基于AVR单片机图像采集系统的设计

张鹏孟旭

1.安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽 淮南 2320012.北京航空航天大学，北京 232001

基于AVR单片机图像采集系统的设计

张鹏1孟旭2

1.安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽 淮南 2320012.北京航空航天大学，北京 232001

设计了一种基于AVR单片机的图像采集系统，主要用于煤矿井下图像监控。便于发生矿难时及时了解救生舱内人员状况和周围环境，建立有效的营救措施。图像采集模块由OV7670图像传感器和FIFO组成，采集RGB565格式QVGA大小的BMP图像，数据经RS485通信上传至上位机显示，同时将上传的图像以BMP格式保存在SD卡中。

AVR；OV7670；上位机

引言

我国作为煤炭能源大国，煤炭生产安全关系着社会稳定和能量持续的供给。而在我国每年发生矿难事故频繁，特别是小煤矿。因此需要对煤矿建立完善的监控系统，保障煤矿安全生产，提供煤炭开采效率。

煤矿井下发生矿难时，为便于建立有效营救措施，因此需要全面了解井下事故情况和周围环境。基于AVR单片机的图像采集系统，主要用于煤矿井下监控。以便发生矿难时，地面人员通过上位机了解井下人员情况以及设备状况，为建立积极有效的救援措施提供保证。

1 系统的工作原理

AVR单片机采用选进的RISC结构，是一款低功耗、高性能的8位处理器。本设计基于AVR单片机基础，通过配置和初始化OV7670寄存器，采集图像大小为QVGA、RGB565格式。所采集的图像数据必须经过RS485通信，上传至上位机显示。

2 系统硬件设计

煤矿井下救生舱图像采集系统结构如图1所示。AVR及外围电路设计包括时钟电路、复位电路和支持在线编程的JTAG接口电路。

图1 系统结构图

系统需要用到+5V、和+2.8V电源，而AVR的工作电压为+5V，OV7670图像传感器所需要工作电压为+2.8V。通过电源转换芯片AMS1117-2.85可将+5V转换成+2.8V电压。

串行通信接口主要用于与上位机与外围设备进行通信，当接收到上位机指令时，图像数据通过RS485通信接口输出至上位机显示。为减小系统通信干扰、系统使用ADM2483型号的通信芯片，该芯片最高传输速率可达500Kbps，采用限摆驱动器，减少了终端匹配和接头产生的误码。

SD卡主要用于存储图像，STM32以SPI模式读写SD卡，SD卡电路供电电源为+3.3V。

AL422B[2]作为FIFO。由于容量大，可以完整存储整帧图像信息。

OV7670图像传感器主要按装在煤矿井下救生舱舱室内，用于观察舱室内环境状况和人员情况。该传感器使用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定噪声、托尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰的彩色图像[1]。STM32通过SCCB总线通信向OV7670图像传感器中写入指令进行初始化。

3 系统软件设计

在设计系统时，为降低成本总是尽可能的利用软件资源代替硬件设计，简化系统结构、降低成本。系统采用模块化C语言编程，包括上位机代码和系统图像采集处理代码。PC机通过JTAG接口，对AVR进行在线编程和调试。上位机通过串行通信接口与STM32进行通信，上位机向下位机发送控制指令时，上位机开始接收图像数据并显示。STM32图像采集系统控制程序由主程序和中断服务程序组成。系统主程序流程图如图2所示。

系统上电后对OV7670图像传感器进行初始化，等待OV7670场中断信号和行中断信号。进入串口中断服务子程序开始对Flag置标志为1，下位机根据该标志信号决定是否向上位机发送图像数据。中断服务子程序主要与上位机进行数据互换和图像数据输出。

4 结语

设计了一种煤矿井下救生舱图像传输系统，解决了地面控制室通过上位机软件实时观察井下救生舱舱室内环境状况以及发生矿难时人员状况，保证救援人员及时建立有效的救援措施。由测试结果可见，系统运行稳定、抗干扰性强、图像清晰，证明了本系统设计的合理性和稳定性。

[1]Omnivision.OV7670技术手册[M].Sunnyvale，CA，USA：Omnivision，2006.

[2]刘京城，廖智勇，朱木健，刘俊.一种基于服务机器人视觉系统设计[J].重庆大学学报(自然科学版)，2006，29(11):31-35.

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[4]汪声，金龙哲，栗婧.国外矿用应急救生舱技术现状[J].中国安全生产科学技术，2010，6(4)：119-123.

[5]张促礼.适用煤矿产品的微控制器-STM32[J].煤炭技术,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

张鹏（1986-），男，江西赣州人，安徽理工大学电气与信息工程学院研究生，研究方向为电力电子与电力传动

孟旭（1981-）女，北京人，北京航天测控技术是有限公司，主管工程师，北京航空航天大学。

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