基于STM32的简易照相机设计(2016年5月30日)

《基于STM32的简易照相机设计(2016年5月30日)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于STM32的简易照相机设计(2016年5月30日)（15页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 基于STM32单片机的简易照相机设计摘要：本文设计了一个简易的照相机，包括嵌入式控制器STM32F407核心控制器、OV2640摄像头、SD存储电路、液晶显示模块和外围辅助控制电路。文中从元器件的根本介绍开场，讲述了制作简易照相机的相关知识和摄像头采集照片的根本原理、实现方法。设计还重点讲解基于STM32F407如何用软件控制OV2640摄像头模块采集图像数据，进展实时显示，再通过按键控制进展截图拍照，拍照存储为BMP格式的图像，利用对SD卡的配置对图像数据以文件的形式进展存储，通过按键控制选择图像，最后在TFT液晶显示照片和摄像的具体方案。简易照相机是对复杂繁琐的数码相机进展过滤，提出核心

2、的摄像和拍照局部，结构简单、便于携带，可以应用于小区监控等场所。关键词：STM32单片机；OV2640摄像头模块；TFT液晶屏；SD卡The Design of Simple Camera Based on STM32 Microcontroller Abstract:This paper presents a simple camera, including the core controller of embedded controller STM32F407, OV2640 camera, SD memory circuits, liquid crystal display module

3、s and peripheral sub-control circuit. In thebeginning of the basic components,this paper describes about the production of simple basic principles and camera to capture the knowledge of the photo. The design also explain the program how to use the software to control OV2640 camera module image data

4、collection real-time based on STM32F407,how to display the shot camera through control buttons, how to store images in BMP format, how tostore the image data in the form of a file on the SD card, how to controllethe image by buttons,how to display specific programs last photo and video in TFT LCD. S

5、imple camera is complexed from cumbersome digital camera filter.It proposes the core part ofcamera and photo.It is easy to carry.It can be used in residential monitoring sites .Keywords: STM32 Microcontroller ; OV2640 Camera Module; TFT LCD Screen; SD Card1.引言随着社会的开展，各种新兴行业营运而生，而老牌行业也在不断改变创新，为了迎合时代的

6、开展，各个行业对于人才具备的技能的要求越来越苛刻。创新的字眼也不断的出现在各个行业的开展战略计划书上。而一个行业的创新的实质是对于本质的表达和升华。所以一个行业的创新首先抓住最根源的局部进展改造。通过照相机开展历程可以看出，照相机的开展，其实是随着人们的思维不断的开拓创新从而得到开展的，人的思维无限制的想象创找出摄像艺术，而图片和影像是直接反响人们的想象的最好途径，所以，相机是为了满足人们的需要而产生的，是为了满足人们的生活追求而开展的，而现在的数码摄像技术有恰巧可以满足人们的审美思维需求。对于摄像技术的开展是永无止境的，这个领域仍然需要人们的不断探索。1.1设计背景现在，生活水平不断的提高，

7、是现代社会开展的方向。快速开展的数字摄像技术已经为各个行业所应用，像军事，计算机，交通，旅游，医疗，手机与其他电子行业，这些行业都已经和摄像技术密不可分。而时尚多功能的数码相机已经在市场上呈现指数趋势增长，高像素化、小型化也是数码相机开展的时代主题。但是，这并不意味着单一摄像功能的照相时机退出人们的生活。在一些场合中，单一摄像功能的便携式相机仍然有非常大的用途。例如监控和智能机器人等，这些科技开展和单一摄像功能的便携式相机仍然是密不可分，在将来，单一便携式相时机成为智能机器人的一个重要板块。1.2 设计要求本设计的实现要必须掌握TFTLCD液晶屏的使用原理和方法，并且通过学习和了解摄像头传感器

8、，以与图片编码解码方式，实现照相机的照相功能，并且了解SD卡外部存储设备的使用。要现设计的具体容如下：1、STM32单片机驱动液晶屏显示摄像头采集到的图像数据；2、截取图像数据并使用SD卡存储。3、通过STM32读取SD卡里存储的图片并显示。1.3设计意义数码相机的开展飞速，而且本钱也相对较高，研发和完善一个简易照相机对于普通消费人群来说非常实用，而且可以用于各种生活场景。对于满足人们的日常需求有很大的帮助。而且本钱较低，容易携带，耗电也低。完善之后会有很大的市场。而且本身难度适中，对于我来说也是一个很好的锻炼时机。现在的学科与学科之间的界限已经非常的模糊，相信在以后还会有更多的更为简便新颖的

