紅外方式數(shù)字圖像采集報警系統(tǒng)的設(shè)計
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1 AT91SAM7S64的特點
AT91SAM7S64是Atmel公司的32位單片機(jī)，具有高性能、低功耗、全速USB2.0接口及豐富的外圍接口資源等特點，是連接PC、手機(jī)等外設(shè)應(yīng)用的理想芯片。AT91SAM7S64單片機(jī)采用納瓦技術(shù)符合業(yè)界對低功耗設(shè)計的要求。其工作電壓范圍為2.0 V～5.0 V之間。當(dāng)頻率為32 kHz、電壓為2.0 V時，工作電流典型值為8.5 A，當(dāng)頻率為1 MHz、電壓為2.0 V時，典型值為100 A。當(dāng)電壓為2.0 V時，看門狗定時電流典型值為1 A[1-2]。
2 硬件組成
圖像采集報警系統(tǒng)由紅外報警電路、電源電路、USB接口電路、OV6620圖像傳感器采集電路、CPU接口電路、CPU外部EEPROM等電路組成，如圖1所示。
2.1 處理器
該系統(tǒng)處理器采用Atmel公司的AT91SAMS64芯片，與其他系列的單片機(jī)實現(xiàn)的電路相比，其外圍擴(kuò)展電路極少。報警系統(tǒng)中，與上位機(jī)的通信由USB完成，該處理器集成了USB設(shè)備的端口，使它成為連接外設(shè)的理想芯片，如PC機(jī)和手機(jī)等。此外圖像采集需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，AT91SAM7S64有64 KB的高速Flash和16 KB的 SRAM，但在OV6620圖像傳感器連續(xù)采集圖像并傳輸數(shù)據(jù)時明顯空間不充裕，所以需要外接存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。紅外傳感器在采集到紅外感應(yīng)信號后經(jīng)紅外傳感處理器處理后，輸出信號，該信號由0 V～3.3 V的電壓跳變可直接連接CPU，AT91SAM7S64經(jīng)由通用輸入輸出口接收到信號跳變后，通過I2C與圖像傳感器OV6620進(jìn)行通信，獲取圖像，進(jìn)而把圖像通過8條并行接口回傳給CPU,并存入外接存儲器中。
2.2 紅外信號處理
紅外信號處理部分采用BISS0001紅外信號傳感處理器，它是由運算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器及參考電壓源等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐??？蓮V泛應(yīng)用于多種傳感器和延時控制器。BISS0001利用運算放大器OP1組成傳感信號預(yù)處理電路，將信號放大。然后耦合給運算放大器OP2，再進(jìn)行第二級放大，同時將直流電位抬高為VM（≈0.5 VDD）后，送到有比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號Vs。由于VH≈0.7 VDD、VL≈0.3 VDD，所以，當(dāng)VDD=5 V時，可有效地抑制±1 V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性[3]。在紅外報警電路中，當(dāng)紅外傳感器接收到信號后經(jīng)BISS0001處理后由BISS0001的引腳2輸出，在此芯片中由于信號輸出時測量其引腳為3.3 V故可將該引腳直接連接CPU。紅外信號傳感電路其電路設(shè)計圖如圖2所示。
2.3 圖像傳感
OV6620需要5 V的穩(wěn)定電壓進(jìn)行供電，它是彩色/黑白圖像傳感器，通過I2C與CPU之間進(jìn)行通信，最高像素為352 ×288幀速率為26 fps，一幀2場，每秒約為50場，即每20 ms就有一幅圖像產(chǎn)生。它支持連續(xù)和隔行2種掃描方式，CIF和QCIF兩種圖像格式，數(shù)據(jù)格式包括YUV、YCrCb、RGB 3種，能夠滿足一般圖像采集的需求。OV6620內(nèi)部有50個可編程寄存器，通過AT91SAM7S64的TWI協(xié)議對其進(jìn)行設(shè)置，以中斷方式同步圖像數(shù)據(jù)輸出OV6620的Y0～Y7通道輸出的8位并行數(shù)據(jù)實時傳送給CPU。
2.4 外存儲器
AT45DB041D是一款2.5 V或2.7 V、串行接口的Flash存儲器，是各種數(shù)字語音、圖像、程序代碼和數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用的理想選擇。AT45DB041D支持RapidS串行接口，適用于要求高速操作的應(yīng)用。RapidS串行接口兼容SPI，最高頻率可達(dá)66 MHz。AT45DB041D的存儲容量為4 325 376位，組織形式為2 048頁，每頁256或264字節(jié)。除了主存儲器外，AT45DB041D還包含2個256/264字節(jié)的SRAM緩沖區(qū)。緩沖區(qū)允許在對主存儲器的頁面重新編程時接收數(shù)據(jù)，也可寫入連續(xù)的數(shù)據(jù)串。通過獨立的“讀-改-寫”3步操作，可以輕松實現(xiàn)EEPROM仿真（可設(shè)置成位或字節(jié)）。DataFlash通過RapidS串行接口順序訪問數(shù)據(jù)，而不像傳統(tǒng)Flash存儲器那樣通過復(fù)用總線和并行接口隨機(jī)存取。簡單順序訪問機(jī)制極大地減少了有效引腳的數(shù)量，有利于硬件布局，增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性，將切換噪音降至最小，為了實現(xiàn)簡單的在系統(tǒng)重復(fù)編程，AT45DB041D并不需要高輸入電壓來支持編程。AT45DB041D工作在獨立的2.5 V～3.6 V或者2.7 V～3.6 V電壓下，用于編程和讀取操作[4]。AT45DB041D可通過片選引腳（/CS）使能，并通過3-wire接口訪問，3-wire由串行輸入（SI）、串行輸出（SO）和串行時鐘（SCK）組成。所有的編程和擦除周期都遵循自時序。
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