本文闡述一種基于STM32F407的圖像遠(yuǎn)程采集終端，分別從終端采集硬件設(shè)計(jì)和終端采集軟件設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行論述，并借助實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該采集終端的有效性和合理性。

1、終端采集硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主體框圖如圖1所示，它主要由STM32F407芯片、OV7670CMOS圖像傳感器和上位機(jī)軟件等幾個(gè)重要部分組成。STM32F407是整個(gè)遠(yuǎn)程采集終端的核心，起到了承上啟下的關(guān)鍵作用，一方面它將完成底層信號(hào)的獲取和預(yù)處理，另一方面它將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將采集到的彩色圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到上位機(jī)，本文將重點(diǎn)介紹這兩部分的內(nèi)容。

圖1 ?系統(tǒng)主體框圖

1．1、STM32F407與OV7670的硬件連接

在圖2中，利用STM32F407的PH9～PH12、PH14，PI4、PI6、PI7接口接收OV7670經(jīng)DCMI接口輸出的8位圖像數(shù)據(jù)。OV7670的SIO＿C和SIO＿D接口分別與STM32F407PF8、PF9引腳相連，通過(guò)該接口實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭的初始化配置。OV7670CMOS攝像頭配置COM7寄存器實(shí)現(xiàn)采集到的是RGB565的16位圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)DMA將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當(dāng)垂直同步中斷到來(lái)時(shí)表示緩沖區(qū)中已存滿一幀圖像數(shù)據(jù)，控制器取出圖像數(shù)據(jù)緩沖去的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的處理，然后傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。攝像頭與STM32F407的連接圖如圖2所示：

圖2 ?OV7670與STM32F407連接電路圖

1．2、STM32F407以太網(wǎng)通信接口電路

以太網(wǎng)通信接口模塊是由CPU所內(nèi)置的以太網(wǎng)MAC、專用10／100MPHYLAN8720A、HR11105A以及RJ45網(wǎng)口組成。以太網(wǎng)物理層器件LAN8720A作為TCP／IP協(xié)議的物理層器件。HR911105A為RJ45網(wǎng)絡(luò)接口器件。當(dāng)上位機(jī)PC有數(shù)據(jù)要求時(shí)，數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令首先通過(guò)雙絞線、HR911105A和STM32F407的以太網(wǎng)模塊進(jìn)入控制器，指令數(shù)據(jù)在其內(nèi)部進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換至SPI格式，然后通過(guò)SPI總線送至STM32F407，在STM32F407內(nèi)實(shí)現(xiàn)SPI格式數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。完成IP封裝后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)STM32F407的以太網(wǎng)模塊、LAN8720A及HR911105A接口和雙絞線傳送至上位機(jī)。芯片引腳連接圖如圖3。

圖3 ?LAN8720A與STM32F407硬件連接電路示意圖

2、終端采集軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括在STM32F407上實(shí)現(xiàn)TCP／IP協(xié)議并與上位機(jī)通信，控制OV7670CMOS圖像傳感器實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集和傳輸?shù)裙ぷ鳌TM32F407程序設(shè)計(jì)在KeiluVision4環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，主要包括以下兩部分：一是OV7670完成模擬信號(hào)的采集；二是遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)。本文主要介紹STM32F407程序的實(shí)現(xiàn)方法。

2．1、OV7670完成模擬信號(hào)的采集

在圖像采集軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部分的初始化是最為關(guān)鍵的一步，只有對(duì)各部分初始化成功以后，才能實(shí)現(xiàn)圖像采集功能。圖像采集初始化程序主要包括對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘、SCCB接口、DMA、DCMI接口、OV7670攝像頭等的初始化。在系統(tǒng)初始化設(shè)置成功以后，微控制器不斷監(jiān)測(cè)VSYNC信號(hào)電平變化，根據(jù)VSYNC產(chǎn)生的中斷情況，控制對(duì)數(shù)據(jù)的讀取。終端圖像采集程序流程圖如圖4所示：

圖4 ?圖像采集程序流程圖

（1）設(shè)置SCCB的相關(guān)參數(shù)