9、图像采集方式出现，但是这都是基于现有的摄像根底之上的。所以除去摄像技术的冗杂局部，留下精华所在，既能够学习摄像的根本原理，也可以会帮助人们不会被固有的思维所定式，可以肆意发挥想象添加新的成分，也有利于以后对于这个方面技术的创新开展。2总体设计概述2.1设计方案首先摄像头模块的采集照片的原理并不复杂，根绝查阅原理以与参考驱动代码，实现驱动摄像头采集图像是比拟方便快捷的，摄像头模块先把采集到的数据保存到一个存储器中，然后单片机直接对摄像头芯片写命令，把数据从存储器中读出，并且在TFTLCD上显示画面。当有按键按下时，调用FATFS文件系统中的建立文件名函数，采集到图像之后，要截图保存为BMP图像格

10、式的文件，并且在SD卡中创立一个文件夹。通过文件流的形式将BMP文件存储到SD卡创立的文件夹中，实现存储，然后继续显示，这个过程中如果想调出拍到的照片，就只需要按下按键，将SD卡中的指定文件夹中的BMP文件调用出来注意这个文件夹中没有别的文件，只有之前拍照得到的文件，再通过TFT显示出来。系统流程图如图2-1所示。摄像头提取数据液晶屏显示图像检测按键，执行拍照检测按键，显示图片图2-1系统设计方案方框图2.2电路原理图这个设计的方案是先用STM32单片机与OV2640摄像头连接，进展图像采集并显示，将采集到的图像信息通过TFT液晶显示屏显示出来。然后进展扫描等待，当检测到有按键按下时停止显示，

11、假设是拍照按键，那么开场执行截图拍照功能，并存入SD卡的指定文件夹中。当保存完成之后，回复到之前摄像的状态继续等待。假设是显示按键，那么读取SD相应文件夹中的图片，用液晶屏显示出来。总体电路设计框图如图2-2所示。单片机STM32F407OV2640SD卡复位电路TFT液晶屏按键电路图2-2系统的总体架构图2.3 器件简介单片机简介STM32单片机是由ST公司发行的以CortexM3核为控制核心的微控制器，在2011年， ST公司又推出基于CortexM4核的STM32F4系列产品。图2-3 STM32芯片样式图STM32F4 家族目前拥有：STM32F40x、STM32F41x、STM32F

12、42x 和 STM32F43x 等几个系列，数十个产品型号，不同型号之间软件和引脚具有良好的兼容性STM32F42x/43x 系列带了 LCD 控制器和 SDRAM 接口。目前 STM32F4 这些芯片型号都已量产，可以方便的购置到，不过目前来说，性价比最高的是 STM32F407。STM32F4和STM32F1这两个控制器相比，STM32F4有非常明显的优势：1有用更加先进的核。2更多的资源可以利用。3使用外设功能更加快速，灵敏。4更高的性能，更低的功耗。所以该设计我选择了STM32F4作为主控芯片。液晶屏1TFTLCD液晶屏简介本设计中使用的液晶显示器由薄膜晶体管构成。其设计的实物图如图2

13、-4所示，包括实物的正面和反面。图2-4 TFTLCD2.8寸屏实物图这里采用TFTLCD2.8寸屏幕，该模块采用16位并行口与外部相连接。考虑到设计中数据量的大小，本设计采用的摄像头不用8位的传输方式。因为8位的低端摄像头采集的图像信息量少，传输的速度不够快，在视频录像的时候不清晰、而且有卡顿的现象，综合考虑，我选择16位的接口的OV2640摄像头。2显示模块设计液晶显示器的驱动芯片尤为重要，TFT显示模块采用专用驱动芯片ILI9341作为显示屏的驱动芯片。ILI9341液晶自带172K的显存，在图像显示的时候，画面比拟连贯，特别是针对连续显示的图像。在16位模式下，ILI9341采用RGB

14、565 格式存储颜色数据，能够显示很丰富的图像信息。驱动芯片的18位数据线与嵌入式控制器的16位数据线以与液晶屏存的对应关系如图2-5所示。图2-5对应关系图从图中可以看出，低5位代表蓝色，中间6位为绿色，高5位为红色。数值越大，表示该颜色越深。对于显示屏驱动，由于我使用的是显示屏模块，该模块上已经配置好了一些根本电路，所以实物中只需要直接连线即可，给出显示电路了如图2-6所示。图2-6显示电路图摄像头.1OV2640传感器简介OV2640 传感器是 OV公司生产的做为图像处理的芯片，大概是0.25寸。该采集图像信息的传感器相对体积较小、工作电压为3.3V，提供照相机所需要的摄像和图像处理能力

