基于STM32的紅外相機(jī)設(shè)計(jì)

1、SHANGHAINORMALUNIVERSITYTIANHUACOLLEGE嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)基于STM32的紅外遙控照相機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)院：工學(xué)院專業(yè)班級：通信工程13秋2班姓名：胡羽婷學(xué)號：13150210小組成員：胡羽婷、魯博文指導(dǎo)教師：周麗婕、徐振完成日期2016年6月目錄1 引言1.1.1 設(shè)計(jì)背景1.1.2 總體設(shè)計(jì)原理2.2紅外照相機(jī)設(shè)計(jì)總體方案3.2.1 主要介紹3.2.1.1 軟件介紹3.2.1.2 硬件介紹3.2.2 紅外遙控模塊4.2.2.1 紅外遙控的原理4.2.2.2 紅外遙控的連接口5.2.2.3 紅外遙控控制攝像頭拍照.6.2.3 攝像頭模塊8.2.3.1 攝像

2、頭的原理8.2.3.2 攝像頭的IO口8.2.3.3 攝像頭拍攝照片9.2.4 蜂鳴器和LED燈模塊102.4.1 蜂鳴器的原理1.02.4.2 蜂鳴器的分類1.02.4.3 led燈的簡介1.12.4.4 led燈的原理1.23程序調(diào)試與下載143.1 攝像模式1.43.2 拍攝照片1.44總結(jié)1.5參考文獻(xiàn)17附錄1.81引言1.1 設(shè)計(jì)背景隨著改革開放，人民的生活水平有進(jìn)一步提高，各種家用電器設(shè)備也隨之進(jìn)入千家萬戶，一些家用電器開關(guān)在使用的時候非常麻煩，為了方便大家使用，現(xiàn)在社會上也設(shè)計(jì)出了各種各樣的控制開關(guān)，其中包括紅外遙控開關(guān)，紅外遙控是目前家用電器中用的較多的遙控方式我們這個設(shè)計(jì)既

3、具有紅外遙控的一股通用特性，也設(shè)計(jì)了一種具有自己獨(dú)特性能的部分，讓人們更好的使用家用電器，以下介紹紅外遙控的特點(diǎn)：它不影響周邊環(huán)境的、不干擾其他電器設(shè)備。由于其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可以使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互的干擾；電路調(diào)試簡單。由于其抗干擾能力強(qiáng)，操作簡單等諸多有點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于彩色電視機(jī)，VCD,DVD空調(diào)，組合音響等各種家用電器上，本次我們設(shè)計(jì)的這個紅外遙控照相機(jī)，不僅是要讓人們明白紅外遙控的工作原理，還要使他們能更深刻的把握照相機(jī)的原理。在數(shù)字化浪潮撲面而來的今天，新技術(shù)和新產(chǎn)品越來越多地影響著我們的生活，擁有一件數(shù)字化的產(chǎn)品也已成為了一種新時尚，照相機(jī)無疑是最貼

4、近我們?nèi)粘Ｉ畹挠闷?，而?shù)碼相機(jī)以其獨(dú)特的性能和特征，大有取代傳統(tǒng)相機(jī)之勢，究竟什么是數(shù)碼相機(jī)，它有那些特點(diǎn)，如何選購、使用等。當(dāng)按下快門時，鏡頭將光線會聚到感光器件CCD（電荷耦合器件）上,CCD是半導(dǎo)體器件，它代替了普通相機(jī)中膠卷的位置，它的功能是把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴＿@樣，我們就得到了對應(yīng)于拍攝景物的電子圖像，但是它還不能馬上被送去計(jì)算機(jī)處理，還需要按照計(jì)算機(jī)的要求進(jìn)行從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）器件用來執(zhí)行這項(xiàng)工作。接下來MPU（微處理器）對數(shù)字信號進(jìn)行壓縮并轉(zhuǎn)化為特定的圖像格式，例如JPEG格式。最后，圖像文件被存儲在內(nèi)置存儲器中。至此，相機(jī)的主要工作已經(jīng)完成，剩

