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基于单片机的表具数字图像采集系统设计

—— 推动实现智能建筑
作者:时间:2010-10-23来源:电子产品世界

  孟祥斌 马斌 韩中华 沈阳建筑大学信息与控制工程学院(辽宁沈阳 110168)

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/113798.htm

  摘要:讨论了CMOS摄像头数字图像传感器应用于表具数字的可行性,给出了基于结合CMOS图像传感器OV7670的表具数字系统设计。

  关键词:;AT89LV51;OV7670

  引言

  近年来,随着我国信息产业建设的不断发展以及人民生活水平的逐步提高,人们对住房的要求越来越高,逐步把目光放在了家居智能化、数字化、人性化等方面,而各种耗能表具作为智能建筑的重要组成部分也越来越受人们的关注。抄表形式已经从手工发展成为现在的半手工、自动化抄表。目前摄像式抄表比较流行,其结构简单,在表具机械字轮显示窗口前安装一个摄像头,摄像头拍照采集表具信息,将拍到的数字图像传给上位机[1]。目前,采集表具数字图像常用的是CCD摄像头,CCD电荷耦合器件是主要的实用化固态图像传感器,它具有读取噪声低、动态范围大、响应灵敏度高等优点。CMOS图像传感器是近年发展起来的一种新型固体图像传感器,由于采用了相同的CMOS工艺,可以将像素阵列与驱动电路和信号处理电路集成在同一块芯片上。而且,CMOS图像传感器芯片集成了A/D转换芯片,除了输出模拟视频外,还可以直接输出数字视频信号和同步信号。这就使得利用CMOS图像传感器构成图像采集系统的硬件电路非常简洁。与CCD摄像头相比,CMOS图像传感器将整个图像系统集成在一块芯片上,体积小,功耗低,电路简单,成本低等优点。笔者设计了基于的表具图像采集系统,采用OV7670 CMOS图像传感器采集表具数字图像,利用将表具图像数据存储到外部数据存储器,并结合数字图像处理和模式识别技术对表具数字进行数字信息处理,实现在硬件采集系统中对表具数字的采集和处理。

  图像采集系统设计

  表具数字图像采集系统主要组成部分有单片机、OV7670 CMOS摄像头、LCD显示器、通信接口以及数据存储器,系统框图如图1所示。单片机作为系统的控制核心,控制OV7670图像传感器采集表具数字图像,将表具图像数据存储在扩展的外部数据存储器中,利用数字图像处理和模式识别技术读取表具数字,也能通过系统设置的串口通信模块将表具数字发送到上位机计算机能够在直观显示采集的图像数据,同时使表具数字信息处理结果统一管理。单片机还可以控制电源模块,当采集表具数字图像时电源模块对OV7670供电,完成图像采集时,可停止对OV7670供电,具有节电功能。

  表具数据图像采集主要芯片(1)单片机:本系统采用ATMEL公司的AT89LV51 3.3V 8位单片机,其内部含有32个输入/输出口,2个定时/计数器,5个中断源,2个外部存储器,既可以利用汇编语言编写程序,也可以用C语言编写程序,对于软件开发来说十分方便。

  (2)OV7670图像传感器:OV7670是美国OmniVision 公司的彩色/黑白CMOS 图像传感器。这是一种自带图像敏感阵列和A/D 转换元件、能直接提供8位RGB/YUV等格式视频数字信号的彩色/黑白图像传感器,图像输出最高速度可达30帧/s,最大图像分辨率为640×480,3.3V 供电;它具有自动增益、自动白平衡、边缘增强、伽玛校正等控制功能;可以通过SCCB(兼容I2C总线)总线进行设置;同时OV7670 具有图像开窗输出的功能,即允许用户可根据实际使用需要设置其内部寄存器,使其只输出完整图像中的任意一个矩形区域内的信号,支持VGA,CIF和从CIF到40×30的各种尺寸。

  (3)BS62LV256存储器:BS62LV256是BSI公司的高速、低功耗存储器,容量为32×8bit。

  系统图像采集接口

  将数字图像传感器OV7670摄像头安装在表具字轮窗前垂直方向,距离表具字轮窗口约5cm,经过多次试验发现摄像头容易受外界光源等环境的影响比较大,因此采集电路中设置了补光模块,采用四个高亮LED进行补光,使得图像采集过程中在满足摄像头照度的同时尽可能少的受外界环境影响。图像采集电路如图2所示,OV7670的数据接口D0~D7通过锁存器74HC573与单片机的P0口连接,实现8位数据传输。OV7670的SCCB接口(兼容I2C总线接口)与单片机的P1.1,P1.2口相连,通过单片机产生的I2C总线信号对OV7670工作寄存器进行初始化,初始化配置摄像头寄存器具体方法:首先发送OV7670的地址0X42,然后发送写数据的目的寄存器地址和数据,完成OV7670图像传感器的初始化配置;通过单片机的I/O口控制OV7670的场同步信号(VSYNC), 行同步信号(HREF), 像素时钟信号(PCLK)获取需要的表具数字图像信号。

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