CN106412493A - 一种基于arm的嵌入式便携式多功能图像采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，包括如下模块：图像采集模块，设有接口电路，与数据处理模块相连，采集图像后经缓存器传输至数据处理模块；ARM数据处理模块，通过SCCB总线读取图像采集模块发送的数据，数据处理模块上还设有USB转串口电路、复位电路、LCD接口电路和晶振电路；显示模块，与数据处理模块的LCD接口电路相连，用于实时显示图像数据；存储模块，与数据处理模块相连，存储经数据处理后的图像信息；电源模块，为上述各模块供电。本发明的优点体现在：硬件电路简洁，软件编程容易，不同环境下图像实时采集清晰流畅，同时体积小、功耗小、成本低，而且该图像采集技术可以进一步扩展利用，具有较高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像采集系统，具体涉及一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统。
背景技术
目前，公安现役部队在消防领域浓烟、水雾等低可见度以及复杂水体环境下的图像采集等方面存在很大的技术空白，这方面的技术应用有很大的发展前景。
随着社会环境和外部环境日益复杂化，公安现役部队在消防救灾、水下监视、水底搜救打捞、船舶检修等方面需要强大的技术支撑。本系统涉及的图像采集技术作为一种数据的采集处理方式不仅在消防灭火、管道的检修、水下监视航行、海洋防务等方面起着巨大作用，在外围环境的监控等方面同样应用广泛。因此，研究开发便携式多功能图像采集系统无论从现实需求还是发展前景层面来看都显得迫在眉睫。
传统的CCD图像采集系统速度慢、功能单一、功耗大、体积庞大，已经不能满足日益多元化、复杂化的图像采集和实时显示需要，尤其在一些新兴的应用领域(如浓烟、水雾等低能见度环境下物体辨识、水下图像实时显示、智能监控、水下故障检修等)的需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，包括如下模块：
图像采集模块，为CMOS图像传感器，设有接口电路，与数据处理模块相连，采集图像后经缓存器传输至数据处理模块；
ARM数据处理模块，为STM32F103ZET6单片机，通过SCCB总线读取图像采集模块发送的数据，经处理后发送至显示模块，数据处理模块上还设有USB转串口电路、复位电路、LCD接口电路和晶振电路；
显示模块，为LCD液晶显示屏，与数据处理模块的LCD接口电路相连，用于实时显示图像数据；
存储模块，与数据处理模块相连，存储经数据处理后的图像信息；
电源模块，为上述各模块供电。
进一步的，所述图像采集模块为带FIFO缓存器的OV7670摄像头模块。
进一步的，所述FIFO缓存器型号为AL422B。
进一步的，所述摄像头模块采用钛黑金材质的圆柱形封装，整个摄像头部分直径为60mm，长度为100mm。
进一步的，所述摄像头边缘采用888透明胶水实现水下环境的密封。
进一步的，所述摄像头选用33颗高亮度的白色LED发光二极管作为光源，并将它们均匀镶嵌在OV7670摄像头传感器镜头前端，按圆周均布两周。
进一步的，所述摄像头利用多档位的控制开关来选择不同阻值的电阻接入电路实现对33颗LED发光二极管的灯光亮度控制，满足图像采集对不同环境的灯光需求。
进一步的，所述数据处理模块上还设有JTAG调试接口，JTAG调试接口连接调试电路。
进一步的，所述存储模块为SD卡。
本发明公开的一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，具有以下有益效果：
利用STM32单片机对图像数据的快速处理能力，很好的满足了图像的实时显示要求，同时整个系统具有很强的通用性和扩展性，通过修改程序和配置不同的接口可以满足不同场合的图像采集和监控需求，在消防救灾、海警舰艇水下管道和舰艇体的检修、环境的自动监控、水下搜救打捞等很多方面有重要应用。
整个系统由图像采集模块、电源、PC机、摄像头几部分构成，通过对嵌入式图像采集系统分别进行了浓烟、明火等低能见度、不同灯光、不同物体形状和不同水体环境下的采集实验和实验分析，表明本图像采集系统设计合理，硬件电路简洁，软件编程容易，不同环境下图像实时采集清晰流畅，证明了系统的可靠性，同时体积小、功耗小、成本低，达到了设计要求，同时该图像采集技术可以进一步扩展利用，具有较高的实用价值。
附图说明
图1是本发明的连接示意图；
图2是电源供电部分电路图；
图3是复位电路图；
图4是LCD接口电路图；
图5是USB转串口电路图；
图6是摄像头模块接口电路图；
图7是摄像头与LED发光二极管排列示意图；
其中：
1-摄像头 2-发光二极管
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
见图1。一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，包括如下模块：
图像采集模块，为CMOS图像传感器，设有接口电路，与数据处理模块相连，采集图像后经缓存器传输至数据处理模块；
ARM数据处理模块，为STM32F103ZET6单片机，通过SCCB总线读取图像采集模块发送的数据，经处理后发送至显示模块，数据处理模块上还设有USB转串口电路、复位电路、LCD接口电路和晶振电路；
显示模块，为LCD液晶显示屏，与数据处理模块的LCD接口电路相连，用于实时显示图像数据；
存储模块，与数据处理模块相连，存储经数据处理后的图像信息；
电源模块，为上述各模块供电。
本实施例中，所述图像采集模块为带FIFO缓存器的OV7670摄像头模块，所述FIFO缓存器型号为AL422B。
本实施例中，考虑到便携式多功能图像采集对系统坚固性和防腐性的要求，所述摄像头模块采用钛黑金材质的圆柱形封装，整个摄像头部分直径为60mm，长度为100mm。为了实现外围环境下的密封，摄像头1边缘采用888透明胶水解决水下密封的问题。摄像头选用33颗高亮度的白色LED发光二极管2作为光源，并将它们均匀镶嵌在OV7670摄像头传感器镜头前端，按圆周均布两周(见图7)。摄像头1利用多档位的控制开关来选择不同阻值的电阻接入电路实现对33颗LED发光二极管2的灯光亮度控制，满足图像采集对不同环境的灯光需求。