5、下要做的是通過LCD（液晶顯示器）查看拍攝到的照片。紅外線遙控器的作用主要適用于自拍”操作之用輔助對焦之用，仔細(xì)看看就會發(fā)現(xiàn)專業(yè)機(jī)子打出的是一個網(wǎng)格類的圖案，普及類的打出是一個重重疊疊的圖案，是直接打在被攝體上面的。紅外線遙控器其實(shí)很簡單的就一個IC,一個晶振兩個協(xié)振電容，一個電解，一個一個發(fā)射管現(xiàn)在的很多遙控器都是單片機(jī)來寫的了，有的元件更簡單了其實(shí)就是IC的兩個腳短接（靠按鍵按下去）發(fā)出一個波形出去，然后電視機(jī)接收后再經(jīng)過解碼。1.2 總體設(shè)計(jì)原理本次課程設(shè)計(jì)我們主要設(shè)計(jì)了紅外遙控?cái)z像頭拍攝照片。而本次總體的設(shè)計(jì)原理框圖如圖1.1所示。首先打開開發(fā)板，然后進(jìn)入攝像頭模式，然后按動遙控器上的

6、一個按鈕，即可對攝像頭進(jìn)行拍照。在液晶屏上顯示拍攝到的圖片，再次按動按鈕即可恢復(fù)拍照模式繼續(xù)拍照。在拍攝照片的同時蜂鳴器響一下，LED燈閃爍三次。紅卜遙控器攝像頭圖1.1原理框圖2紅外照相機(jī)設(shè)計(jì)總體方案2.1 主要介紹2.1.1 軟件介紹KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（nVision將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、

7、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。如圖2.1所示，這是一個keiluvision4軟件。圖2.1keil42.1.2 硬件介紹本次設(shè)計(jì)總共運(yùn)用了3個外接模塊：紅外遙控器，ov7670攝像頭，有源蜂鳴器；一個stm32內(nèi)帶的led燈。2.2 紅外遙控模塊2.2.1 紅外遙控的原理紅外遙控開關(guān)就是對住宅內(nèi)德各種家用電器進(jìn)行智能管理與控制的開關(guān)，跟傳統(tǒng)開關(guān)相比，它主要可以實(shí)現(xiàn)一鍵場景。一對一遙控及分區(qū)燈光全開全關(guān)等管理，并可以用多種控制方

8、式實(shí)現(xiàn)以上功能，最主要的控制方式為無線控制，定時控制，集中控制，甚至遠(yuǎn)程控制等，從而創(chuàng)造舒適、節(jié)能、方便、安全、環(huán)保的居住燈光效果。紅外遙控開關(guān)系統(tǒng)一般分發(fā)射和接受普兩個部分，發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管以及555,接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管以及鎖相環(huán)lm567（是一種音頻解碼電路）可實(shí)現(xiàn)加密功能，接收電路中還設(shè)計(jì)了電源電路，以適應(yīng)不同電路的供電需求。同時還有光電耦合器組成的隔離電路，主要用于高低壓隔離保護(hù)。如圖2.2所示，這是一個紅外線遙控器。也是本次設(shè)計(jì)需要用到的紅外線遙控器2.2.2 紅外遙控的連接口如圖2.3所示，圖中黃色部分是連接紅外遙控器與開發(fā)板的跳線帽而占據(jù)的管腳

9、是PA1接口圖2.3跳線帽紅外遙控相當(dāng)于一個發(fā)射器，圖2.3為一個紅外遙控的發(fā)射電路圖。當(dāng)遙控器發(fā)出指令時，開發(fā)板接收指令并作出相應(yīng)的反應(yīng)。液晶屏?xí)Ｖ乖谶b控器按下的一瞬間攝像頭拍攝到的畫面。2.2.3 紅外遙控控制攝像頭拍照如圖2.4所示，此時正在用紅外線遙控器控制攝像頭拍攝照片。因?yàn)閿z像頭的下方IO口的連接線之間會有相互的感應(yīng)干擾，所以需要把它們分開一些就會顯示得比較清楚，拍攝的畫面也比較清晰，沒有雪花之類的。除此之外，遙控器不能距離開發(fā)板太遠(yuǎn)，它的有效距離是0到3米左右。而這張圖片拍攝得不太清晰，主要原因是我拿攝像頭的手在抖動，所以畫面不太清楚。圖2.5紅外遙控拍照如圖2.6所示，這是用

