基于arm的可視化多功能門鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于ARM的可視化多功能門鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘 要]目前小區(qū)裝的貓眼很小，無(wú)清楚清晰識(shí)別來(lái)訪者，所以對(duì)于這一現(xiàn)狀而研究可視門鈴系統(tǒng)。此次大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目所研究的基于ARM的智能可視化門鈴系統(tǒng)屬家庭安全系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，主要是對(duì)居民住宅的安全進(jìn)行防范和監(jiān)控。項(xiàng)目以STM32芯片為研究主體，對(duì)ov7670攝像頭模塊和TFT屏進(jìn)行了研究，最終實(shí)現(xiàn)了可視化的門鈴。 </p&g

2、t;<p>　　[關(guān)鍵詞]可視門鈴；STM32 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TM925.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）42-0346-02 </p><p>　　一、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) </p><p>　　可視系統(tǒng)采用的都是模擬的攝像頭進(jìn)行圖像采集，通過(guò)視頻線和音頻線實(shí)現(xiàn)傳輸功能。系統(tǒng)以單片機(jī)作為核心，并配以視頻采集及

3、控制、通話控制、通信控制模塊。 </p><p>　　系統(tǒng)以攝像頭傳感器獲取門外圖像信息，信息輸入到STM32微控制器，并實(shí)時(shí)顯示到TFT液晶顯示屏；對(duì)講模塊控制門鈴音頻信號(hào)的輸出與輸入。 </p><p><b>　　二、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　2.1 OV7670模塊 </p><p>　　OV7

4、670 是 OV公司生產(chǎn)的一顆 1/6 寸的 CMOS VGA 圖像傳感器。該傳 </p><p>　　感器體積小、工作電壓低，提供單片 VGA 攝像頭和影像處理器的所有功能。通過(guò) SCCB 總 </p><p>　　線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率 8 位影像數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品 VGA </p><p>　　圖像最高達(dá)到 30 幀/秒。用戶可以完全

5、控制圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。所有圖像處理功能過(guò)程包括伽瑪曲線、白平衡、度、色度等都可以通過(guò) SCCB 接口編程。OmmiVision 圖 </p><p>　　像傳感器應(yīng)用獨(dú)有的傳感器技術(shù)，通過(guò)減少或消除光學(xué)或電子缺陷如固定圖案噪聲、托尾、 </p><p>　　浮散等，提高圖像質(zhì)量，得到清晰的穩(wěn)定的彩色圖像。 </p><p>　　OV7670 的特點(diǎn)有：

6、</p><p>　　高靈敏度、低電壓適合嵌入式應(yīng)用 </p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的 SCCB 接口，兼容 IIC 接口 </p><p>　　支持 RawRGB、 RGB（GBR4：2：2， RGB565/RGB555/RGB444）， YUV（4：2：2）和 YCbCr </p><p>　　（4：2：2）輸出格式 </p>

7、<p>　　支持 VGA、CIF，和從 CIF 到 40*30 的各種尺寸輸出 </p><p>　　支持自動(dòng)曝光控制、自動(dòng)增益控制、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)消除燈光條紋、自動(dòng)黑電平校準(zhǔn)等自動(dòng)控制功能。同時(shí)支持色飽和度、色相、伽馬、銳度等設(shè)置。 </p><p><b>　　支持閃光燈 </b></p><p><b>　　支持圖像

8、縮放 </b></p><p>　　2.2 TFT彩屏顯示模塊 </p><p>　　本系統(tǒng)使用的真彩屏是一塊高畫質(zhì)的3.5寸TFT真彩LCD模塊，共分布著320*240個(gè)像素點(diǎn)，模塊內(nèi)置LCD控制器以及驅(qū)動(dòng)器，可方便地通過(guò)ARM對(duì)其進(jìn)行控制，具有編程方便和易于擴(kuò)展等良好性能，接口中D0―D7為8位數(shù)據(jù)總線，CS為片選信號(hào)低電平有效，A0為控制寄存器與數(shù)據(jù)寄存器的選擇，RD/W

9、E為讀/寫信號(hào)，SCK與SDO等信號(hào)為SPI總線的數(shù)據(jù)傳輸，彩屏接口 </p><p><b>　　2.3 對(duì)講模塊 </b></p><p>　　對(duì)講模塊包括發(fā)射語(yǔ)音信號(hào)處理，調(diào)制，功率放大，接收的低噪放大，語(yǔ)音信號(hào)解調(diào)，信號(hào)處理。體積超小，開發(fā)簡(jiǎn)單，周期短，可做成小型對(duì)講機(jī)，又可將該模塊嵌入到其它移動(dòng)手持設(shè)備中。 </p><p><

10、b>　　三、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　對(duì)攝像頭該模塊，只關(guān)心兩點(diǎn)：1，如何存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)；2，如何讀取圖像數(shù)據(jù)。 </p><p>　　因?yàn)镺V7670的像素時(shí)鐘（PCLK）最高可達(dá)24MHz，我們用STM32F103RBT6的IO口直接抓取，是非常困難的，也十分占耗CPU（可以通過(guò)降低PCLK輸出頻率，來(lái)實(shí)現(xiàn)IO口抓取，但是有其相應(yīng)的弊端，不推薦使用）。

11、所以，這里我們并不是采取直接抓取來(lái)自O(shè)V7670的數(shù)據(jù)，而是通過(guò)FIFO讀取，ALIENTEK OV7670攝像頭模塊自帶了一個(gè)FIFO芯片，用于暫時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，有了這個(gè)芯片，我們就可以很方便的獲取圖像數(shù)據(jù)了，而不再需要單片機(jī)具有高速的IO口，也不會(huì)耗費(fèi)多少CPU，可以說(shuō)，只要是個(gè)單片機(jī)，就可以通過(guò)ALIENTEK OV7670攝像頭模塊實(shí)現(xiàn)攝像功能。 </p><p>　　3.1 存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù) </p&

