搜索
龙源期刊网尿液分析仪的图像采集系统设计作者：郑焱雄赵立宏来源：《科技风》2017年第17期摘要：随着尿液检测在实际生活生产中占据越来越重要的地位，本论文是基于STM32F407芯片和OV5640尿液分析仪的图像采集系统设计。使用STM32F407芯片作为控制单元，运用串行摄像头控制总线（SCCB）来控制OV5640图像传感器输出VGA，RGB565图像数据，同时实时显示在TFTLCD上，并将成像的图片传送到STM32芯片进行识别和图像处理后得出相应的结果。实验结果表明：能得到清晰流畅的图像，并且该系统具有成本低、易于测量等优点，可满足图片处理和识别的需要。关键词：STM32；OV5640；图像采集与显示；图片处理随着科学技术的发展，嵌入式系统已经广泛应用于各种微控制系统，实现快速化、低功耗、智能化、价格低的方向发展[1]，利用图像传感器已成为一个研究领域的热点，如摄像头嵌入控制系统中，视频捕捉功能，图片识别，对象跟踪与工程功能，定时功能等等。根据网上现代科技信息对尿液分析仪需求的分析，本文采用嵌入式图像采集系统的设计，使用STM32嵌入式芯片对图像信息的显示和存储采集。1系统总体设计基于ARMCortexM4内核处理器为核心的图像采集系统（以下简称STM32F407），组合OV5640摄像头和TFTLCD液晶显示，是一款具有良好的，实时性的和低成本的图像采集系统[2]。图1是系统的总体结构图，主要由STM32F407芯片、TFTLCD设备、图像采集设备、OV5640摄像头、SD储设卡和其他组件组成。2硬件设计2.1CPU处理器本系统用的是32位的CortexM4内核的STM32芯片STM32F407，支持Thumb2指令集，STM32F407内部的Flash有1M，SRAM大小为192K，有114个增强I/O口、2个USART、3个12位的A/D转换器[6]。电源电压为1.8～3.6V，采用节电模式，可保证低功率要求。CPU主频最高可以达到168MHz。2.2OV5640摄像头龙源期刊网（OmniVision）公司生产的一颗1/4寸的CMOSQSXGA（2592*1944）图像传感器，提供了一个完整的500W像素摄像头解决方案，并且集成了自动对焦（AF）功能，具有非常高的性价比。该传感器的小尺寸和低工作功率提供了一个摄像头芯片QSXGA和视频处理器的所有功能。通过SCCB总线控件，可以输出各种分辨率的8/10图像数据，包括整个帧、子采样、缩放和获取窗口等[4]。图像数据输出（通过Y[9：0]）由PCLK、VSYNC和HREF/HSYNC控制，首先看看行输出时序，如图2所示：上面的图片显示，HREF高时图像数据是输出的，当HRE变高时，每一个PCLK时钟，输出一个8位/10位的数据。这里使用是8位接口，因此每个PCLK输出1个字节，并且在RGB/YUV输出格式中，每个tp=2Tpclk，如果它是Raw格式，那么一个tp=1.Tpclk。2.3SCCB总线SCCB全称是：（OmniVisionSerialCameraControlBus）及串行摄像头控制总线，使用SIOC和SIO-D两根数据线进行传输和控制。SIOC是用于传输时钟信号，SIOD是用于传输数据信号的，SCCB的传输协议与IIC协议极其相似。串行摄像头控制总线的启动信号，停止信号，数据的有效性和I2C几乎一样，见图3及4图起始信号：当SIO_C为高电平时，SIO_D显示一个下降沿，则SCCB开始传输。停止信号：当SIO_C为高电平时，SIO_D显示一个上升沿，则SCCB停止传输。数据有效性：除了启动和停止状态，在数据传输的过程中，当SIO_C为高电平时，必须保证数据SIO_D的稳定性。2.4LCD显示模块图5模式A写操作时序本设计采用TFTLCD液晶显示屏为2.8英寸320x240分辨率，内部集成有ILI9341LCD控制芯片，可以直接控制图像显示。ILI9341LCD控制芯片可以用来读取和写入寄存器、GRAM，还可以显示用于动态图形的RGB输入接口。