基于AVR單片機圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計

張鵬孟旭

1.安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽 淮南 2320012.北京航空航天大學，北京 232001

基于AVR單片機圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計

張鵬1孟旭2

1.安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽 淮南 2320012.北京航空航天大學，北京 232001

設(shè)計了一種基于AVR單片機的圖像采集系統(tǒng)，主要用于煤礦井下圖像監(jiān)控。便于發(fā)生礦難時及時了解救生艙內(nèi)人員狀況和周圍環(huán)境，建立有效的營救措施。圖像采集模塊由OV7670圖像傳感器和FIFO組成，采集RGB565格式QVGA大小的BMP圖像，數(shù)據(jù)經(jīng)RS485通信上傳至上位機顯示，同時將上傳的圖像以BMP格式保存在SD卡中。

AVR；OV7670；上位機

引言

我國作為煤炭能源大國，煤炭生產(chǎn)安全關(guān)系著社會穩(wěn)定和能量持續(xù)的供給。而在我國每年發(fā)生礦難事故頻繁，特別是小煤礦。因此需要對煤礦建立完善的監(jiān)控系統(tǒng)，保障煤礦安全生產(chǎn)，提供煤炭開采效率。

煤礦井下發(fā)生礦難時，為便于建立有效營救措施，因此需要全面了解井下事故情況和周圍環(huán)境。基于AVR單片機的圖像采集系統(tǒng)，主要用于煤礦井下監(jiān)控。以便發(fā)生礦難時，地面人員通過上位機了解井下人員情況以及設(shè)備狀況，為建立積極有效的救援措施提供保證。

1 系統(tǒng)的工作原理

AVR單片機采用選進的RISC結(jié)構(gòu)，是一款低功耗、高性能的8位處理器。本設(shè)計基于AVR單片機基礎(chǔ)，通過配置和初始化OV7670寄存器，采集圖像大小為QVGA、RGB565格式。所采集的圖像數(shù)據(jù)必須經(jīng)過RS485通信，上傳至上位機顯示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

煤礦井下救生艙圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。AVR及外圍電路設(shè)計包括時鐘電路、復(fù)位電路和支持在線編程的JTAG接口電路。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)需要用到+5V、和+2.8V電源，而AVR的工作電壓為+5V，OV7670圖像傳感器所需要工作電壓為+2.8V。通過電源轉(zhuǎn)換芯片AMS1117-2.85可將+5V轉(zhuǎn)換成+2.8V電壓。

串行通信接口主要用于與上位機與外圍設(shè)備進行通信，當接收到上位機指令時，圖像數(shù)據(jù)通過RS485通信接口輸出至上位機顯示。為減小系統(tǒng)通信干擾、系統(tǒng)使用ADM2483型號的通信芯片，該芯片最高傳輸速率可達500Kbps，采用限擺驅(qū)動器，減少了終端匹配和接頭產(chǎn)生的誤碼。

SD卡主要用于存儲圖像，STM32以SPI模式讀寫SD卡，SD卡電路供電電源為+3.3V。

AL422B[2]作為FIFO。由于容量大，可以完整存儲整幀圖像信息。

OV7670圖像傳感器主要按裝在煤礦井下救生艙艙室內(nèi)，用于觀察艙室內(nèi)環(huán)境狀況和人員情況。該傳感器使用獨有的傳感器技術(shù)，通過減少或消除光學或電子缺陷如固定噪聲、托尾、浮散等，提高圖像質(zhì)量，得到清晰的彩色圖像[1]。STM32通過SCCB總線通信向OV7670圖像傳感器中寫入指令進行初始化。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在設(shè)計系統(tǒng)時，為降低成本總是盡可能的利用軟件資源代替硬件設(shè)計，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低成本。系統(tǒng)采用模塊化C語言編程，包括上位機代碼和系統(tǒng)圖像采集處理代碼。PC機通過JTAG接口，對AVR進行在線編程和調(diào)試。上位機通過串行通信接口與STM32進行通信，上位機向下位機發(fā)送控制指令時，上位機開始接收圖像數(shù)據(jù)并顯示。STM32圖像采集系統(tǒng)控制程序由主程序和中斷服務(wù)程序組成。系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。

系統(tǒng)上電后對OV7670圖像傳感器進行初始化，等待OV7670場中斷信號和行中斷信號。進入串口中斷服務(wù)子程序開始對Flag置標志為1，下位機根據(jù)該標志信號決定是否向上位機發(fā)送圖像數(shù)據(jù)。中斷服務(wù)子程序主要與上位機進行數(shù)據(jù)互換和圖像數(shù)據(jù)輸出。

4 結(jié)語

設(shè)計了一種煤礦井下救生艙圖像傳輸系統(tǒng)，解決了地面控制室通過上位機軟件實時觀察井下救生艙艙室內(nèi)環(huán)境狀況以及發(fā)生礦難時人員狀況，保證救援人員及時建立有效的救援措施。由測試結(jié)果可見，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、抗干擾性強、圖像清晰，證明了本系統(tǒng)設(shè)計的合理性和穩(wěn)定性。

[1]Omnivision.OV7670技術(shù)手冊[M].Sunnyvale，CA，USA：Omnivision，2006.

[2]劉京城，廖智勇，朱木健，劉俊.一種基于服務(wù)機器人視覺系統(tǒng)設(shè)計[J].重慶大學學報(自然科學版)，2006，29(11):31-35.

[3]張安元，曲效成.煤礦井下移動救生艙的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].西安科技大學學報，2011，31(6):803-808.

[4]汪聲，金龍哲，栗婧.國外礦用應(yīng)急救生艙技術(shù)現(xiàn)狀[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2010，6(4)：119-123.

[5]張促禮.適用煤礦產(chǎn)品的微控制器-STM32[J].煤炭技術(shù),2010,29(6):50-51.

Design of Control System of Boring Machine Based on AVR

Zhang Peng1, Meng Xu2
1.Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China 2.Beihang University, Beijing 100191, China

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.18.037

張鵬（1986-），男，江西贛州人，安徽理工大學電氣與信息工程學院研究生，研究方向為電力電子與電力傳動

孟旭（1981-）女，北京人，北京航天測控技術(shù)是有限公司，主管工程師，北京航空航天大學。

AbstractDesign of a single chip microcomputer based on AVR image acquisition system, mainly used for coal mine monitoring.For mining accidents timely understanding of lifesaving cabin staff and the surrounding environment, establish an effective rescue measures.The image acquisition module consists of a OV7670 image sensor and FIFO composition, collection RGB565 format QVGA size BMP image by RS485 communication, data uploaded to the computer display, at the same time will upload the image is saved in BMP format in the SD card.

KeywordsAVR; OV7670; PC