基于STM32人员定位检测硬件系统设计

天津职业技术师范大学工程实训中心 戴健雄 王自有 刘卫华

【摘要】针对室内检测人员传统方案，利用热释电元件检测静止人员或移动缓慢人员存在设计周期长、成本高等问题，基于STM32微处理器应用图像处理技术实现人员定位检测。阐述基于STM32系统硬件电路构成、工作原理及软件设计。数据通过TFTLCD显示，数据实时可通过串口传给计算机便于观测记录。实验结果表明，人员定位检测可靠，电路结构简单。【关键词】STM32；OV7670；人员检测；图像处理

的IO口直接抓取困难，也占CPU资源。所以不是采取直接抓取来OV7670的数据，而是单片机通过读取FIFO暂存数据实现OV7670的图像采集功能，FIFO芯片的容量是384K字节，足够存储2帧QVGA的图像数据。OV7670图像采集电路通过一个的双排排针与外部通信，与外部的通信信号如图2所示：

0 引言

目前市场上室内检测人员的热释电传感器只能探测或感应移动体温人体的热源，必须要移动才能感知到有人的存在或者有人经过（自动门和红外放到就是运用了这个原理）。因此运用这种传感器做出来的探测器只能探测到移动的人，而难以判别其侦测范围是否有人的存在（静止不动的人），因此无法直接使用这种传感器作为进行有人判定。随着电子技术的发展和电路集成度及工艺的提高，基于嵌入式系统的图像采集处理平台的开发日益增多，它具有成本低廉、结构紧凑、功耗低的优点。STM32为ST公司生产的基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器，主频72MHz。OV7670是Omni Vision公司生产的一款1/6寸、有效像素30万的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，它通过美国Omni Vision公司定制的2线/3线制串行摄像头控制总线(serial camera control bus,SCCB)进行控制，输出并行的8位图像数据，VGA图像输出最高可达30帧/s。

图2 OV7670接口

1 系统总体构成

本设计以室内检测人员为应用背景设计，因此考虑便于实现把系统划分由微处理器单元、图像采集设备、图像显示设备组成。其中STM32微控制器是整个系统的核心单元，负责图像数据的处理和各单元模块的控制等；OV7670图像传感器为检测元件，负责室内图像数据的采集；由于图像传感器的时钟达24MHz，通过STM32的IO口来直接读取采集数据比较困难，容易造成数据丢失，且对CPU会造成较大的负担，所以使用 AL422B作为先入先出(FIFO)，当一帧图像缓存完后，STM32才将这一帧图像写入显存或暂存到内存中。2.8寸320×240分辨率的TFTLCD实现图像显示和数据处理结果，由于一帧ＲGB565格式(320×240)尺寸的图像达150 KB，而STM32的内部SＲAM只有64 KB，故外扩1MB的SＲAM实现图像处理。如图1所示。本设计采用SCCB来实现对OV7670的控制，stm32中的PD3配置为推挽输出,连接OV7670的OV_SCL管脚，PG13配置为为上拉输入、写数据时配置为推挽输出,连接OV7670的OV_SDA管脚，然后根据 SCCB时序图来编写驱动程序。写操作：起始信号→器件地址(0x42)→Ack→寄存器地址→Ack→写入数据→Ack→停止信号。读操作:起始信号→器件地址(0x42)→Ack→寄存器地址→Ack→停止信号→起始信号→器件地址(0x43)→Ack→读出数据→No Ack→停止信号。本文采用一个外部中断，来捕捉帧同步信号（VSYNC），然后在中断里面启动 OV7670的图像数据存储，等待下一次VSHNC信号到来，我们就关闭数据存储，然后一帧数据就存储完成了，在主函数里面就可以对这一帧图像数据处理（如送到LCD显示），同时开始第二帧数据的存储与处理，如此循环，实现摄像头功能。

图1 STM32人员定位检测系统框图

2 主要硬件电路设计

2.1 摄像头接口设计

本系统使用IO口模拟SCCB总线控制OV7670，使其可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位影像数据。因为OV7670的像素时钟（PCLK）最高可达24Mhz，用STM32F103

图3 TFT接口

2.2 TFT接口设计

Stm32与TFT液晶模块连接时，仅需将该电路考虑成一个SRAM模式即可，具体连接方式见图3所示。连接中需要注意的是，液晶模国家级大学生创新创业训练计划资助项目，项目编号：201610066111。

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ELECTRONICS WORLD・技术交流块与STM32的FSMC控制器的连接，本系统中LCD_BL(背光控制)对应PB0,LCD_CS对应PG12即 FSMC_NE4，LCD _RS对应PG0即FSMC_A10，LCD _WR对应PD5即FSMC_NWE，LCD _RD 对应PD4即FSMC_NOE，LCD _D[15:0]则直接连接在FSMC_D15~FSMC_D0，这些连接直接关系到软件初始化时相关寄存器地址设置。来，故运动目标检测过程其实就是在连续图像序列中寻找差异，并将其特征提取出来。主要图像处理：提取视频图像转灰度；图像处理；图像分割；提取相关数据。3.3 系统测试

