三條模式線sel2～sel0都接高電平；SD03C03芯片的字符輸出端Dout的信號受到一個開關三極管Q1的控制，疊加到輸入的視頻信號上,電位器W4用來調節字符疊加的亮度；通過調節連接在單穩態芯片74LS221上的兩個電位器W1和W2可以分別改變字符在屏幕上的水平和垂直顯示位置；而自激振蕩回路上的電位器W3起到調節字符寬窄的作用。圖5為實際疊加效果。用戶還可以根據自己的不同需要改變字符疊加電路來改變顯示形式，比如要將字符顯示在黑色屏幕上，只需要增加一個切換電路將外部信號關斷，改為顯示黑屏，再作字符疊加即可，方便實用。

3 視頻短信終端設備軟件研究
　　本終端設備的軟件流程比較復雜，采用KEIL C51進行編寫。下面對主程序" title="主程序">主程序及其分支程序作簡單介紹。
3.1 主程序
　　在主程序中，首先根據要求設置各類參數，例如波特率、定時器中斷時間等；然后從片外的FLASH ROM中讀出存儲在其中的設備復位之前的信息，并寫入RAM中保存，完成前面所說的掉電保護功能；接著開放定時器中斷和串行口中斷，并一直原地等待各類中斷的到來。
3.2 中斷程序流程
　　該視頻短信終端設備的主程序只是起到初始化的作用，所有實際操作都是在中斷服務子程序中完成的。圖6是串口中斷和定時器0中斷的流程圖。