自动摩斯电码接收器

树·水·风 发表于 2012-11-15 22:36:48

本帖最后由树·水·风于 2012-11-16 08:59 编辑

前一段时间看《终极审判》，潜水员利用声音发送摩斯电码给潜艇最终获救，于是突发灵感：既然普通人无法记住每个字幕的摩斯电码，何不做一个自动接收器，将白光闪烁信号解析为字母呢？于是就开始做了。
整个系统包括两个部分：发送端和接收端。
发送端，使用Arduino控制LED手电发出闪光。MorseCode库参见程晨老师的Arduino开发实战指南，我所做的是在上面加了一些扩充。
Arduino代码如下：
/*
@Date:2012/11/10
@Author:huaweidong
@Description:MorseDemo03-自定义字符串，每次接收到的新的字符串替换原先的字符串，并开始循环发送
*/
#include "MorseCode.h"
char words;
int i = 0;
MorseCode Morse(13);

void setup()
{
Morse.setInterval(250);
Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
if(Serial.available())
{
i = 0;
while(Serial.available())
{
   words = Serial.read();
   i++;
}
}
int k;
for(k = 0; k < i; k++)
{
Serial.print(words);
if(words == ' ')
{
   Morse.WordInterval();
}
else
{
   Morse.transfor(words);
   Morse.CharInterval();
}
}
Serial.println();
Morse.WordInterval();
}

用户打开串口工具后，可以自定义字符串（可包含空格），发送到Arduino板中，如SOS，Arduino之后便会循环发送SOS，直到用户输入新的字符串替换到原有字符串。

我使用的设备是小手电（原本想使用Android手机的闪光灯的，但是发现Android的闪光灯无法单独调用，只能连摄像头一起开启，而一旦开启摄像头，那么闪光灯的响应速度就变得很慢，无法达到想要的效果），原想使用三极管放大电路从而让Arduino控制小手电，后来发现小手电的额定电压也不过4.5V，于是就直接把小手电插在了Arduino板上。如下图所示：
图中小手电显示这么灰暗是因为我用手机拍照的缘故，实际上小手电的亮度是足够的（14个led灯），在夜间测试20米远完全没有问题。

于是摩斯电码发送端就算做好了，小手电可以发出间歇性的"."和"_"了，信息就存在与这些间歇性的闪光中。

下面就是接收端。

接收端我用的是一个摄像头，利用计算机视觉的方法，检测视频图像的颜色信息，根据颜色变化确定"."和"_"，然后进一步确定每个英文字符，最后组成一个单词。
代码如下（未经优化，有很多冗余代码，大家见谅）：
#include <stdio.h>
#include <cv.h>
#include <highgui.h>
#include <cxcore.h>
#include <process.h>
#include <Windows.h>
#include <iostream>

using namespace std;

IplImage* IFrameBody = 0;
IplImage* gray = 0;
int red_cnt;
int no_cnt;
bool state;
bool last_state;
short value = 1;
int height, width;
CvCapture* pcap;

char Decide(short i)
{
char ch = '*';
switch(i){
case 5:
ch = 'A';
break;
case 24:
ch = 'B';
break;
case 26:
ch = 'C';
break;
case 12:
ch = 'D';
break;
case 2:
ch = 'E';
break;
case 18:
ch = 'F';
break;
case 14:
ch = 'G';
break;
case 16:
ch = 'H';
break;
case 4:
ch = 'I';
break;
case 23:
ch = 'J';
break;
case 13:
ch = 'K';
break;
case 20:
ch = 'L';
break;
case 7:
ch = 'M';
break;
case 6:
ch = 'N';
break;
case 15:
ch = 'O';
break;
case 22:
ch = 'P';
break;
case 29:
ch = 'Q';
break;
case 10:
ch = 'R';
break;
case 8:
ch = 'S';
break;
case 3:
ch = 'T';
break;
case 9:
ch = 'U';
break;
case 17:
ch = 'V';
break;
case 11:
ch = 'W';
break;
case 25:
ch = 'X';
break;
case 27:
ch = 'Y';
break;
case 28:
ch = 'Z';
break;
default:
ch = '*';
break;
}
return ch;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
CvCapture* pCapBody = cvCreateCameraCapture(1);

if(pCapBody == NULL)
{
printf("No body camera!!!!!!!!\n");
}

red_cnt = 0;
no_cnt = 0;
state = false; // false代表无色，true代表检测到白色
last_state = false;

while(1)
{
IFrameBody = cvQueryFrame(pCapBody);
if(IFrameBody == NULL)
{
printf("No Pictures.\n");
}

height = IFrameBody->height;
width = IFrameBody->width;
gray = cvCreateImage(cvSize(width,height),8,1); // 创建灰度图像

int count = 0;

