基于AVR單片機圖像采集系統的設計

張鵬孟旭

1.安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽 淮南 2320012.北京航空航天大學，北京 232001

基于AVR單片機圖像采集系統的設計

張鵬1孟旭2

1.安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽 淮南 2320012.北京航空航天大學，北京 232001

設計了一種基于AVR單片機的圖像采集系統，主要用于煤礦井下圖像監控。便于發生礦難時及時了解救生艙內人員狀況和周圍環境，建立有效的營救措施。圖像采集模塊由OV7670圖像傳感器和FIFO組成，采集RGB565格式QVGA大小的BMP圖像，數據經RS485通信上傳至上位機顯示，同時將上傳的圖像以BMP格式保存在SD卡中。

AVR；OV7670；上位機

引言

我國作為煤炭能源大國，煤炭生產安全關系著社會穩定和能量持續的供給。而在我國每年發生礦難事故頻繁，特別是小煤礦。因此需要對煤礦建立完善的監控系統，保障煤礦安全生產，提供煤炭開采效率。

煤礦井下發生礦難時，為便于建立有效營救措施，因此需要全面了解井下事故情況和周圍環境。基于AVR單片機的圖像采集系統，主要用于煤礦井下監控。以便發生礦難時，地面人員通過上位機了解井下人員情況以及設備狀況，為建立積極有效的救援措施提供保證。

1 系統的工作原理

AVR單片機采用選進的RISC結構，是一款低功耗、高性能的8位處理器。本設計基于AVR單片機基礎，通過配置和初始化OV7670寄存器，采集圖像大小為QVGA、RGB565格式。所采集的圖像數據必須經過RS485通信，上傳至上位機顯示。

2 系統硬件設計

煤礦井下救生艙圖像采集系統結構如圖1所示。AVR及外圍電路設計包括時鐘電路、復位電路和支持在線編程的JTAG接口電路。

圖1 系統結構圖

系統需要用到+5V、和+2.8V電源，而AVR的工作電壓為+5V，OV7670圖像傳感器所需要工作電壓為+2.8V。通過電源轉換芯片AMS1117-2.85可將+5V轉換成+2.8V電壓。

串行通信接口主要用于與上位機與外圍設備進行通信，當接收到上位機指令時，圖像數據通過RS485通信接口輸出至上位機顯示。為減小系統通信干擾、系統使用ADM2483型號的通信芯片，該芯片最高傳輸速率可達500Kbps，采用限擺驅動器，減少了終端匹配和接頭產生的誤碼。

SD卡主要用于存儲圖像，STM32以SPI模式讀寫SD卡，SD卡電路供電電源為+3.3V。

AL422B[2]作為FIFO。由于容量大，可以完整存儲整幀圖像信息。

OV7670圖像傳感器主要按裝在煤礦井下救生艙艙室內，用于觀察艙室內環境狀況和人員情況。該傳感器使用獨有的傳感器技術，通過減少或消除光學或電子缺陷如固定噪聲、托尾、浮散等，提高圖像質量，得到清晰的彩色圖像[1]。STM32通過SCCB總線通信向OV7670圖像傳感器中寫入指令進行初始化。

3 系統軟件設計

在設計系統時，為降低成本總是盡可能的利用軟件資源代替硬件設計，簡化系統結構、降低成本。系統采用模塊化C語言編程，包括上位機代碼和系統圖像采集處理代碼。PC機通過JTAG接口，對AVR進行在線編程和調試。上位機通過串行通信接口與STM32進行通信，上位機向下位機發送控制指令時，上位機開始接收圖像數據并顯示。STM32圖像采集系統控制程序由主程序和中斷服務程序組成。系統主程序流程圖如圖2所示。

系統上電后對OV7670圖像傳感器進行初始化，等待OV7670場中斷信號和行中斷信號。進入串口中斷服務子程序開始對Flag置標志為1，下位機根據該標志信號決定是否向上位機發送圖像數據。中斷服務子程序主要與上位機進行數據互換和圖像數據輸出。

4 結語

設計了一種煤礦井下救生艙圖像傳輸系統，解決了地面控制室通過上位機軟件實時觀察井下救生艙艙室內環境狀況以及發生礦難時人員狀況，保證救援人員及時建立有效的救援措施。由測試結果可見，系統運行穩定、抗干擾性強、圖像清晰，證明了本系統設計的合理性和穩定性。

[1]Omnivision.OV7670技術手冊[M].Sunnyvale，CA，USA：Omnivision，2006.

[2]劉京城，廖智勇，朱木健，劉俊.一種基于服務機器人視覺系統設計[J].重慶大學學報(自然科學版)，2006，29(11):31-35.

[3]張安元，曲效成.煤礦井下移動救生艙的發展現狀及趨勢[J].西安科技大學學報，2011，31(6):803-808.

[4]汪聲，金龍哲，栗婧.國外礦用應急救生艙技術現狀[J].中國安全生產科學技術，2010，6(4)：119-123.

[5]張促禮.適用煤礦產品的微控制器-STM32[J].煤炭技術,2010,29(6):50-51.

Design of Control System of Boring Machine Based on AVR

Zhang Peng1, Meng Xu2
1.Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China 2.Beihang University, Beijing 100191, China

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.18.037

張鵬（1986-），男，江西贛州人，安徽理工大學電氣與信息工程學院研究生，研究方向為電力電子與電力傳動

孟旭（1981-）女，北京人，北京航天測控技術是有限公司，主管工程師，北京航空航天大學。

AbstractDesign of a single chip microcomputer based on AVR image acquisition system, mainly used for coal mine monitoring.For mining accidents timely understanding of lifesaving cabin staff and the surrounding environment, establish an effective rescue measures.The image acquisition module consists of a OV7670 image sensor and FIFO composition, collection RGB565 format QVGA size BMP image by RS485 communication, data uploaded to the computer display, at the same time will upload the image is saved in BMP format in the SD card.

KeywordsAVR; OV7670; PC