10、紅外線遙控器控制攝像頭拍攝的另外一張照片這張圖片就會比較清晰，此時拍出來的照片就是因?yàn)閿z像頭下部線與線之間的干擾比較小。圖2.6紅外遙控拍照2.3 攝像頭模塊2.3.1 攝像頭的原理攝像頭的工作原理是：按一定的分辨率，以隔行掃描的方式采集圖像上的點(diǎn)，當(dāng)掃描到某點(diǎn)時，就通過圖像傳感芯片將該點(diǎn)處圖像的灰度轉(zhuǎn)換成與灰度一一對應(yīng)的電壓值，然后將此電壓值通過視頻信號端輸出。攝像頭連續(xù)地掃描圖像上的一行，則輸出就是一段連續(xù)的電壓信號，電壓信號的高低起伏反映了該行圖像的灰度變化。當(dāng)掃描完一行，視頻信號端就輸出一個低于最低視頻信號電壓的電平（如5V）,并保持一段時間。2.3.2 攝像頭的IO口如圖2.7所示，

11、這是本次采用攝像頭的IO口平面圖。主要需要注意的是電壓接的是3.3v,而不是5v0除此之外，攝像頭和液晶屏之間的連接尤其需要注意，由于紅外遙控器的需要，開發(fā)板上的PA1管腳被紅外線的跳線帽占領(lǐng)，所以，只能將原本接PA1的管腳接到PA2上。由于PA2原本就是空置的，所以這并不影響攝像頭的拍攝和液晶屏的顯小0OLED&CAMERAC65VCC33GND1l|pT1ho4P8DCMISCL2a11DMISDAJf5DCMIDOoftDOUD2o1n/QDCMID41uI1(X'MlD6lx1A11|*DCMIPCLKIwLj1|cDCMIPw【）Sjid1RI3l7IoOV7670&

12、gt;7177RE冗7-DCM【DIDCMD3I>CMI5DCMIDCX11XCLK2.3.3 攝像頭拍攝照片在遙控器按下的時候，攝像頭的攝像范圍內(nèi)的景象都會被拍下來。但同時，攝像頭拍攝照片時，一定要注意攝像頭下方線與線之間的相互干擾,盡可能的把接線兩部分分開一寫些，具拍攝效果會比較好一些。如圖2.8所示，這是攝像頭拍攝的照片，這是拍的天花板上的日光燈圖片效果還不錯，沒有模糊。圖2.8攝像頭拍照如圖2.9所示，這是用紅外線遙控器控制攝像頭拍攝的另一張照片。這張圖片就會比較清晰，此時拍出來的照片就是因?yàn)閿z像頭下部線與線之間的干擾比較小。2.4 蜂鳴器和led燈模塊2.4.1 蜂鳴器的原理蜂

13、鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。如圖2.10所示，這是一個有源蜂鳴器。也是本次設(shè)計(jì)需要用到的蜂鳴Wr二71H圖2.10有源蜂鳴器這是一個有源蜂鳴器，它一共有三個管腳，一個GND接地的，一個VCC結(jié)3v電源，中間的那個就是負(fù)責(zé)接入開發(fā)板的按鍵key2,當(dāng)按鍵key2按下產(chǎn)生低電平的時候，蜂鳴器就會嘩-'一聲。這時候就實(shí)現(xiàn)了按鍵控制蜂鳴器響的功能。2.4.2 蜂鳴器的分類蜂鳴器分為有源和無源等。這里的源不是指電源，而是指震蕩源。也就是說，有源蜂鳴器內(nèi)部摘由震蕩源，所以

14、一通電就會叫。而無源蜂鳴器的內(nèi)部沒有震蕩源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫，必須用2k-5k的方波去驅(qū)動它。如圖2.11所示，這是一個有源蜂鳴器的原理圖圖2.11有源蜂鳴器原理圖2.4.3 led燈的簡介自從1996年日亞化學(xué)發(fā)表InGaN/Y3A15012:Ce3+(簡稱YAG:Ce)熒光粉的單芯片白光LED,熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED技術(shù)隨之成為市場主流。熒光粉的發(fā)展則由較不安定的硫化物與鹵化物，演變至化學(xué)與高溫安定性較佳的鋁酸鹽、硅酸鹽、氮化物以及氮氧化物熒光材料，近期則以氮化物(Nitride)以及氮氧化物最為熱門歐司朗研發(fā)了(Tb1-x-yRexCey)3(Al,Ga)5O12,簡稱TAG