由于對(duì)攝像頭工作參數(shù)的配置主要通過(guò)SCCB來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，在系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，首先設(shè)計(jì)SCCB相關(guān)程序，進(jìn)而通過(guò)SCCB設(shè)置攝像頭的相關(guān)參數(shù)。SCCB設(shè)計(jì)的重要函數(shù)如下。

voidsccb＿bus＿init（void）

{

GPIO＿InitTypeDefGPIO＿InitStructure;//結(jié)構(gòu)體初始化

RCC＿AHB1PeriphClockCmd（RCC＿AHB1Periph＿GPIOF，ENABLE）;//使能GPIOF時(shí)鐘

GPIO＿InitStructure．GPIO＿Pin＝GPIO＿Pin＿8｜GPIO＿Pin＿9;//SCCB＿SIC:PE2、SCCB＿SID:PE3

GPIO＿InitStructure．GPIO＿M(jìn)ode＝GPIO＿M(jìn)ode＿OUT;//設(shè)置為輸出

GPIO＿InitStructure．GPIO＿OType＝GPIO＿OType＿PP;//設(shè)置為推免模式

GPIO＿InitStructure．GPIO＿PuPd＝GPIO＿PuPd＿UP;//懸浮模式

GPIO＿InitStructure．GPIO＿Speed＝GPIO＿Speed＿50MHz;//50MHz時(shí)鐘頻率

GPIO＿Init（GPIOF，＆GPIO＿InitStructure）;}

（2）OV7670的寄存器的配置

在完成SCCB初始化、起始與停止等相關(guān)程序后，配置OV7670寄存器完成工作參數(shù)的設(shè)置，包括顯示模式、輸出格式、增益控制等。OV7670的寄存器配置如下：

constuint8＿tOV7670＿reg［OV7670＿REG＿NUM］［2］＝{

{0x12，0x14};//設(shè)為VGA顯示模式

{0x40，0xd0};//RGB565輸出格式

{0x3e，0x00};//PCLK不分頻

{0x71，0x00};//非測(cè)試模式

／*圖像分辨率的配置*／

{0x32，0x80}，

{0x17，0x16}，

{0x18，0x04}，

{0x19，0x02}，

{0x1a，0x7a}，

{0x03，0x03}，．．．．．．}

（3）DCMI接口及DMA部分配置

DCMI接口及DMA部分配置主要體現(xiàn)在DCMI接口、DMA控制器以及圖像傳感器用到的其他I/O端口所在時(shí)鐘總線使能方面；由于篇幅所限，現(xiàn)將一些重要的配置，僅供參考。

DCMI＿InitStructure．DCMI＿CaptureMode＝DCMI＿CaptureMode＿Continuous;／／連續(xù)模式

DCMI＿InitStructure．DCMI＿SynchroMode＝DCMI＿SynchroMode＿Hardware;／／硬件時(shí)鐘

DCMI＿InitStructure．DCMI＿PCKPolarity＝DCMI＿PCKPolarity＿Falling;／／下降沿

DCMI＿InitStructure．DCMI＿VSPolarity＝DCMI＿VSPolarity＿High;／／垂直極性

DCMI＿InitStructure．DCMI＿HSPolarity＝DCMI＿HSPolarity＿High;／／水平極性

DCMI＿InitStructure．DCMI＿CaptureRate＝DCMI＿CaptureRate＿All＿Frame;／／捕獲率

DCMI＿InitStructure．DCMI＿ExtendedDataMode＝DCMI＿ExtendedDataMode＿8b;／／8位數(shù)據(jù)模式

DCMI＿Init（＆DCMI＿InitStructure）;／／初始化上面的攝像頭配置

DCMI＿ITConfig（DCMI＿IT＿VSYNC，ENABLE）;／／垂直同步中斷

DMA＿InitStructure．DMA＿PeripheralBaseAddr＝DCMI＿DR＿ADDRESS;／／外設(shè)內(nèi)存地址

DMA＿InitStructure．DMA＿M(jìn)emory0BaseAddr＝（uint32＿t）DataBuf;／／內(nèi)存地址

DMA＿InitStructure．DMA＿DIR＝DMA＿DIR＿PeripheralToMemory;／／數(shù)據(jù)方向從外設(shè)到內(nèi)存

