张铮;范若怡;宫若宁;易环
【摘 要】在智能循迹避障灭火智能小车的基础上,加入图像处理功能,使小车能够自主寻并辨识火焰,实现自动灭火功能.同时,通过WiFi模块传输摄像头采集的图像,实现远程监控小车的功能.系统硬件以STM32 F407 ZE为核心,软件基于Keil μVision5开发平台进行编程.小车能接收OV2640摄像头传输的图像,并通过图像处理来识别火源.利用算法来寻和判断火源位置,发现火源即自动调整位置,打开风扇,直至吹灭火焰.经在实际赛道上调试运行,结果表明小车能够很好地完成任务.该设计综合图像的实时性收集、处理和无线传输算法,完成了无线远程灭火功能,具有很好的适用性和可执行性.%A smart car with functions of tracking,avoiding obstacle and putting out the fire was designed to have an extra function of automatic fire-fighting by adding image processing,so that the car can find flame and identify flame independently.At the same time,with the image transmitted by WiFi module,the car's action can be monitored remotely.The system hardware is based on STM32F407ZE,and the software is programmed on Keil μVision 5.The car receives image data transmitted by OV2老化台
640 camera and identifies the flame by image processing.Via an algorithm,the car is able to locate the source of fire,then it changes the trajectory of the car and puts on the fan until flame goes out.Field-test found out that the car could complete the task requirements excellently.The design includes algorithm of realtime image collection,processing and wireless transmission.This design can complete the wireless remote fire-fighting function and has a good applicability.
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2018(037)001
【总页数】5页(P33-37)
【关键词】智能小车;图像处理;无线监控;灭火
【作 者】张铮;范若怡;宫若宁;易环
【作者单位】武汉大学电子信息学院,武汉430072;武汉大学电子信息学院,武汉430072;武汉大学电子信息学院,武汉430072;武汉大学电子信息学院,武汉430072
【正文语种】中 文
ccr5【中图分类】TP249
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0 引 言
随着科学技术的高速发展，电子设备越来越呈现出智能化趋势。智能小车体积小，操控简单，能够自动避障、循迹、远程传输图像，在各领域都有广泛的应用。美团配送箱怎么安装
本文根据智能小车自动灭火的需求，在一般的循迹避障等功能的基础上，实现了自动和手控的双重灭火模式。小车通过WiFi与手机通信，实时传输摄像头获取的图像帧，可手控灭火；另外，小车微处理器自动对获取到的图像进行图像处理[1]，并根据算法判断是否为火源。在图像预处理中，采用中值滤波对图像进行滤波，然后根据YUV颜模型计算亮白区域，如识别出火源则计算出小车正方向偏离火源的程度，输出PWM波控制小车转向，自动到达合适位置开始灭火。 1 硬件设计
1.1 STM32F407ZE
STM32f407ZE[2]是封装的32位微处理器，主频可以达到168 MHz，拥有ARMCortex-M4内核，16个DMA控制器，1 MB的Flash内存，196 KB的SRAM和64 KB的RAM。芯片在运行中传输效率高，且能够实现低功效。STM32f407ZE带有DCMI接口，能够接收CMOS摄像头传输的不同格式数据。
DCMI数字摄像头[3]接口是一个同步并行接口，能够接收外部8位、10位、12位或14位CMOS摄像头模块发出的高速数据流。从摄像头接收的数据可以按行/帧来组织，也可以是一系列JPEG图像。该接口适用于不同的摄像头，并假定所有预处理都在摄像头模块中执行。
DMA直接存储器访问[3]可用于在外设与存储器之间提供高速数据传输，可以在无需CPU操作的情况下快速移动数据，节省出CPU资源。DMA控制器可以接收一个或多个外设的存储器访问请求，每个控制器有8个数据流，每个数据流有多达8个通道。
1.2 OV2640摄像头
OV2640[4]是OV(Omnivision)公司生产的低电压COMS图像传感器，提供封装的UXGA(1 632×1 232)摄像头和图像处理器，原理图如图1所示。它由串行总线SCCB控制，具有体积小、灵敏度高等优点，能够提供全帧、子采样、缩放或窗口的8位和10位的广泛图像格式。OV2640最大输出像素为200 万，可以控制输出SXGA(1 280×1 024)、WXGA+(1 440×900))、XVGA(1 280×960)等。模块自带压缩引擎，可以将图片压缩成JPEG数据格式输出，支持YUV、RGB等输出格式。图像处理功能过程可以通过SCCB接口编程来实现。
图1 OV2640 摄像头原理图
SCCB是一种3线的串行总线，可以控制摄像头输出图像的全帧采样。SCCB接口控制图像传感器芯片的运行，其通信时序类似于I2C协议。
1.3 USB-WIFI232生物教具制作
低通滤波器应用实例
USR-WIFI232-S[5]是一款超低功耗、体积小、成本低的WiFi模块，支持802.11b/g/n 无线标准，用户设备可以很方便地连接到WiFi无线网络上，实现数据传输，原理图如图2所示。它在硬件上集成了MAC、基频芯片、射频收发单元和功率放大器，嵌入式的固件则支持Wi
Fi协议及配置，以及组网的TCP/IP协议栈。USR-WIFI232实现串口到WiFi数据包的双向透明转发，模块内部完成协议转换，串口侧串口数据透明传输，WiFi网络侧是TCP/IP数据包，可通过简单的设置指定其工作细节。Android手机APP通过WiFi连接小车，控制小车的行动，并可以实时显示从摄像头中获得的图像帧。
图2 WiFi模块原理图
2 软件设计
2.1 图像采集
在图像采集模块[6]，将OV2640 摄像头采集到的图像数据传输到STM32f407ZE。STM32先对DCMI接口进行初始化，配置DMA，实验中设置为连续模式、全帧捕获、8位数据格式、硬件同步HSYNC和VSYNC信号；然后初始化SCCB总线，并通过SCCB总线设置OV2640的参数，包括图片格式、图片输出模式和图片输出尺寸等，实验中设置为YUV422格式、JPEG模式、SXGA分辨率(1 280×1 024)。
OV2640初始化后，立即开始DCMI采集 (初始化未开始DMA传输)。OV2640的初始状态机
为OV2640_READY，第1次DCMI中断后才会开启DMA传输，状态机变为DMA采集中OV2640_GATHERING。DCMI中断接着调用ov2640_jpeg_data_process，表示DMA传完1帧JPEG图片，关闭DMA，状态机变为 OV2640_TRANSFER，等待传输完成。DCMI中断再次调用ov2640_jpeg_data_process，如果状态机仍然是OV2640_TRANSFER则继续等待传输完成。直至缓冲区的数据发送完成后，状态机再次变为OV2640_READY，如此循环。该DCMI帧中断调用过程主要代码如下:
void ov2640_jpeg_data_process(void)
{
if(c_ov2640_state_machine==OV2640_GATHERING) //采集中，则表示采集完一帧
{
通乳器DMA_Cmd(DMA2_Stream1, DISABLE);//停止当前传输
while (DMA_GetCmdStatus(DMA2_Stream1) != DISABLE){}//等待DMA2_Stream1可配置
m_jpeg_transfer_len = (JPEG_BUF_SIZE-DMA_GetCurrDataCounter(DMA2_Stream1))<<2;//得到此次数据传输的长度
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