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監(jiān)控數(shù)碼相機的制作,含單片機源碼,原理圖和介紹文檔

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ID:276009 發(fā)表于 2018-1-16 10:53 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
  本文介紹一個監(jiān)控用的數(shù)碼相機的軟硬件工作原理和實現(xiàn)方法。整個裝置以51單片機為核心，采用CMOS圖像傳感器芯片OV7640進行圖像的采集，由OV528芯片進行圖像壓縮，然后經(jīng)SL811HS USB主機芯片將圖像保存到U盤中。這是我多年前制作的小裝置，經(jīng)過了實際使用的測試。

1   引言
    在面對低端用戶的應用中，設計一種體積小、使用安裝容易，價格低廉，并能滿足應用要求的簡易視頻監(jiān)控裝置，無疑會有較好的應用前景。基于性價比考慮，本裝置以51單片機為控制中心，用CMOS圖像芯片為傳感器，以U盤作為存儲介質(zhì)來制作一個能自動拍攝的簡易數(shù)碼相機。它采用靜態(tài)圖像單幀間隔采集保存的方式，可以滿足普通家庭安全監(jiān)控的要求。

2    硬件設計

    圖像處理芯片OV7640和OV528均是美國OmniVision公司的產(chǎn)品。OV7640是CMOS彩色圖像傳感器，負責圖像的采集。它內(nèi)置640×480分辨率的象素陣列，并支持外部水平、垂直同步輸入格式、數(shù)字視頻輸出、增益控制、自動白平衡等。OV528則是一款高性能的DSP。本裝置采用的OV528有兩個功能：一是將單片機發(fā)出的圖像設置和讀寫控制命令傳給OV7640，二是將OV7640采集到的圖像數(shù)據(jù)壓縮成JPEG格式后，再傳輸給單片機。最后，由單片機將JPEG圖像文件經(jīng)SL811HS的USB主機接口寫到外接U盤中。
USB主機接口采用Cypress公司的SL811HS的USB芯片。它兼容USB1.1規(guī)范，支持usb主機或usb設備功能。
由于USB接口芯片SL811HS的M/S腳接低電平時，工作于主機方式；當M/S腳接高電平時，工作于設備方式。為了能讓它充當外接U盤設備的主機接口，所以將M/S腳接地。而SL811HS的地址和數(shù)據(jù)信號是分時復用的，所以只要將的AD0-AD7與單片機的數(shù)據(jù)總線連接即可。至于地址信號和數(shù)據(jù)信號的區(qū)分，則由充當?shù)刂房刂凭�的A0決定。在讀寫SL811HS，先讓A0=0，向數(shù)據(jù)總線發(fā)送要讀寫的地址；然后讓A0=1，再向數(shù)據(jù)總線發(fā)送要讀寫的數(shù)據(jù)。連接INT0的中斷信號可使SL811HS有事件發(fā)生時（當有USB設備接入時，可觸發(fā)該中斷），單片機可通過讀取SL811HS 的狀態(tài)寄存器來判斷事件類型，并做出相應處理。
STC89LE51RD+是51系列兼容的單片機，它有64K的FLASH可用于裝載運行程序。由于它只有1K的RAM，不能滿足工作要求，所以另外擴展了32K的RAM（圖中未畫出）。由單片機的A15提供片外RAM和SL811HS的片選信號（A15=0選片外RAM，A15=1選SL811HS）。單片機通過串口向OV528發(fā)送圖像采集命令和接收圖像數(shù)據(jù)，通過并口和SL811HS將圖像數(shù)據(jù)寫到U盤。
3     軟件設計