本实施例中，所述数据处理模块上还设有JTAG调试接口，JTAG调试接口连接调试电路。
本实施例中，所述存储模块为SD卡。
为了方便操作，整个系统设计为外接电源供电，同时打控制面板来控制供电，控制面板带总开关、灯光旋转开关、摄像头控制接口、灯光控制接口和电源输入接口，通过220V交流电转12V直流电转换器实现STM32、摄像头、LED灯光的供电一体化。整个系统的供电由4根电源线控制，包含18根摄像头信号线和两根LED灯光控制线。
本发明中，原始信号经过处理器之后，分G和BR两路进入一个10位的A/D转换器，A/D转换器工作在12Mhz频率，与像素频率同步。
见图2。图2中共有U16、U17和U19三个稳压芯片，DC_IN用于直流电源输入，经过U17直流转换芯片转换为5V电源输出，D4是防反接二极管，避免外部直流电源极性接错而烧坏单片机。K1为电源总开关，F1为500ma保险丝，用于保护电源。U16为3.3V稳压芯片，用来提供3.3V稳压电源，而U19则是1.8V稳压芯片。
见图3。设计的电路为低电平复位，与单片机保持同步，R32和C51构成了上电复位电路。同时，TFT-LCD的复位引脚也接在RESET按键上，可以同时复位单片机和TFT-LCD，减少I/O口的使用。
见图4。图4中TFT-LCD是一个通用的液晶模块接口，TFT-LCD模块同时与FSMC接口相连，显著提高了刷屏速度。图3中的T_MISO/T_MOSI/T_PEN/T_CS/T_SCK用来实现对液晶触摸屏的控制。LCD_BL则控制LCD的背光。
见图5。USB转串口电路原理图如图5所示。本发明USB转串口选用CH340G芯片。图中Q2和Q3的组合构成了开发板的一键下载电路，只需要在mcuisp软件设置：DTR的低电平复位，RTS高电平进Boot Loader。其中，BOOT0则是启动模式的B0信号。USB_232提供CH340G和电脑通信的接口，同时可以给单片机提供电源，向单片机下载代码主要是通过USB_232接口来实现的。
见图6。图中P8是接口可以用来连接OV7670摄像头模块。其中，OV_SCL，OV_SDA，FIFO_WRST，FIFO_RRST，FIFO_OE这5个信号是分别连接在MCU的PD3，PG13，PD6，PG14，PG15上面，OV_DO～OV_D7则连接在PCO～7上面(放在连续的IO上，可以提高读写效率)，FIFO_RCLK，FIFO_WEN，OV_VSYNC这3个信号是分别连接在MCU的PB4，PB3，PA8上面。
整个OV7670的工作流程是：利用I2C控制总线进行寄存器的初始化和通过FSMC控制器完成TFT-LCD液晶显示屏的初始化，数据传输经过SCCB接口，初始化工作完成后，通过上位机软件mcuisp将图像采集的驱动程序加载到Cortex-M3处理器内核中，将摄像头应用程序运行起来，这样在2.8寸的TFT-LCD液晶显示屏上就可以显示采集的图像数据了。图像分辨率为320*240，图像被存储在32G的金士顿SD卡中。可以通过PC机查看。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还可以对本发明做出的若干改进和补充，这些改进和补充，也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，其特征在于，包括如下模块：
图像采集模块，为CMOS图像传感器，设有接口电路，与数据处理模块相连，采集图像后经缓存器传输至数据处理模块；
ARM数据处理模块，为STM32F103ZET6单片机，通过SCCB总线读取图像采集模块发送的数据，经处理后发送至显示模块，数据处理模块上还设有USB转串口电路、复位电路、LCD接口电路和晶振电路；
显示模块，为LCD液晶显示屏，与数据处理模块的LCD接口电路相连，用于实时显示图像数据；
存储模块，与数据处理模块相连，存储经数据处理后的图像信息；
电源模块，为上述各模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，其特征在于，所述图像采集模块为带FIFO缓存器的OV7670摄像头模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，其特征在于，所述FIFO缓存器型号为AL422B。
4.根据权利要求3所述的一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，其特征在于，所述摄像头模块采用钛黑金材质的圆柱形封装，整个摄像头部分直径为60mm，长度为100mm。
5.根据权利要求4所述的一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，其特征在于，所述摄像头边缘采用888透明胶水实现水下环境的密封。
6.根据权利要求5所述的一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，其特征在于，所述摄像头选用33颗高亮度的白色LED发光二极管作为光源，并将它们均匀镶嵌在OV7670摄像头传感器镜头前端，按圆周均布两周。
7.根据权利要求6所述的一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，其特征在于，所述摄像头利用多档位的控制开关来选择不同阻值的电阻接入电路实现对33颗LED发光二极管的灯光亮度控制，满足图像采集对不同环境的灯光需求。
8.根据权利要求1所述的一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，其特征在于，所述数据处理模块上还设有JTAG调试接口，JTAG调试接口连接调试电路。
9.根据权利要求1所述的一种基于ARM的嵌入式便携式多功能图像采集系统，其特征在于，所述存储模块为SD卡。
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