15、，满足一般照相机的要求。通过 SCCB 部总线，系统可以得到想要一帧帧图像，并且还可以实现调焦等功能。图2-7 OV2460摄像头模块实物图2OV2640摄像头模块设计为了方便，设计实物直接使用OV2640模块采集图像信息，传感器的功能框图如2-8所示。图2-8 OV2640功能框图上图说明，OV2640传感器包含以下一些功能模块。1感光整列。2模拟信号处理。310 位 A/D 转换。4数字信号处理器DSP。5输出格式模块。6压缩引擎。7微处理器。8SCCB 接口。9数字视频接口。作为用户，我只需要在该模块连接在单片机上之后，对该模块进展根本配置即可，可配置的参数有：设置图像采集传感器、设置图

16、像的大小、设置采集信息输出大小。对于OV2640的图像数据格式的输出方式一般有2种，程序可以控制选择哪一种输出方式。摄像头信息采集模块的电路如图2-9所示。图2-9 OV2640模块电路图3STM32F4 DCMI接口简介STM32F407有一个数字摄像头接口，这个接口采用并行的方式传递数据，可以选择的性的快速接收来自外部的摄像头模块采集的图像数据流。当数字摄像头接收到的数据时，会把数据被放到一个32位部的数据存放器中，然后直接读取的方式进展信息的交流。图2-10 DCMI接口框图本设计中只需要讲摄像头模块与单片机的DCMI接口相连接，通过程序软件即可直接控制，简单方便。卡1SD卡简介大容量存

17、储设备是单片机运行系统以与存储数据时所必须的设备。现在的开发系统上，通常使用大容量的SD卡存储图像信息，支持多种方式驱动，本设计的驱动方式采用SPI通信驱动，现在的SD卡有多种，能满足不同应用的要求，本设计选用的就是市面上买到的普通的SD卡。2SDIO控制器简介STM32F407的控制器支持MMC 卡等设备，包含SDIO适配器模块和 APB2总线接口2个局部，在显示的实际制作过程，其强大的功能方便使用者快速的控制摄像头。其功能框图如下列图2-11所示。图2-11 STM32F4的SDIO控制器功能框图图像信息的数据是在部是以数据块的形式传输的，方便程序控制数据在部的信息交互，例如：MMC卡数据

18、传输。3SD卡接口电路图2-12 SD卡接口电路图本设计使用的单片机具有SD卡槽，只需将SD卡直接放入卡槽中然后使用程序输入一些命令即可初始化。3.软件设计3.1程序系统步骤STM32单片机通过摄像头采集到图像信息，进展等待显示，检测按键是否被按下，当有按键按下的时候，先暂停显示，通过判断按键值，来选择执行步骤，或进展拍照，或调出进展显示。其中拍照和调处文件显示这两个步骤都是对特定的文件夹进展的。假设检测不到该文件夹的存在，那么在拍照的同时就建立该文件夹。当执行显示步骤的时候，图片先以幻灯片的形式流水播放，可以通过按键进展暂停，并切换。最后重启系统可以回复拍照功能。程序控制局部是整个照相机运行

19、的核心，起着控制照相机所有运行状态的作用。由于STM32F407单片机功能强大，使用方便的特点，这里选择了ST公司的STM32F407作为控制核心部件，其程序控制方框图如图3-1所示。建立文件夹保存图片并存储到该文件夹读取图片信息并显示是否有按键按下判断按键值暂停显示检测文件夹是否存在检测文件夹是否存在从该文件夹中调出图片进展显示提示错误开场程序初始化判断按键值上翻下翻完毕是是否否是图3-1系统的程序流程图照相机进入摄像后，即开场不停地扫描按键值，一旦检测到按键被按下，程序就进入判断程序，执行相应的步骤，这里我一共设置了四个按键。3.2 STM32单片机对各个模块的初始化液晶屏的初始化过程一般