程序開始時，先進行初始化操作,然后就進入圖像采集和存儲的循環(huán)。對SL811HS芯片的初始化操作主要包括內(nèi)部寄存器復位和USB總線復位。對圖像芯片初始化是通過ov528實現(xiàn)：它設置圖像尺寸為320*240的JPEG格式，每個數(shù)據(jù)包大小為518字節(jié)（內(nèi)含512字節(jié)圖像數(shù)據(jù)，這是允許的包數(shù)據(jù)最大字節(jié)數(shù)）。
在主程序的循環(huán)體中，單片機不斷檢測USB設備狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)設備（U盤）接入，則通過SL811HS進行U盤設備枚舉。一旦枚舉成功，就創(chuàng)建文件，進行圖像采集和數(shù)據(jù)存盤，如此不停循環(huán)。當然每次創(chuàng)建的文件名應該不同（文件名采用字母加序號方式）。
因為實現(xiàn)U盤文件系統(tǒng)的程序設計已有很多文獻介紹，在此不予討論。
4   圖像采集命令
圖像采集是由單片機通過串口向OV528發(fā)送控制命令來實現(xiàn)的（命令格式由OV528手冊提供）。單片機每次發(fā)送圖像采集命令前，均要發(fā)送一系列同步（SYNC）信號，以便讓單片機與OV528建立通訊連接（OV528有波特率檢測和自適應功能）。工作正常時，命令和應答包都是6個字節(jié)。“同步信號”的格式為16進制“AA 0D 00 00 00 00”，“應答（ACK）”的格式為“AA 0E XX** 00 00”。“XX”表示根據(jù)不同命令取不同值，“**”表示可取任意值。
單片機收到OV528的應答和同步信號后，才開始圖像采集。圖像采集的工作流程如圖5所示，其各步驟涉及的相關命令如下：
（1）為了保證圖像采集工作方式不變，單片機每次開始圖像采集時，都先設置圖像格式和每個數(shù)據(jù)包的大小。“設置圖像格式”的命令字為“AA 01 00 07 ** 05”。其中07表示圖像為JPEG格式，05表示圖像尺寸為320*240，“**”表示該字節(jié)可取任意值。
（2）“設置數(shù)據(jù)包大小”的命令為“AA 06 08 06 02 00”，其中第3-4字節(jié)“0602”為數(shù)據(jù)包大小。因為是低字節(jié)在前，高字節(jié)在后，調(diào)整后為0206H，即518字節(jié)。
（3）“獲取圖像”命令的格式為“AA 04 05 00 00 00”。當單片機發(fā)出“獲取圖像”命令時， OV528會回應1個6字節(jié)的應答包和1個6字節(jié)的數(shù)據(jù)包。該6字節(jié)數(shù)據(jù)包的第4和第5字節(jié)為圖像文件的長度。
（4）單片機根據(jù)圖像文件長度參數(shù)來計算后面要接收多少個512字節(jié)的圖像數(shù)據(jù)，才能接收完整個圖像文件（注意，最后一個包的圖像數(shù)據(jù)通常不夠512字節(jié)）。
（5）單片機發(fā)出帶有包序列號的“請求數(shù)據(jù)包”命令，并逐個接收數(shù)據(jù)包。“請求數(shù)據(jù)包”命令格式為“AA 0E 00 00 LL HH”, 后2個字節(jié)為包序列號，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。如“AA 0E 00 00 00 00”為“請求第0個數(shù)據(jù)包”, “AA 0E 00 00 01 00” 為“請求第1個數(shù)據(jù)包”，依此類推。
（6）單片機接收到的一個518字節(jié)的數(shù)據(jù)包結構依次為：2字節(jié)的包序列號，2字節(jié)數(shù)據(jù)長度，512字節(jié)的圖像數(shù)據(jù)和2字節(jié)的校驗碼。所以單片機每接收一個數(shù)據(jù)包后，都應剔除開不屬圖像數(shù)據(jù)的這6個字節(jié)。當接收完所有的數(shù)據(jù)包后，就將圖像文件存盤。由于對U盤的操作比較慢，最后應有短暫延時，待寫U盤操作完成后，再進入下一次圖像采集過程。
本系統(tǒng)采用320X240的JPEG圖像格式時，每個文件大小為5-14KB，寫一個文件到U盤約要3秒左右。可以滿足一般安防監(jiān)控的要求。
采集圖像的關鍵函數(shù)源碼及注解如下：
  1. void Get_Picture(void)
  2. {   unsigned charxdata   *Ptr1;
  3.     byte idata bI;  byte idata bM;
  4.     byte idatabBuffer[6],bBuffer1[5];  word idatawK,wPackNo;
  5.     unsigned longwwI;

  7.     wwI = 0x01ffff;         wRec_Num = 0;
  8.     bBuffer[0] =0xAA;  bBuffer[1] = 0x04;  bBuffer[2] = 0x05; //get picture:
  9.     bBuffer[3] =0x00;  bBuffer[4] = 0x00;  bBuffer[5] = 0x00;
  10.     Send_Command(bBuffer,6);    //發(fā)送“獲取圖像”命令
  11.     WDT_CONTR = 0x00;       //0x3f  //feed watchdog //喂狗
  12.     MCU_LED1=1;MCU_LED2=1;MCU_LED3=1;MCU_LED4=1;   //運行狀態(tài)指示-4個LED滅