12、gt;<p>　　ALIENTEK OV7670 攝像頭模塊存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的過(guò)程為：等待 OV7670 同步信號(hào)FIFO </p><p>　　寫指針復(fù)位？FIFO 寫使能？等待第二個(gè) OV7670 同步信號(hào)？FIFO 寫禁止。通過(guò)以上 5 個(gè)步驟，就完成了 1 幀圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。 </p><p>　　3.2 讀取圖像數(shù)據(jù) </p><p>　　在存儲(chǔ)

13、完一幀圖像以后，就可以開始讀取圖像數(shù)據(jù)了。讀取過(guò)程為：FIFO 讀指針復(fù)位給FIFO讀時(shí)鐘（FIFO_RCLK）讀取第一個(gè)像素高字節(jié)給 FIFO讀時(shí)鐘讀取第一個(gè)像素低字節(jié)給FIFO讀時(shí)鐘讀取第二個(gè)像素高字節(jié)？循環(huán)讀取剩余像素結(jié)束。 </p><p>　　可以看出，ALIENTEK OV7670 攝像頭模塊數(shù)據(jù)的讀取也是十分簡(jiǎn)單，比如 QVGA 模式，RGB565 格式，我們總共循環(huán)讀取 320*240*2 次，就

14、可以讀取1幀圖像數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)寫入 LCD 模塊，就可以看到攝像頭捕捉到的畫面了。 </p><p><b>　　3.3 代碼設(shè)計(jì) </b></p><p>　　我們用一格外部中斷來(lái)捕捉同步信號(hào)（VSYNC），然后在中斷里面啟動(dòng)OV7670模塊的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等待下一次VSHNC信號(hào)到來(lái)，我們就關(guān)閉了存儲(chǔ)，然后一幀的數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)完成了，在主函數(shù)里面就可以慢慢的將這一幀

15、數(shù)據(jù)讀出來(lái)，放到LCD即可顯示了，同時(shí)開始第二幀數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)攝像頭功能。 </p><p>　　這里，我們還有一個(gè)小技巧，我們使用的是攝像頭模塊的QVGA輸出（320*240），剛好和ALIENTEK MiniSTM32開發(fā)板使用的LCD模塊分辨率一樣，一幀輸出就是一屏數(shù)據(jù)，提高素速度的同時(shí)也不浪費(fèi)資源。 　　四、系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試 </p><p>　　4.1 電路板整體調(diào)試

16、 </p><p>　　在系統(tǒng)的印刷電路板設(shè)計(jì)和制作出來(lái)后，就要焊接相應(yīng)的器件在電路板上，由于器件的封裝幾乎都是貼片式的，所以子啊焊接的時(shí)候更加小心。當(dāng)焊接完成后，就要對(duì)電路板整體進(jìn)行調(diào)試，具體步驟分以下幾點(diǎn)： </p><p>　　1、檢查電路元器件的管腳的序號(hào)是否接錯(cuò)，尤其是二極管、三極管等一些器件，一旦管腳序號(hào)接反，會(huì)燒壞器件和電源。 </p><p>　　2

17、、檢查元器件有沒(méi)有出現(xiàn)漏焊和虛焊，用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)試。 </p><p>　　3、對(duì)照原理圖，用萬(wàn)用表檢查電路板線路是否與電路原理圖上一致，電路有沒(méi)有出現(xiàn)短路，電源和地會(huì)不會(huì)出現(xiàn)短路。 </p><p>　　4.2 系統(tǒng)整體測(cè)試 </p><p>　　當(dāng)所有的模塊裝配成一個(gè)完整的系統(tǒng)后，就要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性能測(cè)試。系統(tǒng)測(cè)試的主要目的是為了更加穩(wěn)定和安全，排除出錯(cuò)的可能性

18、。針對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行性能上的測(cè)試。 </p><p>　　為了測(cè)試系統(tǒng)性能，在PC機(jī)上建立一個(gè)模擬超級(jí)終端，所有程序的測(cè)試都是通過(guò)超級(jí)終端來(lái)實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　　測(cè)試的最終目的滿足以下幾點(diǎn)： </p><p>　　1、系統(tǒng)的圖像穩(wěn)定清晰，聲音的效果滿足一定質(zhì)量，監(jiān)控的錄像能夠傳遞到安全中心。 </p><p>　　2、為了驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定，

19、長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行測(cè)試，并多次進(jìn)行可視對(duì)講通話，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有問(wèn)題。 </p><p>　　3、在不同場(chǎng)合和環(huán)境下進(jìn)行監(jiān)測(cè)。將此系統(tǒng)放至不同小區(qū)內(nèi)測(cè)試，并且在不同溫度、濕度環(huán)境下運(yùn)行，運(yùn)行效果良好。 </p><p><b>　　五、總結(jié) </b></p><p>　　基于ARM處理器的STM32芯片并非是很高檔的芯片，但是其高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)

20、使得它應(yīng)用于可視化門鈴系統(tǒng)十分的合適。一方面，門鈴系統(tǒng)可視化的視屏要求并無(wú)需那么高，STM32芯片處理起來(lái)游刃有余，可以保證較好的像素及幀數(shù)。另一方面，STM32芯片功耗低，不易發(fā)熱，給可視化門鈴系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了保障 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 劉火良，楊森.STM32庫(kù)開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南，機(jī)械工業(yè)出版社，2012. &l