由于ILI9341LCD控制芯片的编写速度快于读取，因此FSMC的工作模式被配置为异步模式（ModeA），这是一个写操作序列的模式，如图5所示，选择了信号NEX，读取可以生成NOE，可以有效地使NWE处于低电平有效，写操作为（ADDSET+DATAST+2）个HCLK周期。2.5SD卡接口电路设计一般而言，SD卡是由9个管脚与外部通信组成，为用户提供两种操作模式：SD模式和SPI模式。由于管脚资源的限制，通过SPI在STM32接口上与SD卡进行数据通信[5]，SPI模式下SD卡的操作流程如图6所示龙源期刊网卡的操作流程如图通电后，SD卡会自动进入SD模式。STM32会使CS信号变为低电平，如果SD卡是0x01作为响应，则将命令发送到SD卡重置（CMDO），这表明SD卡进入了ldle的SPI模式，在等待至少74个时钟周期后，控制芯片向SD卡发送SEND_OP_COND（CMD1）命令，当轮询到SD卡的响应是0x00时，就可以接收SD卡读和写操作了[6]。3软件设计3.1系统初始化系统的初始化是对CPU时钟以及外围电路中时钟的初始化。这个过程可以描述如下：SystemInit（）；If（HSEStartUPstatus==SUCCESS）RCC_PLLConfig（RCC_PLLSource_HSE_Div1’RCC_LLMul_9）；//PLL设置RCC_CLKConfig//设置外部总线时钟GPIO_PinRemapConfig//改变指定引脚的映射NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_1）//设置中断}3.2LCD显示模块在对ILI9341LCD读写操作顺序控制进行仔细分析后，TFT屏幕被初始化，这些是寄存器的设置。LCD初始化函数伪代码：//LCD初始化voidLCD_Init（void）{初始化GPIO；初始化FSMC；读取LCDID；printf（“LCDID：%x＼r＼n”，lcddev.id）；龙源期刊网打印LCDID，用到了串口1//所以必须初始化串口1，否则黑屏根据不同的ID执行LCD初始化代码；LCD_Display_Dir（0）；//默认为竖屏LCD_LED=1；//点亮背光LCD_Clear（WHITE）；//清屏}3.3主程序流程与系统实现系统启动时，首先根据程序初始化设备，启动OV5640图像传感器后并将采集的图像进行实时显示，同时将BMP格式的图像存储在SD卡中，与此同时，延迟片刻后，如果没有任何中断触发响应，系统将会运行到低功耗状态，关闭LCD屏幕。图7实验效果从图7实验效果中可以看出，STM32F407组合OV5640方案进行灰度化图片处理的效果还是比较令人满意，摄像头的清晰度较高，拍摄时反应灵敏等优点，可随时将图像以BMP的图片格式保存在SD卡中，并为后续的图像识别和分割处理奠定了坚实的基础。4结论本文基于STM32处理器和OV5640图像采集和显示系统为基础，对实时图像进行实时采集和显示。该系统的设计方案不仅具有成本低、功耗小、体积小、图像质量高等优点。在软件方面，过程是严谨，逻辑是严密，驱动完善，模块之间没有耦合性，系统稳定可靠。参考文献：[1]杨亚霖.基于ARM的嵌入式linux系统下的MP3设计[D].西南交通大学，2009.[2]王建，梁振涛，郑文斌，刘志军.STM32和OV2640的嵌入式图像采集系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2014，（09）：4648.[3]李涛，芮鹤龄，陈光梦.基于Sitsang平台的摄像头扩展系统[J].计算机工程，2005，（09）：195197.[4]贺荣峰，张祺，蔡松涛，张超君.基于STM32的嵌入式远程图像监控系统设计[J].工业控制计算机，2016，（06）：1617+19.龙源期刊网[5]万新峰，杜鑫，洪旭，胡云川.基于STM32的射频系统设计[J].电子质量，2014，（12）：3440.[6]高学军，王君.基于ARM7的SD卡控制器的设计[J].仪表技术，2009，（02）：1618.