20、TFT 液晶屏模块的使用过程如图3-2所示。图3-2 TFTLCD 使用流程这里对于任何类似的液晶，都可以使用以上的图来表示其使用过程。上图中的，前两步只需要执行一次。对于液晶屏的画点方法是：先设置好需要画点的位置，然后写入对应的位置指令，最后写入表示RGB的数据信息，完成这些就可以在液晶屏对应的点画出设计的颜色。读点方法和画点方法类似，也是按照上图中的步骤进展处理就好了，从这里可以得到设置TFT液晶显示所需要的相关步骤如下：1首先配置IO端口；2初始化TFTLCD模块；3通过函数将信息显示到TFT液晶屏。首先初始化相应的IO口，主要是为了驱动LCD，将IO端口配置成LCD所需要的模式，有关I

21、O口的配置有八种工作方式这局部容可以参考STM32F4中文参考手册这里不做细致介绍。有关初始化TFTLCD，其实就是向液晶屏控制器中写入初始化的设置值，它规定怎么显示图像信息。本设计直接使用的是由系统默认的初始化序列，只有在初始化成功之后，LCD才能正常使用。传感器初始化过程1配置OV2640控制引脚，并配置OV2640工作模式OV2640通过对存放器进展配置，再设置对应输出输入状态，退出掉电模式，然后复位OV2640摄像头，之后再完毕复位，然后就是对摄像头进展根底化的设置，可以根据实际的需要，设置图像的输出格式，例如：JPEG。2 配置相关引脚的模式和复用功能，使能时钟。首先把引脚设置成摄像

22、头需要的配置，然后对于个别引脚，需要开启复用功能，因为在单片机中很多引脚实际上会设有很多功能，如果需要开启某一项功能的话，需要开启复用。3 配置DCMI相关设置。系统在这里是设置DCMI_CR 存放器，同时开启帧中断，编写DCMI中断效劳函数，方便进展数据处理。另外，实际的显示过程中，系统通常采用JPEG的方式输出图像，我们只需要采用正常模式直接采集。4 配置DMA 。有关STM32的另一个小知识点，由于篇幅原因，不过多介绍这里我采用的是连续采集模式并将采集到的数据输出到LCDRGB565模式或存JPEG模式，所以源地址都是DCMI_DR，而目的地址可能是LCD-RAM或者SRAM的地址。DC

23、MI的DMA传输采用的是DMA2数据流1的通道1来实现的。有关DMA知识，可以查阅STM32开发指南5 设置OV2640的图像输出大小，使能DCMI捕获。开启DCMI捕获是通过调用库函数进展开启的，只需要开启相应存放器的使能位即可正常工作了。开启DCMI捕获的方法如下：DCMI_CaptureCmd(ENABLE);/DCMI 捕获使能函数容过多，就不贴出来了卡初始化过程系统在驱动SD卡的过程中，最重要的步骤就是SD卡的初始化，一般都有一套标准的流程。我对SD卡的初始化主要是调用官方提供的库函数进展初始化，其容就是首先需要给卡上电，通电后写入一个复位指令对卡进展软复位，之后紧接着在传递另一个指

24、令这里指令的引用需要参考固定的式，用于区分不同的SD卡。主机通过ACMD41的参数设置来发送指令。4、系统调试与结果分析4.1设计实现本课题研究的容主要是简易照相机设计。以STM32F407开发板为根底，使用了TFT液晶显示屏模块，OV2640摄像头模块和SD卡接口模块。取得了以下成果。1通电之后，程序可以正常运行，检测各个模块是否初始化成功，成功了那么开场实时显示图像。不成功那么屏幕提示错误。2经过反复的实验证明，摄像头模块可以在灯光良好的情况下采集到清晰的图片，并且显示照片的时候，可以非常清晰，不会有显示不稳定的现象出现，但是如果说没有拍照便直接显示，系统会出现短暂迟钝的现象。采集照片的时

25、候，液晶屏会停止承受摄像头数据，当拍照完毕之后，还可以继续承受图像数据进展显示。但是当进入到图片显示过程的时候，程序无法在退回拍照功能，只可以通过复位按键重新运行程序进展拍照。3照相机设置了两种图片模式，一种是BMP模式，一种是JPG模式。在互不干扰的情况下可以进展显示。而且在正常显示的过程中可以以幻灯片的形式播放图片，两种图片由于格式不同，播放形式不同。可以通过按键控制幻灯片的停止与进展。4拍照过程还可以调焦距。在设计过程中，程序中添加了调焦距的功能，但是只能放大一倍。图像会由于摄像头的像素问题，放大之后会有点点模糊，但是不会影响图像的观看。4.2出现的问题和解决的方法在实物制作中，最开场我

