基于arm的可視化多功能門鈴系統(tǒng)設計

1、<p>　　基于ARM的可視化多功能門鈴系統(tǒng)設計</p><p>　　[摘 要]目前小區(qū)裝的貓眼很小，無清楚清晰識別來訪者，所以對于這一現狀而研究可視門鈴系統(tǒng)。此次大學生創(chuàng)新訓練項目所研究的基于ARM的智能可視化門鈴系統(tǒng)屬家庭安全系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，主要是對居民住宅的安全進行防范和監(jiān)控。項目以STM32芯片為研究主體，對ov7670攝像頭模塊和TFT屏進行了研究，最終實現了可視化的門鈴。 </p&g

2、t;<p>　　[關鍵詞]可視門鈴；STM32 </p><p>　　中圖分類號：TM925.9 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）42-0346-02 </p><p>　　一、系統(tǒng)的總體設計 </p><p>　　可視系統(tǒng)采用的都是模擬的攝像頭進行圖像采集，通過視頻線和音頻線實現傳輸功能。系統(tǒng)以單片機作為核心，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，并實時顯示到TFT液晶顯示屏；對講模塊控制門鈴音頻信號的輸出與輸入。 </p><p><b>　　二、硬件系統(tǒng)設計 </b></p><p>　　2.1 OV7670模塊 </p><p>　　OV7

4、670 是 OV公司生產的一顆 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 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 位影像數據。該產品 VGA </p><p>　　圖像最高達到 30 幀/秒。用戶可以完全

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

6、</p><p>　　高靈敏度、低電壓適合嵌入式應用 </p><p>　　標準的 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>　　支持自動曝光控制、自動增益控制、自動白平衡、自動消除燈光條紋、自動黑電平校準等自動控制功能。同時支持色飽和度、色相、伽馬、銳度等設置。 </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的3.5寸TFT真彩LCD模塊，共分布著320*240個像素點，模塊內置LCD控制器以及驅動器，可方便地通過ARM對其進行控制，具有編程方便和易于擴展等良好性能，接口中D0―D7為8位數據總線，CS為片選信號低電平有效，A0為控制寄存器與數據寄存器的選擇，RD/W

9、E為讀/寫信號，SCK與SDO等信號為SPI總線的數據傳輸，彩屏接口 </p><p><b>　　2.3 對講模塊 </b></p><p>　　對講模塊包括發(fā)射語音信號處理，調制，功率放大，接收的低噪放大，語音信號解調，信號處理。體積超小，開發(fā)簡單，周期短，可做成小型對講機，又可將該模塊嵌入到其它移動手持設備中。 </p><p><

10、b>　　三、軟件系統(tǒng)設計 </b></p><p>　　對攝像頭該模塊，只關心兩點：1，如何存儲圖像數據；2，如何讀取圖像數據。 </p><p>　　因為OV7670的像素時鐘（PCLK）最高可達24MHz，我們用STM32F103RBT6的IO口直接抓取，是非常困難的，也十分占耗CPU（可以通過降低PCLK輸出頻率，來實現IO口抓取，但是有其相應的弊端，不推薦使用）。

11、所以，這里我們并不是采取直接抓取來自OV7670的數據，而是通過FIFO讀取，ALIENTEK OV7670攝像頭模塊自帶了一個FIFO芯片，用于暫時存儲圖像數據，有了這個芯片，我們就可以很方便的獲取圖像數據了，而不再需要單片機具有高速的IO口，也不會耗費多少CPU，可以說，只要是個單片機，就可以通過ALIENTEK OV7670攝像頭模塊實現攝像功能。 </p><p>　　3.1 存儲圖像數據 </p&

12、gt;<p>　　ALIENTEK OV7670 攝像頭模塊存儲圖像數據的過程為：等待 OV7670 同步信號FIFO </p><p>　　寫指針復位？FIFO 寫使能？等待第二個 OV7670 同步信號？FIFO 寫禁止。通過以上 5 個步驟，就完成了 1 幀圖像數據的存儲。 </p><p>　　3.2 讀取圖像數據 </p><p>　　在存儲

13、完一幀圖像以后，就可以開始讀取圖像數據了。讀取過程為：FIFO 讀指針復位給FIFO讀時鐘（FIFO_RCLK）讀取第一個像素高字節(jié)給 FIFO讀時鐘讀取第一個像素低字節(jié)給FIFO讀時鐘讀取第二個像素高字節(jié)？循環(huán)讀取剩余像素結束。 </p><p>　　可以看出，ALIENTEK OV7670 攝像頭模塊數據的讀取也是十分簡單，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幀圖像數據，把這些數據寫入 LCD 模塊，就可以看到攝像頭捕捉到的畫面了。 </p><p><b>　　3.3 代碼設計 </b></p><p>　　我們用一格外部中斷來捕捉同步信號（VSYNC），然后在中斷里面啟動OV7670模塊的圖像數據存儲，等待下一次VSHNC信號到來，我們就關閉了存儲，然后一幀的數據就存儲完成了，在主函數里面就可以慢慢的將這一幀

15、數據讀出來，放到LCD即可顯示了，同時開始第二幀數據的存儲，如此循環(huán)，實現攝像頭功能。 </p><p>　　這里，我們還有一個小技巧，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據，提高素速度的同時也不浪費資源。 　　四、系統(tǒng)調試與測試 </p><p>　　4.1 電路板整體調試

16、 </p><p>　　在系統(tǒng)的印刷電路板設計和制作出來后，就要焊接相應的器件在電路板上，由于器件的封裝幾乎都是貼片式的，所以子啊焊接的時候更加小心。當焊接完成后，就要對電路板整體進行調試，具體步驟分以下幾點： </p><p>　　1、檢查電路元器件的管腳的序號是否接錯，尤其是二極管、三極管等一些器件，一旦管腳序號接反，會燒壞器件和電源。 </p><p>　　2

17、、檢查元器件有沒有出現漏焊和虛焊，用萬用表進行測試。 </p><p>　　3、對照原理圖，用萬用表檢查電路板線路是否與電路原理圖上一致，電路有沒有出現短路，電源和地會不會出現短路。 </p><p>　　4.2 系統(tǒng)整體測試 </p><p>　　當所有的模塊裝配成一個完整的系統(tǒng)后，就要對其進行系統(tǒng)性能測試。系統(tǒng)測試的主要目的是為了更加穩(wěn)定和安全，排除出錯的可能性

18、。針對此系統(tǒng)進行性能上的測試。 </p><p>　　為了測試系統(tǒng)性能，在PC機上建立一個模擬超級終端，所有程序的測試都是通過超級終端來實現。 </p><p>　　測試的最終目的滿足以下幾點： </p><p>　　1、系統(tǒng)的圖像穩(wěn)定清晰，聲音的效果滿足一定質量，監(jiān)控的錄像能夠傳遞到安全中心。 </p><p>　　2、為了驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定，

19、長時間地進行測試，并多次進行可視對講通話，發(fā)現并沒有問題。 </p><p>　　3、在不同場合和環(huán)境下進行監(jiān)測。將此系統(tǒng)放至不同小區(qū)內測試，并且在不同溫度、濕度環(huán)境下運行，運行效果良好。 </p><p><b>　　五、總結 </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

20、使得它應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需那么高，STM32芯片處理起來游刃有余，可以保證較好的像素及幀數。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 </b></p><p>　　[1] 劉火良，楊森.STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南，機械工業(yè)出版社，2012. &l