Desarrollo de un sistema de transmisión (Emisor/Receptor) de vídeo con módulos WiFi (IEEE802.11)

摘要

Este Trabajo de Fin de Grado consiste en analizar las posibilidades de captura y transmisión de video por WiFi con dispositivos de bajo coste, desarrollando los sistemas necesarios para su funcionamiento y el control del conjunto del sistema. udPara ello se ha utilizado la cámara OV7670, de muy bajo coste, con capacidad de capturar imágenes con resolución VGA (640x480) a una velocidad de 30 fotogramas por segundo. udPara la lectura de los datos adquiridos por la cámara se utiliza el microcontrolador de 32 bits ESP8266 12-E, también de bajo coste, con una frecuencia máxima de funcionamiento de 160MHz y compatibilidad con varios protocolos de comunicación como el I2C (utilizado para su conexión con la cámara y la conexión WiFi). udEste trabajo parte de uno anterior con objetivos similares, pero en el cual no se consiguió capturar imágenes correctamente de la cámara. Se utiliza sin embargo la información adquirida en él como base para la realización de este trabajo, evitando las repeticiones innecesarias. udPara la transmisión por WiFi se plantea inicialmente la creación de un servidor web en el ESP8266, desde donde se recogerá la información a petición de un ordenador con un navegador. Sin embargo, este método provoca procesamientos innecesarios en el microcontrolador, por lo que seguidamente se investiga la utilización de los protocolos del nivel de Transporte TCP y UDP directamente, siendo finalmente este último parte de la solución terminada por su mayor velocidad. udPara la utilización de la cámara es necesario proporcionar una señal de reloj. Como este tema fue objeto de atención en el trabajo anterior, no se volverán a describir aquí todas las posibles soluciones. La implementación elegida para este trabajo será crear una señal de reloj obteniéndola del oscilador del propio ESP8266. udEl ESP8266 no tiene pines suficientes para su conexión con la cámara. Será necesario plantear un método de adquisición de los datos alternativo al que se usaría normalmente y una modificación en el hardware del ESP8266 de forma que todos los pines con los datos de la imagen puedan ser leídos. udUna vez interconectados la cámara y el ESP8266 se descubren algunos problemas derivados de las limitaciones de los dos dispositivos: ud•La falta de memoria en la cámara y la memoria insuficiente en el ESP8266 provocan que solo se puedan capturar y transmitir imágenes de 160x120 píxeles, frente a los 640x480 máximos que puede proporcionar la cámara, y además en blanco y negro al no haber memoria suficiente para almacenar los datos de color sin reducir aún más la resolución. ud•Esta misma falta de memoria implica que la lectura de los datos que salen de ella deba ser efectuada al instante, al no poder acumularse los mismos para su lectura posterior. ud• El ESP8266 no es lo suficientemente rápido como para leer esos datos a la velocidad máxima de la cámara, necesitando ralentizarla con prescalados en su señal de reloj hasta una velocidad de 0.3 imágenes por segundo, frente a las 30 máximas de la cámara. udPese a todas estas limitaciones, se consigue capturar imágenes correctas y con una definición aceptable – que no resolución – en las que es posible diferenciar figuras, y en las que la transmisión WiFi supone una parte despreciable del tiempo que se tarda en el envío de las mismas, a diferencia del trabajo anterior, en el que sumado a los 3.5 segundos de captura de cada imagen, se tardaba otros 10s en enviarla por WiFi a un servidor web. udLa recepción de las imágenes se realiza desde un ordenador con conexión WiFi, en el que se han diseñado programas específicos para la captura y tratamiento de los datos recogidos hasta formar las imágenes propiamente dichas. udSe plantea un primer acercamiento a una versión más potente de la cámara que incluye una memoria FIFO y su propio oscilador, para comparar grosso modo las dos versiones, previendo que la cámara con FIFO permitirá una mayor velocidad de captura de las imágenes e incluso utilizar una mayor resolución. udEn este primer estudio no se consiguen imágenes correctas, pero sirve para dar una idea de la mejora en velocidad que podría suponer: se pueden capturar las imágenes a una velocidad 10 veces mayor, manteniendo la resolución.