/* 检测白色光 */
cvCvtColor(IFrameBody, gray, CV_BGR2GRAY);
for(int i = 220; i < 320; i++)
{
for(int j = 300; j < 400; j++)
{
int g = ((uchar*)(gray->imageData+gray->widthStep*j));
if(g>150)
{
count += 1;
((uchar*)(gray->imageData+gray->widthStep*j)) = 255;
}
else
{
((uchar*)(gray->imageData+gray->widthStep*j)) = 0;
}
}
}

if(count > 1500) // 检测“白色”，1500是像素点阈值
{
state = true;
if(last_state == false)
{
if(no_cnt > 10 && no_cnt < 35) // 说明是字符间间隔,no_cnt是持续检测到“无色”的次数，10和35是阈值
{
cout<<Decide(value);
value = 1;
}
else if(no_cnt > 35) // 说明是单词间间隔
{
cout<<Decide(value)<<" ";
value = 1;
}
no_cnt = 0;
red_cnt = 0;
}
red_cnt++;
}
else // 检测到“无色”
{
state = false;
if(last_state == true)
{
if(red_cnt >= 10) // 检测到“白色”十次以上，判断为“_”，阈值10可调
{
value = (value << 1) + 1;
}
else if(red_cnt < 10) // 检测到“白色”的时间很短，判断为“.”
{
value = value << 1;
}
red_cnt = 0;
no_cnt = 0;
}
no_cnt++;
}

last_state = state;

cvShowImage("gray", gray);

cvReleaseImage(&gray);

char c=cvWaitKey(1);
if(c==27)break;
}

cvReleaseCapture(&pCapBody);

}

上面一些阈值（如区分"."与"_"以及空格）需要根据电脑运行速度来设定。
为了提高视频处理速度，我只是对视频整个画面的一小部分做颜色判断，做实验时也把手电和摄像头离得比较近，当距离较远时，就需要把手电正对着摄像头，这样才能检测明显。
最后，执行上面的C++程序，便可以跳出两个窗口，如下图所示

一个窗口显示视频画面，一个输出解析的字母。（细致的同学会发现出现了一个E，这是由于我用手拿着手电遮挡了所造成的，后面就稳定地输出CCNT PVC了。）

发送端和接收端做好后，就可以拿到空旷的场地试验了。

test01 发表于 2012-11-15 23:55:39

强
还以为是通常光敏电阻做的

ninjiafan 发表于 2012-11-16 02:17:35

好...摩斯码确实比较有意思...

ttyp 发表于 2012-11-16 09:00:51

接收端是电脑+摄像头？我还以为也是arduino呢

树·水·风 发表于 2012-11-16 09:02:58

ttyp 发表于 2012-11-16 09:00 static/image/common/back.gif
接收端是电脑+摄像头？我还以为也是arduino呢

嗯，感觉摄像头检测效果蛮好的。不知道光敏电阻效果如何，以后有机会可以尝试下。

迷你强 发表于 2012-11-16 09:44:16

:L准备做射频版本的。。。

ttyp 发表于 2012-11-16 10:47:51

树·水·风发表于 2012-11-16 09:02 static/image/common/back.gif
嗯，感觉摄像头检测效果蛮好的。不知道光敏电阻效果如何，以后有机会可以尝试下。

摄像头的可以近似模拟人眼吧，我是说使用pc，如果使用arduino+摄像头的的就好了

另外光敏的距离有要求，方向性也差，如果使用激光，距离不错，方向性更差

树·水·风 发表于 2012-11-16 12:28:29

ttyp 发表于 2012-11-16 10:47 static/image/common/back.gif
摄像头的可以近似模拟人眼吧，我是说使用pc，如果使用arduino+摄像头的的就好了

另外光敏的距离有要求 ...

假如能够不使用电脑，直接使用Arduino或者其他嵌入式PC，加上摄像头，的确会便携很多，惟一的问题是嵌入式平台上能否支持视频处理。

树·水·风 发表于 2012-11-16 12:28:55

迷你强发表于 2012-11-16 09:44 static/image/common/back.gif
准备做射频版本的。。。

射频？使用无线吗？

迷你强 发表于 2012-11-16 18:01:59

树·水·风发表于 2012-11-16 12:28 static/image/common/back.gif
射频？使用无线吗？

应该是的。。。目前只是构思。。。。

树·水·风 发表于 2012-11-20 16:54:05

ttyp 发表于 2012-11-16 10:47 static/image/common/back.gif
摄像头的可以近似模拟人眼吧，我是说使用pc，如果使用arduino+摄像头的的就好了

另外光敏的距离有要求 ...

使用光敏电阻可以做吗？假如想要检测近距离红色的或者蓝色的LED灯的话？

ttyp 发表于 2012-11-20 18:00:49

树·水·风发表于 2012-11-20 16:54 static/image/common/back.gif
使用光敏电阻可以做吗？假如想要检测近距离红色的或者蓝色的LED灯的话？

光敏只能检测光的强度，颜色分辨不了的。有分辨颜色的传感器

bg5cdu 发表于 2012-11-21 12:08:34

如果可以做成音频版的，再加个1602显示输出就完美了。

ttyp 发表于 2012-11-21 14:06:14

bg5cdu 发表于 2012-11-21 12:08 static/image/common/back.gif
如果可以做成音频版的，再加个1602显示输出就完美了。

哈哈，这个想法不错，偷号码的利器

bg5cdu 发表于 2012-11-22 13:38:46

ttyp 发表于 2012-11-21 14:06 static/image/common/back.gif
哈哈，这个想法不错，偷号码的利器

怎么成偷号码了，莫尔斯电码和手机脉冲音频不一样的好伐。

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