CN207251821U - 一种物联网图像采集装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种物联网图像采集装置，包括图像传感器、MCU单片机和存储器；所述图像传感器通过SPI接口与所述MCU单片机相连接，所述图像传感器捕捉环境中目标物体的图像；所述MCU单片机通过I2C接口与所述图像传感器相连接，所述MCU单片机对所述图像传感器捕捉到的图像进行处理；所述存储器通过SPI接口与所述MCU单片机相连接，所述存储器将所述MCU单片机处理好的图像进行存储；所述MCU单片机还通过RS232接口与上位机相连接。本实用新型用单片机直接与CMOS图像传感器相连，采用Flash为图像存储器，RS232为图像传输协议，并且多帧图像拼接成一幅图像的方法，实现了远程监控。

Description

一种物联网图像采集装置
技术领域
本实用新型涉及物联网监控技术领域，特别涉及一种物联网图像采集装置。
背景技术
物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别等各种传感技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。目前业界普遍认可的物联网概念是通过射频(RFID)、红外感应器、全球定位***(GPS)、激光扫描器、环境传感器、图像感知器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
在很多场合，由于客观条件限制，人们不可能进入现场进行直接观察，只能用适应性更强的电子图像设备来代替完成。在此背景下发展起来的图像技术成为人们关注的热点应用技术之一，它以直观、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。而在物联网***中实现图像采集，必须要考虑物联网的以下特点：
(1)物联网节点对价格敏感。物联网是信息传感技术的大规模应用，传感节点数目成百上千，若每个节点的成本提高一点，整个物联网***的成本就会提高很多，所以传感节点图像采集的成本应尽量低。
(2)大部分物联网应用对图像质量要求不高。图像采集主要是帮助用户不需要到现场就可以观察现场情况，对于大多数应用只要能分辨出现场场景即可，没必要采集很高像素的图像。
(3)基于成本考虑，物联网大多选用RS232、ZigBee或GPRS等传输速率不高的联网方式，图像传输时间较长。但许多监测节点安放的位置固定，采集的图像是准静态图像，也就是说，大部分情况下图像是不变的，所以对帧率要求不高。即使图像采集的速度慢一些，也不会对现场情况的观察有太大的影响。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种物联网图像采集装置，用单片机直接与CMOS图像传感器相连，采用Flash为图像存储器，RS232为图像传输协议，并且多帧图像拼接成一幅图像的方法，实现了远程监控。
(二)技术方案
一种物联网图像采集装置，包括图像传感器、MCU单片机和存储器；
所述图像传感器通过SPI接口与所述MCU单片机相连接，所述图像传感器捕捉环境中目标物体的图像；
所述MCU单片机通过I2C接口与所述图像传感器相连接，所述MCU单片机对所述图像传感器捕捉到的图像进行处理；
所述存储器通过SPI接口与所述MCU单片机相连接，所述存储器将所述MCU单片机处理好的图像进行存储；
所述MCU单片机还通过RS232接口与上位机相连接，所述MCU单片机将存储好的图像上传至所述上位机。
进一步的，所述MCU单片机将所述图像传感器捕捉到的连续3帧图像拼成一幅图像再存储至所述存储器。
进一步的，所述图像传感器选用1/13英寸QVGA格式CMOS图像传感器芯片SP0828。
进一步的，所述MCU单片机选用低功耗8位微处理器STM8S207S6。
进一步的，所述存储器为Flash图像存储器。
再进一步的，所述Flash图像存储器选用SST25VF020。
(三)有益效果
本实用新型提供了一种物联网图像采集装置，用单片机直接与CMOS图像传感器相连，采用Flash为图像存储器，RS232为图像传输协议，并且多帧图像拼接成一幅图像的方法，实现了远程监控，其结构简单，体积小巧，成本低廉，实时性好，应用领域广泛，既可单独作为独立的图像采集***，又能以非常低的成本附加到其他物联网传感节点上，使物联网节点具有采集和传输图像的功能，更大程度上方便用户使用。
附图说明
图1为本实用新型所涉及的一种物联网图像采集装置的***结构框图。
图2为本实用新型所涉及的一种物联网图像采集装置的硬件连接图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型所涉及的实施例做进一步详细说明。
