红外方式数字图像采集报警系统的设计
1 AT91SAM7S64的特点
AT91SAM7S64是Atmel公司的32位单片机，具有高性能、低功耗、全速USB2.0接口及丰富的外围接口资源等特点，是连接PC、手机等外设应用的理想芯片。AT91SAM7S64单片机采用纳瓦技术符合业界对低功耗设计的要求。其工作电压范围为2.0 V～5.0 V之间。当频率为32 kHz、电压为2.0 V时，工作电流典型值为8.5 A，当频率为1 MHz、电压为2.0 V时，典型值为100 A。当电压为2.0 V时，看门狗定时电流典型值为1 A[1-2]。
2 硬件组成
图像采集报警系统由红外报警电路、电源电路、USB接口电路、OV6620图像传感器采集电路、CPU接口电路、CPU外部EEPROM等电路组成，如图1所示。
2.1 处理器
该系统处理器采用Atmel公司的AT91SAMS64芯片，与其他系列的单片机实现的电路相比，其外围扩展电路极少。报警系统中，与上位机的通信由USB完成，该处理器集成了USB设备的端口，使它成为连接外设的理想芯片，如PC机和手机等。此外图像采集需要传输的数据量较大，AT91SAM7S64有64 KB的高速Flash和16 KB的 SRAM，但在OV6620图像传感器连续采集图像并传输数据时明显空间不充裕，所以需要外接存储器进行数据存储。红外传感器在采集到红外感应信号后经红外传感处理器处理后，输出信号，该信号由0 V～3.3 V的电压跳变可直接连接CPU，AT91SAM7S64经由通用输入输出口接收到信号跳变后，通过I2C与图像传感器OV6620进行通信，获取图像，进而把图像通过8条并行接口回传给CPU,并存入外接存储器中。
2.2 红外信号处理
红外信号处理部分采用BISS0001红外信号传感处理器，它是由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器及参考电压源等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。BISS0001利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM（≈0.5 VDD）后，送到有比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH≈0.7 VDD、VL≈0.3 VDD，所以，当VDD=5 V时，可有效地抑制±1 V的噪声干扰，提高系统的可靠性[3]。在红外报警电路中，当红外传感器接收到信号后经BISS0001处理后由BISS0001的引脚2输出，在此芯片中由于信号输出时测量其引脚为3.3 V故可将该引脚直接连接CPU。红外信号传感电路其电路设计图如图2所示。
2.3 图像传感
OV6620需要5 V的稳定电压进行供电，它是彩色/黑白图像传感器，通过I2C与CPU之间进行通信，最高像素为352 ×288帧速率为26 fps，一帧2场，每秒约为50场，即每20 ms就有一幅图像产生。它支持连续和隔行2种扫描方式，CIF和QCIF两种图像格式，数据格式包括YUV、YCrCb、RGB 3种，能够满足一般图像采集的需求。OV6620内部有50个可编程寄存器，通过AT91SAM7S64的TWI协议对其进行设置，以中断方式同步图像数据输出OV6620的Y0～Y7通道输出的8位并行数据实时传送给CPU。
2.4 外存储器
AT45DB041D是一款2.5 V或2.7 V、串行接口的Flash存储器，是各种数字语音、图像、程序代码和数据存储应用的理想选择。AT45DB041D支持RapidS串行接口，适用于要求高速操作的应用。RapidS串行接口兼容SPI，最高频率可达66 MHz。AT45DB041D的存储容量为4 325 376位，组织形式为2 048页，每页256或264字节。除了主存储器外，AT45DB041D还包含2个256/264字节的SRAM缓冲区。缓冲区允许在对主存储器的页面重新编程时接收数据，也可写入连续的数据串。通过独立的“读-改-写”3步操作，可以轻松实现EEPROM仿真（可设置成位或字节）。DataFlash通过RapidS串行接口顺序访问数据，而不像传统Flash存储器那样通过复用总线和并行接口随机存取。简单顺序访问机制极大地减少了有效引脚的数量，有利于硬件布局，增强了系统可靠性，将切换噪音降至最小，为了实现简单的在系统重复编程，AT45DB041D并不需要高输入电压来支持编程。AT45DB041D工作在独立的2.5 V～3.6 V或者2.7 V～3.6 V电压下，用于编程和读取操作[4]。AT45DB041D可通过片选引脚（/CS）使能，并通过3-wire接口访问，3-wire由串行输入（SI）、串行输出（SO）和串行时钟（SCK）组成。所有的编程和擦除周期都遵循自时序。
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