  14.     while(wRec_Num<12) MCU_LED1=0;MCU_LED1=1;  //waitc328's ack+image size=12B
  15.     wRec_Num = 0;
  16.     if (RxBuf[1] ==0x0E && RxBuf[2] == 0x04 && RxBuf[7] == 0x0A)  //c328's ack
  17.     {   bBuffer1[3] = RxBuf[9];     bBuffer1[4] = RxBuf[10];    //=jpeg length
  18.         wPackNo =((word)bBuffer1[4] << 8) + (word)bBuffer1[3];
  19.         wPackNo /=512;  
  20.         bBuffer[0] =0xAA;  bBuffer[1] = 0x0E;  bBuffer[2] = 0x00;
  21.         bBuffer[3] =0x00;  bBuffer[4] = 0x00;  //bBuffer[4]=0th packetID=0
  22.         bBuffer[5] =0x00;
  23.         Send_Command(bBuffer,6);    //發(fā)送應答命令+ask for packetID=0
  24.         WDT_CONTR= 0x00;       //0x3f  //feed watchdog //喂狗
  25. //-------------------start of loop to receive wPackNo ofpackets----------
  26.         for (bI =0;bI < wPackNo;bI ++ )    //loop toreceive wPackNo of packets
  27.         {   
  28.             while(wRec_Num < 7) MCU_LED2=0;    MCU_LED2=1;  //wait for data size
  29.             WDT_CONTR= 0x00;   //0x3f  //feed watchdog //喂狗
  30.             wK =((word)RxBuf[3] << 8) + (word)RxBuf[2];//datasize=packetsize-6=512
  31.             while(wRec_Num<=wK) MCU_LED3=0;MCU_LED3=1; //waitimage receive finish
  32.             EA =0;  //DISABLE_INTERRUPTS;   
  33.             Ptr1=RxBuf+4;   //omitted the first 4B(ID+datasize)
  34.             WriteImg(Ptr1,wK);//omittedthe first 4B and last 2B(only write 512B)
  35.             EA =1;  //ENABLE_INTERRUPTS;

  37.             for (bM= 0;bM < 50 ;bM ++ )    // wait forc328 to receive MCU's ack
  38.             { }     //ifcode down by 12 Tcyc,bM<30 isnot enough;50 is ok

  40.             wRec_Num= 0;   wK = 0;                 
  41.             bBuffer[0]= 0xAA;  bBuffer[1] = 0x0E;
  42.             bBuffer[2]= 0x00;  bBuffer[3] = 0x00;
  43.             bBuffer[4]= bI + 1;        //bBuffer[4]=bI+1thpacketID
  44.             bBuffer[5]= 0x00;
  45.             Send_Command(bBuffer,6);    //發(fā)送應答命令+next packet ID
  46.             WDT_CONTR = 0x00;       //0x3f  //feedwatchdog //喂狗
  47.         }
  48. //----------------------//end of loop to receive wPackNoof packets-------------

  50.         while(wRec_Num < 7) MCU_LED4=0;    MCU_LED4=1;
  51.         WDT_CONTR= 0x00;   //0x3f  //feed watchdog //喂狗
  52.         wK =((word)RxBuf[3] << 8) + (word)RxBuf[2];    //lastpacket size
  53.         while(wRec_Num<=wK)MCU_LED1=0; MCU_LED1=1;     //waitlast package data
  54.             EA =0;  //DISABLE_INTERRUPTS;   
  55.             Ptr1=RxBuf;
  56.             WriteImg(Ptr1,wK); //omitted the first 4B and last 2B
  57.             EA =1;  //ENABLE_INTERRUPTS;   
  58.         MCU_LED1=0;     MCU_LED2=1;MCU_LED3=1;MCU_LED4=1;   //運行狀態(tài)指示
  59.         bBuffer[0] =0xAA;  bBuffer[1] = 0x0E;      bBuffer[2] = 0x00;
  60.         bBuffer[3] =0x00;  bBuffer[4] = 0xF0;      bBuffer[5] = 0xF0;
  61.         Send_Command(bBuffer,6);        //發(fā)送last應答命令to c328
  62.         WDT_CONTR= 0x00;   //0x3f  //feed watchdog //喂狗
  63.     }   //end of "if (RxBuf[1] ==0x0E............"
  64.     WDT_CONTR = 0x00;       //0x3f  //feed watchdog //喂狗
  65. }
復制代碼
我給出的附錄源碼為4個主要的C文件：Main.c，SL811.C，F(xiàn)at32.c，serial.c。主程序在Main.c中，SL811.C和Fat32.c有U盤相關函數(shù)，serial.c里有圖像驅(qū)動函數(shù)。均是經(jīng)無錯誤編譯并成功完成圖像采集和存盤的源程序。硬件結構和接口圖及軟件流程圖的介紹請看附件的“監(jiān)控數(shù)碼相機的制作.DOC”。 其他程序和頭文件如果有人感興趣，過后可以繼續(xù)補充提供。


全部資料51hei下載地址：
camera-code -主要源碼 DOC.zip (116.66 KB, 下載次數(shù): 25)




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