系统利用STM32平台上实现了OV7670图像传感器采集教室场景图像并图像数据显示到TFT LCD上，同时具有抓拍功能。测试过程中，图像画面显示流畅准确，从图片中可以清晰地看出抓图过程中因抖动形成的重影的图像数据但是不影响检测。LCD画面如图6所示。由图4的图像数据，经过单片机对图像数据进行分割成（以分割成3X3为例）数据从串口发出至上位机，数据如下：0，0，76，9，123，499，0，0，15。其代表：第一行区域数据:0，0，76；第二行区域数据:9，123，499；第三行区域数据:0，0，15。

3 软件设计

3.1 底层驱动设计

本系统的软件设计在查阅摄像头及LCD等模块控制时序的基础上, 对模块进行驱动代码编写。系统使用一个外部中断来捕捉图像场帧同步信号(VSYNC)，帧中断时启动图像数据帧缓存，待到数据存储同时将这帧数据读出并在LCD上进行显示，完成后清除帧标志等待下一帧图像的处理，如此循环。

4 结束语

本文设计的基于STM32和OV7670的图像采集与显示系统能实时采集并显示现场图像，同时实现教室人员检测功能。该系统具有低成本、低功耗、小体积等优点，可方便地应用到图像处理与数据融合控制等项目中，同时，本系统在教室特定的场所取得很好的效果，为后续的图像处理和识别打下基础。系统整体不完善的地方还有很多，在今后的研究中，继续改进图像算法。

参考文献

[1]王永虹,徐炜 等.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].2008:26-40．

[2]ARM Limited.ARM Cortex-M3 Technical Reference Manual,2006．

[3]曾谢华 等.基于红外传感器的智能灯控装置设计[J].昆明冶金高等专科学校学报,2011,27(1):31-35.

[4]李慧敏 等.基于STM32和OV7670的图像采集与显示系统设计[J].传感器与微系统,2016,35(9):114-117.

图4 测试画面

3.2 软件代码功能设计

视频中的运动目标只有在连续的变化图像数据中才能体现出

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4 煤矿机械设备的主要养护措施

4.1 高度重视日常的养护工作

煤矿机械设备的管理者必须对养护工作给予重视，不要等到发生了严重的故障再去着手维修，因为这样其实耗费了更多的费用及时间成本，设备损坏期间的搁置不用，也会给企业造成经济损失。而做好前期的养护工作，不仅可以将煤矿机械设备维持在最佳的工作状态，还能够保障其高性能，确保其在运作时的安全。

首先，在日常的管理工作当中，管理者应当科学制定设备日常保养的有关细节。比方说，在煤矿机械设备结束作业之后，深度检查设备的主要零件以及各个衔接处，查看是否存在断裂和松脱的现象。对于容易受到磨损的部位，仔细查看磨损的程度，若是较为严重，则需在第一时间进行修补，避免在下次作业时出现安全事故。其次，在每次使用结束之后，必须对煤矿机械设备进行清洁，对于一些需要保持干燥的零件要多用干抹布擦拭。此外，还要查看设备的耗油情况，及时补充机油，在其在“吃饱”之后再进行作业，从而保持充足的原动力。若是遇到雨雪天气，则必须将设施放置于厂棚当中，把遮布蒙在表层，避免零件受到侵蚀[4]。4.2 规范设备的操作并制定养护制度

一方面，在煤矿机械设备的安装过程中，必须严格遵循说明书上规定的流程进行，并将所有的数据记录在案，在安装结束之后必须进行全面检查，验收之后再投入使用。操作机械设备的专业人员，必须经过专业化的培训，不仅要全面掌握设备的原理和结构，还要学会如何修理和养护，经过严格的考核之后才能够上岗。而且在使用煤矿机械设备的过程中，操作人员要切记的是不可让机器超负荷运作，定期清理操作煤矿机械设备的环境，降低对设备的磨损程度。另一方面，还需要制定科学全面的煤矿机械设备养护制度，深入贯彻“零售后”的原则，持续优化煤矿机械设备的硬件设施以及软件设施，力求将设备故障发生率降至最低。同时，通过制定合理的奖惩制度来优化管理。若工人对煤矿机械设备的养护工作做得好，则给予相应的经济奖励，从而激发其工作的积极性，反之则给予一定的惩罚。将所有的养护人员分成若干个小组，选出专门的管理人员，每日检查并且记录设备的运行情况，旨在提前发现设备当中潜在的问题。5 结语

总的来说，对于煤矿生产企业而言，煤矿机械设备的重要性不言而喻。由于其运行情况会受到多方因素的影响，所以各类故障也频繁发生。在现阶段煤矿机械设备的维修保养过程中，不仅未对前期养护给予高度重视，而且维修力度及维系技术有待提升。所以在维修故障时，必须灵活运用现代科学高端的维修技术，做好事后维修以及预测性维修。在进行设备保养时，必须高度重视日常的养护工作，规范设备的操作并制定科学的养护制度。

参考文献

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[2]孙明昊.煤矿机械设备故障诊断与维护研究[J].机械研究与应用,2015,28(6):153-154.

[3]杨超.煤矿机械设备的故障维修及预防措施分析[J].内蒙古煤炭经济,2016,15(15):27-28.

[4]解宗雨.研究煤矿机械设备的使用维修与故障的诊断[J].山东工业技术,2017,12(10):58.

作者简介：

曾苛（1983-），男，硕士，工程师，现从事采掘机械市场开发及销售工作。

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