1項目背景

隨著都市生活節奏的加快，越來越多的青年人為了夢想漂泊在大都市中。北京上海尤為居多，而很多人幾乎整個白天都不在家，家里的情況缺少有效的監測。市面上，陸續推出了很多視頻監控系統，從一定程度上實現了遠程監控以及查看。

本項目，借助兆易創新推出的GD32F350高性價比Arm處理器，來實現家庭安防系統的初步搭建。通過傳感器對房屋狀況進行有效監控。借助OV5640攝像頭，熱釋電傳感器以及雨滴傳感器等，依靠GD32F350自身的硬件結構，實現了一個低成本、高準確度的家庭安防方案。

從圖像處理層面，提升監控的準確性。依靠硬件自由的模塊，在未增加任何硬件擴展模塊(SDRAMFLASH)等的基礎上，完全依靠GD32F350的自身優勢，實現圖像信號捕捉，采集，傳感器信號捕捉、分析等實時性較強的監測事件。

該系統采用了GD32F350的以下功能：

1. UART 高性能異步通信接口

2. GPIO 通用輸入輸出接口

3. 內部高速PLL，108MHz的主頻

4. 軟件模擬I2C，SCCB協議

5. 內部FLASH讀寫

6. RTC實時時鐘

7. Timer定時器捕獲高速輸入

8. DMA傳輸

9. Timer捕獲觸發DMA傳輸

10. 外部中斷ETI

從實際測試效果和項目推進過程中所用的模塊具體運行情況來看，GD32F350這款處理器，已經可以滿足絕大多數生活和工業的實際需要，功能強大，性能強悍，讓人欣喜不已。

2系統設計

本項目基于兆易創新的GD32F350 Arm處理器，作為《都市青年家庭安防衛士》的主控處理器，負責對白天長時間無人的家庭環境進行監測，可監測室外雨水情況，房屋人員走動情況等，可實現遠程交互。

圖2.1 基于GD32F350的都市青年家庭安防衛士架構圖

2.1硬件設計

硬件設計采用PCB洞洞板和跳線來實現。將高速數字信號諸如攝像頭的PCLK和像素信號采用焊錫在洞洞板上走線，而諸如電源和地等低速數字信號或者模擬信號采用跳線等加以連接。

圖2.2 基于GD32F350的都市青年家庭安防衛士部分硬件連接圖

2.2軟件設計

軟件設計主要圍繞ov5640的驅動來實施的，程序實施原理圖如下：

圖2.3 基于GD32F350攝像頭采集軟件設計框架圖

攝像頭的PCLK是高速信號，需要通過Timer定時器來進行捕獲，通過觸發DMA請求，進行傳輸，整個過程中，不需要CPU參與，極大的釋放了CPU的壓力，而且，整個采集過程高速進行。場中斷和行中斷分別控制圖像信號的采集。

初始化DMA, TimerA，場中斷和行中斷后，設置DMA循環采集模式，即可得到想要的圖像數據。

程序流程圖如下：

3項目完成情況

項目歷時40多天，項目完成了預期的所有內容，并額外擴展了LCD顯示，藍牙顯示，雨滴傳感器等功能。

圖3.1 都市青年家庭安防衛士實物圖

實現的功能主要有：

1. 軟件I2C成功實現GD32F350對攝像頭的讀寫

2. DMA+定時器捕獲實現對攝像頭數據的采集

3. 利用高達108MHz的內部時鐘成功實現實時圖像處理

4. 實現高精度人體移動識別，識別精準率高達99.9%

5. 實現系統與藍牙和電腦上位機的實時交互

6. 通過串口顯示屏方便查閱告警信息

7. 所有告警信息，都顯示具體的告警時間，精確到毫秒位（RTC實現）。

所有預期功能100%實現。

程序源碼https://github.com/Janet-ZHU/Urban-youth-family-security-guard.git

4項目總結與展望

4.1 項目總結

項目實現了預期的功能，并額外擴展了LCD顯示，藍牙，雨滴傳感器等功能

人體移動識別率高達99.9%。

雨滴和熱釋電傳感器為家庭生活提供了更多的提示。

4.2 未來的優化

搭建web服務器，將告警信息和監控狀態實施上傳。

利用QT開發中樞控制界面，以及安卓app客戶端。

進一步優化圖像算法，使得采集特征點降低的同時，保持較高的識別率。

5開發心得與難點

5.1開發心得

在實際的開發中，我們必須要讀懂芯片手冊和官方的開發者指南；另外，盡可能的查閱已有的資料和官方給出的固件庫，避免走彎路。很多時候，我們需要一個邏輯分析儀來調試我們的I2C，SPI以及其它協議，一個普通的就行，淘寶上價格不是很貴。

不得不說，GD32處理器性能已經足夠我們平時的開發，尤其是Arm內核的通用性，使得我們查閱資料更加方便。

5.2難點總結

1. 開發板上的硬件I2C和UART1接口是被按鍵和JTGA調試口占用的，需要rework以下電路才能使用。因此，建議在使用一些功能前，請認真核對以下板子原理圖。

2．攝像頭的PCLK速率過高，會造成中斷無法響應，建議不要采用GPIO查詢的方法接收PCLK，通過定時器捕捉PCLK，加上定時器電路有濾波器，會使得采集效果更好。

3. 在上電后改變PLL頻率時，需要等待PLL穩定后，再切換，建議熟讀手冊，或者參考本項目中的相關程序。