某型无人机信息系统字符叠加模块设计

摘要：为了获得二维图像中目标空间方位信息的同时，保证图像帧信息同步，采用了一种基于MB90092芯片的字符叠加方法。分析了视频字符叠加原理，给出了字符叠加电路实现方法，设计了叠加系统主程序流程及中断子程序流程，研究了各子模块的功能及工作原理。该叠加模块应用于某型无人机信息系咎，叠加系统工作正常，叠加图像质量较好，能够满足系统获取相关信息的需求。
关键词：字符叠加；信息系统；目标信息；显示模块

    信息系统是无人机为完成目标侦察任务而配备的，负责对信息的获取、数据传输以及目标信息分析处理的系统，用于对靶场目标命中情况进行实时监控并做出及时评估，以及对攻击效果进行空中侦察。同时，该系统也可用于空军对地攻击前对敌方目标的预先侦察，为飞行员使用电视制导武器提供准确的地形、航路地标、目标等信息。因此，获取目标场景以及目标的空间方位、距离等信息是侦察无人机信息系统必须具备的基本功能。
    为保证图像帧信息同步和信息系统设计组成简单，采用字符叠加技术，将所需信息通过字符叠加功能模块与视频图像进行叠加，叠加后的视频信号经数据链路子系统传输到信息分析处理子系统进行目标信息的分析。

1 视频字符叠加原理
    字符通常是指数字、字母、常用符号等由ASCII码表示的符号，以点阵的形式存储。字符发生器是一种专用的ROM存放着常用字符的点阵数据，需要叠加时调出ROM中的字符点阵数据，当这些点阵数据脉冲与行同步脉冲相关时，即各行中同一位置的点阵脉冲滞后于该行同步脉冲一个固定时间时，字符图形显示在监视器上才能稳定。同步分离电路从全电视信号中分离场，行同步信号作为显示的基准。行同步脉冲决定一行字符在屏幕的总宽度。AT89S52对行同步脉冲进行计数，在指定的行内发出垂直方向显示脉冲，在脉冲有效的行内显示字符。这就完成了字符在视频信号上的叠加。其原理图如图1所示。

2 基于MB90092芯片字符叠加设计
2．1 MB90092芯片简介
    MB90092芯片是FUJITSU公司推出的一种OSD芯片。使用该芯片设计叠加电路，不仅软件编程简单，而且可真正实现全中文显示。作为显示文本和图形的控制器，MB90092支持的字符显示点阵为24x32，每个字符可以有不同颜色。它有视频信号输入脚，在内部可完成视频信号与字符信号叠加，直接输出复合视频信号。MB90092内部可自行产生同步信号，因此，无须外加视频信号和同步信号，可直接输出字符信号至监视器，在监视器上显示不同背景颜色、不同的字符颜色的文本。MB90092和外部ROM连接，可显示4 096个不同字符；它内含视频显示存储器(VRAM)和视频信号发生器，外加一个字库芯片以及少量的外部元件，就可以组成字符叠加电路。
2．2 字符叠加电路实现
    字符叠加功能模块采用89S52单片机、MB90092、W29EE011(作为字库芯片)、MAX3232芯片、LM1881芯片及少量的外围电路对模拟视频输入信号进行字符叠加，形成混合视频信号输出。
    整个电路以MB90092芯片为核心，89S52单片机作为控制芯片进行设计。
    首先，检测视频信号，当视频信号存在时，通过同步信号分离模块LM1881将外输入的复合视频信号中的复合行场同步信号分离出来，在MB90092的EXHSYN脚输入行同步，在MB90092的EXVSYN脚输入场同步，通过设置让MB90092工作于复合行场同步信号输入方式，由AT89S52向MB90092发送控制命令，如显示控制、VRAM写地址控制等，按照系统功能需要从字符芯片中产生相应的字符，再与外输入视频信号进行叠加得到混合信号输出到图像发射机。字符叠加模块结构图及内外交联关系如图2所示。

    各部分功能介绍如下：
    1)数据采集编码电路采集摄像机相对无人机的框架角、GPS信息、无人机姿态角以及无线电高度表提供的无人机相对高度或激光测距机测得的无人机与目标的距离等信号，并将获取的信息以规定的数据格式通过串口异步发送到字符叠加系统。
    2)图像发射机用于将叠加有字符信息的视频图像通过下行数据链路传送到地面信息处理分析控制台。
    3)地面信惠处理分析控制台接收、存储和显示图像信息，能根据实时显示的视频图像对电视导引头进行操控完成对目标的搜索跟踪，能对存储的目标图像进行分析处理得到目标以及与目标相关的空间方位、距离信息。
    4)字符叠加电路板接收视频信号和串口输入信息并进行字符叠加输出，是系统的核心部分。
    字符叠加电路具体实现如图3所示。

3 字符叠加软件设计
3．1 MB90092的工作时序
    MB90092的外部接口时序如图4所示。

    MB90092视频字符叠加芯片在工作时，主要通过CS(片选)、SCLK(串行时钟)、SIN(串行数据)3个引脚来接收外部控制指令和显示数据。   MB90092的每条指令都由两个字节组成，其中第一个字节的高5位是命令码，其余位和第二字节是数据，通过这些指令可实现对字符显示的各种控制。
    当CS引脚为低电平时，MB90092在每个时钟的上升沿从最低位开始由SIN引脚一位一位读取数据。读完一个字节后，CS和SCLK引脚置为高电平，然后CS引脚变为低电平并开始读取下一个字节。为了保持字节同步，在开始传输串行数据之前，CS引脚应先置为高电平，然后再置为低电平。另外，除刚上电时外，在串行数据传输之前，SCLK引脚都应强制设为高电平。
3．2 软件设计流程
    图5为叠加系统软件的主程序流程图和中断接收子程序流程图。

    软件各模块介绍如下：
    1)系统初始化模块此模块实现单片机串口初始化和MB90092主屏初始化。
    2)叠加选择模块 当无人机无须在地面控制台的监视器上显示所需信息时，通过叠加选择按键调用叠加选择子程序，关闭叠加功能。
    3)串口数据接收模块此模块对经纬度及高度等信息的接收是否进行判断。一帧中的每一个字符接收到后，计数器加1。
    4)显示模块此模块主要功能是从显示缓存中读取一帧数据，进行经纬度及高度等信息的解析，并通过对MB90092的设置在主屏的某一位置显示。该模块首先打开所有中断，然后打开串口中断。当数据接收完毕，则进行显示操作。

4 结束语
    基于MB90092芯片，对字符叠加模块进行了系统硬件和软件设计。将该模块应用于某型侦察型无人机信息系统，叠加系统工作正常，信息实时显示准确，所设计的字符叠加系统主要创新在于其功能强、实时性好，且整个系统可靠性高，叠加图像质量较好，能够满足系统获取相关信息的需求。