26、尝试自己焊接STM32的最小系统，但是发现最小系统的电路太过复杂，而且SD卡接口局部电路无法手焊，所以直接使用了开发板进展试验，整个开发板我只使用了它现成的电路接口。实物的稳定也全靠开发版的电路稳定，如果使用最小系统板也是可以的，由于资金问题，我并未花钱购置，而是直接使用的手边有的开发板。程序编写的过程中，根本上是参考每一种外设提供的驱动源码，由于外设在使用过程中，部存放器根本都固定配置的，所以直接参考官方提供的源码比拟方便快捷，只需要掌握一些关键局部即可，例如程序中摄像头数据提取局部，TFT显示源码，还有SD卡存储数据和调出数据的关键局部，这些官方提供的程序源码只需要理解这些关键局部，即可很

27、好的使用。开发板的电路稳定，外设的官方源码的周密，让我在实物制作过程中相当轻松，虽然感觉比拟偷工减料，但是需要了解的地方也根本了解了，而且省时省力。当然也会有一些难题，主要难题在于整个过程中我自己的程序功底并不扎实，会有一些语句不懂不会调用，例如在程序中实现图像的截取，这个局部我并不能很好的理解，在后面实物制作过程中曾经为难了我一段时间，不过在之后花了大量的时间，也是勉强攻破了这个难关，不过很明显能表达出自己的水平不够，仍然需要好好的学习。4.3电路实物图展示结论这次的制作虽然没有亲自动手焊接电路，但是制作过程也是查阅很多资料才能完成的，首先是自己的根底不扎实，不可以自己按照外设的存放器要求自

28、己编写程序，只能使用官方源码，再者，整个实物牵涉到一些在学校中未曾接触到的一些知识，我对于这些知识并没有很好的认知和学习，可以这样说，之前选择这个题目，是盲目的！不过这也是教师的用心之处，他给我指出了对于软件方面的开展之路，通过这次实物的制作，让我了解到了嵌入式这一广阔的天地！所以，我觉得这次设计，完成与否都是次要，主要是教师的良苦用心！实物的制作需要动手实现，但是由于各种原因，我选择了最偷工减料的开发板进展实现，因为我觉得这个题目的主题并不是实物的制作，而是对于程序方面的一次考验！因为外设并不是很多，而且电路也太过细致，没方法手工焊出，而且STM32的最小系统并不经济，所以我并未选择购置，而

29、是选择了教师给我提供的开发板进展实物制作。对于程序方面，很多容是我现在的学习程度无法理解的，于是在教师的指引下，我开场一点点的专研其中不懂的地方，虽然实物制作出来之后对于整个外设驱动源码的理解还是模棱两可。可是相比之前那已经算是很清晰了。教师也说，这是一大块容，并不是三两天能够学习好的，所以我会在以后的学习过程中认准方向，更加努力。致首先这次制作中，我有一些一起参加全国电赛的同学，他们之前做过相关的研究，并且取得了一定的成绩，在我最开场的制作时，他们给了我一些大致的方向，并且向我提供了一些非常有用的文档，在此感。在中期的学习过程中教师给了我至关重要的作用，给我指明了学习的方向和学习的道路。通过

30、从网上查阅出来的资料，始终是没有头绪和章法的，教师直接给了我一套教程让我学习，之后的实物制作的灵感和思路也是来源于教师给的教程。并且在实物制作的时候，教师考虑了我的情况，大方的把自己的开发板借给我使用，而且还尽力满足我的一些需求。在此，教师需要我诚心感，教师的指导，终身受用。最后实物制作的过程，是在寝室进展的，我需要感我的几个室友。室友对我的论文制作也是积极帮助，给我提供一个有力条件，有时候调试程序要到深夜，室友也能包容理解我，并且时刻关心我的设计进度，我遇到瓶颈的时候为我出谋划策，心烦的时候抚慰我。四年大学情谊表达的淋漓尽致。全篇论文完毕，我的大学生活也到此完毕，我需要感我的父母。整个学生生涯一步一步的走过来，父母一直对我给予最大的支持和期望。如今我可以自己独立完成产品的设计，我需要感我的父母，他们一直含辛茹苦，在背后默默支持着我。以前无论遇到什么困难，父母永远是最相信我的人，现在依然也是。整个设计的完成我觉得父母也是在期待着，所以我有十足的动力想要完成并且完美这个论，给一份让我自己也给我父母满意的毕业设计。15 / 15