15、,仍然是億鋁石榴石的晶體結(jié)構(gòu)，只是添加元素Tb而得到區(qū)別于YAG的新的黃色熒光粉，并申請了白光LED專利。圖2.12發(fā)光二極管如圖2.12所示，這是一個發(fā)光二極管。LED的顏色和發(fā)光效率等光學(xué)性能與半導(dǎo)體材料及其加工工藝有關(guān)。在P型材料和N型材料中摻入不同的雜質(zhì)，就可以得到不同的單一波長的LED發(fā)光二極管，同時電氣性能也會有所不同。2.4.4 led燈的原理LED,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，即發(fā)光二極管，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，

16、一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED燈發(fā)光的原理。如圖2.14所示，這是一個發(fā)光二極管的原理圖。導(dǎo)帶發(fā)光結(jié)區(qū)。OOO;價帶圖2.14LED燈原理圖3程序調(diào)試與下載3.1 攝像模式程序下載到開發(fā)板上之后，首先進(jìn)入攝像模式。如圖3,1所示，這是初始化攝像模式，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入拍攝界面。圖3.1攝像頭初始化3.2 拍攝照片如圖3,2所示，這是安紅外遙控器的拍攝按鍵，攝像頭就拍攝界面內(nèi)

17、的畫面。由于攝像頭的線與線之間的問題導(dǎo)致拍攝畫面不清晰。4總結(jié)通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)STM32開發(fā)板方面的知識，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動手制作，使我掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過程中，我和搭檔不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟并且一次又一次的檢測調(diào)試。最終這次課程設(shè)計(jì)順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定

18、要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅！課程設(shè)計(jì)誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提開，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。我認(rèn)為，在這學(xué)期的設(shè)計(jì)中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在設(shè)計(jì)中，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，冉學(xué)習(xí)、冉實(shí)踐。這對于我們的將

19、來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。回顧起此課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。此次設(shè)計(jì)也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實(shí)踐，就沒有弄不懂的知識！參考文獻(xiàn)1宋瑞，劉華珠，林樹濤.一種新型自學(xué)習(xí)型紅外遙控器設(shè)計(jì)J.東莞理工學(xué)院學(xué)報，2011(03

20、):1-4.2楊晟，陽泳，余建坤.基于嵌入式的紅外遙控設(shè)計(jì)與論述J.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016(02):1.3萬璞，王麗莎，盧巧.虛擬仿真照相機(jī)設(shè)計(jì)研究J.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011(07):1.4鄭堯，賈正松.基于單反相機(jī)實(shí)現(xiàn)立體照相技術(shù)的研究J.電子設(shè)計(jì)工程，2014(01):1-3.5束奇，李永.ARM嵌入式照相機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.價值工程，2012(10):1.附錄MAIN/#include<stm32f10x_lib.h>#include"stm32f10x.h"#include"sys.h"#include"usart.h&q

21、uot;#include"delay.h"#include"led.h"#include"key.h"#include"exti.h"#include"wdg.h"#include"timer.h"#include"lcd.h"#include"ov7670.h”#include"usmart.h"#include"remote.h"u8Shutter;externu8ov_sta;externu8ov_f

22、rame;voidcamera_refresh(void)u32j;u16color;if(ov_sta=2)LCD_Scan_Dir(U2D_L2R);LCD_SetCursor(0x00,0x0000);LCD_WriteRAM_Prepare();OV7670_CS=0;OV7670_RRST=0;OV7670_RCK=0;OV7670_RCK=1;OV7670_RCK=0;OV7670_RRST=1;OV7670_RCK=1;for(j=0;j<76800;j+)GPIOB->CRL=0X88888888;OV7670_RCK=0;color=OV7670_DATA;OV7

23、670_RCK=1;color<<=8;OV7670_RCK=0;color|=OV7670_DATA;OV7670_RCK=1;GPIOB->CRL=0X33333333;LCD_WR_DATA(color);OV7670_CS=1;OV7670_RCK=0;OV7670_RCK=1;EXTI->PR=1<<15;if(Shutter=0)ov_sta=0;ov_frame+;LCD_Scan_Dir(DFT_SCAN_DIR);)intmain(void)(u8i;Stm32_Clock_Init(9);uart_init(72,9600);delay_init(72);OV7670_Init();LED_Init();Remote_Init();LCD_Init();if(lcddev.id=0X6804)(lcddev.width=240;lcddev.height=320;)usmart_dev.in