紅外方式數(shù)字圖像采集報警系統(tǒng)的設計

紅外方式數(shù)字圖像采集報警系統(tǒng)的設計隨著社會經濟的發(fā)展，人們活水平日益提高。如何保障財產安全成為社會普遍關注的熱點問題。雖然各種報警設備涌人市場，但是其中有很多功能不完善，技術不成熟，達不到有效防盜的功效。紅外線報警系統(tǒng)是目前應用較廣泛的一種報警技術，通過單片機進行智能化控制，大大提高了防盜的效率。單片機控制的紅外線報警系統(tǒng)其工作原理是采用紅外傳感器裝置檢測防區(qū)內人體移動輻射的紅外熱能，專用紅外傳感處理集成電路對接收信號進行處理，傳隨著社會經濟的發(fā)展，人們活水平日益提高。如何保障財產安全成為社會普遍關注的熱點問題。雖然各種報警設備涌人市場，但是其中有很多功能不完善，技術不成熟，達不到有效防盜的功效。紅外線報警系統(tǒng)是目前應用較廣泛的一種報警技術，通過單片機進行智能化控制，大大提高了防盜的效率。單片機控制的紅外線報警系統(tǒng)其工作原理是采用紅外傳感器裝置檢測防區(qū)內人體移動輻射的紅外熱能，專用紅外傳感處理集成電路對接收信號進行處理，傳遞給單片機控制器，單片機進行智能控制后，啟動照相機進行拍照。該系統(tǒng)的特點是只要在警戒區(qū)空間或非開放時間探測到非法活動人體，就可以立即啟動系統(tǒng)進行自動報警。這種報警裝置具有誤報率低、抗干擾能力強、附帶多種功能用途、安全可靠、安裝使用方便等特點，適合于家庭、辦公室、商場、沿街店面、微型汽車、車庫、倉庫等場合應用。紅外線報警系統(tǒng)設計與視頻采集卡等傳統(tǒng)圖像采集系統(tǒng)相比，嵌入式圖像采集系統(tǒng)具有體積小、成本低、可靠性高等優(yōu)點，在智能交通、遠距離監(jiān)控、計算機視覺等領域應用廣泛。本文所設計的嵌入式圖像采集系統(tǒng)是采用以ARM7為內核的AT91SAM7S64-AI作為主控芯片，控制CMOS傳感OV6620進行圖像采集，然后由AT91SAM7S64-AI控制先將圖像數(shù)據(jù)存放入AT45DB041D中，最后將圖像采集結果通過多種通信接口進行傳輸，該圖像采集系統(tǒng)僅用一個ARM芯片就實現(xiàn)了對OV6620的功能控制、時序同步、數(shù)據(jù)采集與處理等功能，系統(tǒng)結構緊湊，功能強大。

1AT91SAM7S64的特點

AT91SAM7S64是Atmel公司的32位單片機，具有高性能、低功耗、全速USB2.0接口及豐富的外圍接口資源等特點，是連接PC、手機等外設應用的理想芯片。AT91SAM7S64單片機采用納瓦技術符合業(yè)界對低功耗設計的要求。其工作電壓范圍為2.0V～5.0V之間。當頻率為32kHz、電壓為2.0V時，工作電流典型值為8.5A，當頻率為1MHz、電壓為2.0V時，典型值為100A。當電壓為2.0V時，看門狗定時電流典型值為1A[1-2]。

2硬件組成

圖像采集報警系統(tǒng)由紅外報警電路、電源電路、USB接口電路、OV6620圖像傳感器采集電路、CPU接口電路、CPU外部EEPROM等電路組成，如圖1所示。

2.1

處理器

該系統(tǒng)處理器采用Atmel公司的AT91SAMS64芯片，與其他系列的單片機實現(xiàn)的電路相比，其外圍擴展電路極少。報警系統(tǒng)中，與上位機的通信由USB完成，該處理器集成了USB設備的端口，使它成為連接外設的理想芯片，如PC機和手機等。此外圖像采集需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，AT91SAM7S64有64KB的高速Flash和16KB的SRAM，但在OV6620圖像傳感器連續(xù)采集圖像并傳輸數(shù)據(jù)時明顯空間不充裕，所以需要外接存儲器進行數(shù)據(jù)存儲。紅外傳感器在采集到紅外感應信號后經紅外傳感處理器處理后，輸出信號，該信號由0V～3.3V的電壓跳變可直接連接CPU，AT91SAM7S64經由通用輸入輸出口接收到信號跳變后，通過I2C與圖像傳感器OV6620進行通信，獲取圖像，進而把圖像通過8條并行接口回傳給CPU,并存入外接存儲器中。

2.2

紅外信號處理

紅外信號處理部分采用BISS0001紅外信號傳感處理器，它是由運算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器及參考電壓源等構成的數(shù)模混合專用集成電路。可廣泛應用于多種傳感器和延時控制器。BISS0001利用運算放大器OP1組成傳感信號預處理電路，將信號放大。然后耦合給運算放大器OP2，再進行第二級放大，同時將直流電位抬高為VM（≈0.5VDD）后，送到有比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號Vs。由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，當VDD=5V時，可有效地抑制±1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性[3]。在紅外報警電路中，當紅外傳感器接收到信號后經BISS0001處理后由BISS0001的引腳2輸出，在此芯片中由于信號輸出時測量其引腳為3.3V故可將該引腳直接連接CPU。紅外信號傳感電路其電路設計圖如圖2所示。

2.3

圖像傳感

OV6620需要5V的穩(wěn)定電壓進行供電，它是彩色/黑白圖像傳感器，通過I2C與CPU之間進行通信，最高像素為352×288幀速率為26fps，一幀2場，每秒約為50場，即每20ms就有一幅圖像產生。它支持連續(xù)和隔行2種掃描方式，CIF和QCIF兩種圖像格式，數(shù)據(jù)格式包括YUV、YCrCb、RGB3種，能夠滿足一般圖像采集的需求。OV6620內部有50個可編程寄存器，通過AT91SAM7S64的TWI協(xié)議對其進行設置，以中斷方式同步圖像數(shù)據(jù)輸出OV6620的Y0～Y7通道輸出的8位并行數(shù)據(jù)實時傳送給CPU。

2.4

外存儲器

AT45DB041D是一款2.5V或2.7V、串行接口的Flash存儲器，是各種數(shù)字語音、圖像、程序代碼和數(shù)據(jù)存儲應用的理想選擇。AT45DB041D支持RapidS串行接口，適用于要求高速操作的應用。RapidS串行接口兼容SPI，最高頻率可達66MHz。AT45DB041D的存儲容量為4325376位，組織形式為2048頁，每頁256或264字節(jié)。除了主存儲器外，AT45DB041D還包含2個256/264字節(jié)的SRAM緩沖區(qū)。緩沖區(qū)允許在對主存儲器的頁面重新編程時接收數(shù)據(jù)，也可寫入連續(xù)的數(shù)據(jù)串。通過獨立的“讀-改-寫”3步操作，可以輕松實現(xiàn)EEPROM仿真（可設置成位或字節(jié)）。DataFlash通過RapidS串行接口順序訪問數(shù)據(jù)，而不像傳統(tǒng)Flash存儲器那樣通過復用總線和并行接口隨機存取。簡單順序訪問機制極大地減少了有效引腳的數(shù)量，有利于硬件布局，增強了系統(tǒng)可靠性，將切換噪音降至最小，為了實現(xiàn)簡單的在系統(tǒng)重復編程，AT45DB041D并不需要高輸入電壓來支持編程。AT45DB0