DMA＿InitStructure．DMA＿BufferSize＝19200;／／每次轉(zhuǎn)移一幀數(shù)據(jù)

DMA＿InitStructure．DMA＿PeripheralInc＝DMA＿PeripheralInc＿Disable;／／外設(shè)地址不改變

DMA＿InitStructure．DMA＿M(jìn)emoryInc＝DMA＿M(jìn)emoryInc＿Enable;／／內(nèi)存地址在每次寫(xiě)入后自增

DMA＿InitStructure．DMA＿PeripheralDataSize＝DMA＿PeripheralDataSize＿Word;／／外設(shè)每單位長(zhǎng)度DMA＿InitStructure．DMA＿M(jìn)emoryDataSize

＝DMA＿M(jìn)emoryDataSize＿HalfWord;／／內(nèi)存沒(méi)單位長(zhǎng)度

DMA＿InitStructure．DMA＿M(jìn)ode＝DMA＿M(jìn)ode＿Circular;／／運(yùn)行模式，循環(huán)

DMA＿InitStructure．DMA＿Priority＝DMA＿Priority＿High;／／優(yōu)先模式，高

DMA＿InitStructure．DMA＿FIFOMode＝DMA＿FIFOMode＿Enable;／／開(kāi)啟先入先出模式

DMA＿InitStructure．DMA＿FIFOThreshold＝DMA＿FIFOThreshold＿Full;／／FIFO水平閾值

DMA＿InitStructure．DMA＿M(jìn)emoryBurst＝DMA＿M(jìn)emoryBurst＿Single;／／內(nèi)存單通道

DMA＿InitStructure．DMA＿PeripheralBurst＝DMA＿PeripheralBurst＿Single;／／外設(shè)單通道

DMA＿Init（DMA2＿Stream1，＆DMA＿InitStructure）;／／初始化上面的

DMA配置

DMA＿ITConfig（DMA2＿Stream1，DMA＿IT＿TC，ENABLE）;／／中斷開(kāi)啟

系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先利用各部分初始化函數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，在整個(gè)系統(tǒng)初始化成功后，打開(kāi)系統(tǒng)中斷，準(zhǔn)備進(jìn)行圖像采集。當(dāng)垂直同步中斷產(chǎn)生時(shí)，DCMI＿IT＿VSYNC置1，表示一幀圖像數(shù)據(jù)采集完畢，微處理器通過(guò)控制DMA將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)緩沖區(qū)中，等待數(shù)據(jù)的發(fā)送。

2．2、圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸

圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，最關(guān)鍵的部分是對(duì)網(wǎng)絡(luò)硬件的初始化以及對(duì)Lwip的初始化，遠(yuǎn)程傳輸程序首先是完成對(duì)Lwip協(xié)議棧的移植，然后設(shè)置好服務(wù)器端的IP地址和端口，綁定socket套接字到服務(wù)器地址，然后對(duì)客戶端進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)與客戶端連接成功后，接收來(lái)自客戶端的發(fā)送數(shù)據(jù)命令，接收到發(fā)送數(shù)據(jù)命令后，及時(shí)將緩沖區(qū)存放的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)TCP／IP協(xié)議發(fā)送到客戶端。遠(yuǎn)程傳輸程序?qū)崿F(xiàn)流程圖如圖5所示。

圖5 遠(yuǎn)程傳輸程序?qū)崿F(xiàn)流程圖

3、測(cè)試結(jié)果

?

圖6 ?遠(yuǎn)程采集終端實(shí)物圖

?

圖7 ?上位機(jī)測(cè)試結(jié)果圖

按照上述終端采集硬件和終端采集軟件的設(shè)計(jì)，通過(guò)軟件調(diào)試成功后，并對(duì)軟硬件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，圖6表示本遠(yuǎn)程采集終端的實(shí)物圖，中間部分為信號(hào)采集處理板，它采集現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息，并通過(guò)以太網(wǎng)的方式發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)顯示采集到的圖片，讓遠(yuǎn)程操作者實(shí)時(shí)的知道現(xiàn)場(chǎng)的情況。圖7表示上位機(jī)的測(cè)試結(jié)果。