如图1所示，一种物联网图像采集装置，包括图像传感器、MCU单片机和存储器；图像传感器通过SPI接口与MCU单片机相连接，图像传感器捕捉环境中目标物体的图像；MCU单片机通过I2C接口与图像传感器相连接，MCU单片机对图像传感器捕捉到的图像进行处理；存储器通过SPI接口与MCU单片机相连接，存储器将MCU单片机处理好的图像进行存储；MCU单片机还通过RS232接口与上位机相连接，MCU单片机将存储好的图像上传至上位机。
图像传感器负责图像的采集，采集的图像数据由MCU单片机实时读取。图像传感器的分辨率为240×320，数据量为150KB，而MCU单片机的内部RAM只有2K，存不下一帧图像，因此在MCU单片机上再外挂存储器，MCU单片机将读取的图像数据转存入存储器。由于图像数据转存入存储器需要占用数据采集的时间，这就导致MCU单片机会错过部分数据的额采集，根据所采图像为静态图像这一应用背景，错过的数据可通过下两帧图像替代，由此用三帧图像拼成一幅图像，等一幅图像采集转存完毕，单片机再从存储器中读取图像数据，通过RS232接口传输到上位机。
SP0828是一款完整的1/13英寸QVGA格式CMOS图像传感器芯片，支持RGB565、YUV422、RawBayer和Format图像格式，最高像素为240×320，最高帧速率为30帧/s，能够满足物联网传感节点图像采集的要求。SP0828可工作在3种模式下：普通sensor、EMI和SPI，三种模式的选择可通过I2C总线控制内部可编程功能寄存器来实现。本装置采用SPI模式，RGB565格式图像输出。
MCU单片机选用高性能低功耗的8位微处理器STM8S207S6，它运行速度快，最高可以达到24MHz。内部资源丰富，拥有32KB的***内可编程Flash，2KB的内部RAM，1024B的EEPROM，2个可编程的串行UART接口，一个最高速度可达400bit/s的硬件I2C接口，一个可工作在主从模式的最高速度可达10bit/s的硬件SPI接口等。并且它的开发工具简单，易于使用，价格便宜。因此，选用该款单片机不仅不需要配置额外器件，而且大大降低了成本及缩短了开发时间。
存储器选用Flash图像存储器SST25VF020，总容量为256KB，单电源读和写操作，工作电压为2.7～3.3V，低功耗，工作电流为7mA，等待电流为3uA，SPI接口可接受SPI时钟频率高达33MHz，快速编程、快速擦除、快速读取等，满足图像存储的要求。
如图2所示，MCU单片机U2通过硬件I2C接口对CMOS图像传感器U1的内部寄存器进行初始化，通过硬件SPI接口接收CMOS图像传感器U1发送的数据。因为Flash图像存储器U3也是SPI接口，所以Flash图像存储器U3与CMOS图像传感器U1分时复用MCU单片机U1的硬件SPI接口。
CMOS图像传感器U1的SPI_CS引脚为SPI接口片选，低电平有效，只有该引脚为低电平，CMOS图像传感器U1才能接收MCU单片机U2的SPI时钟，然后往MCU单片机U2传送数据，该引脚连接MCU单片机U2的PD7普通I/O口。U1的ECLK引脚为主时钟输入引脚，连接MCU单片机U2的CLK_CCO口，MCU单片机U2通过该口为CMOS图像传感器U1提供16MHz的主时钟。U1的SPI_RD引脚为图像控制信号输入脚，该引脚控制CMOS图像传感器U1下一帧图像是否到来，高电平有效，该引脚连接MCU单片机U2的PB6普通I/O口。U1的SPI_CLK引脚为SPI数据输出的时钟信号输入脚，该引脚连接MCU单片机U2硬件SPI的SPI_SCK口，MCU单片机U2通过该引脚为CMOS图像传感器U1提供采数时钟，CMOS图像传感器U1根据采数时钟向MCU单片机U2传输数据。U1的SPI_SDA引脚为SPI数据输出的数据信号输出脚，该引脚连接MCU单片机U2硬件SPI的SPI_MISO口，MCU单片机U2通过该引脚采集数据。U1的SPI_INT引脚为中断申请信号，CMOS图像传感器U1把每帧图像分成几次中断，MCU单片机U2响应中断，在中断服务程序里接收数据，该引脚连接MCU单片机U2具有外部中断接收功能的I/O口PB4。U1的SBDA和SCLK引脚分别为I2C接口的数据引脚和时钟引脚，连接MCU单片机U2硬件I2C接口的I2C_SDA和I2C_SCL，是MCU单片机U2对CMOS图像传感器U1内部寄存器读写操作的数据总线和时钟总线。U1的PWDN引脚为初始化信号线，该引脚连接MCU单片机U2的PC2普通I/O口，该信号线要在CMOS图像传感器U1上电的过程中拉低，只有该引脚在低电平的情况下，CMOS图像传感器U1才能正常工作。
U3的SST_CE引脚为SPI接口的片选引脚，低电平有效，该引脚连接MCU单片机U2的PD0普通I/O口。U3的SST_SO和SST_SI引脚为SPI接口的数据引脚，连接MCU单片机U2的SPI_MISO和SPI_MOSI口，与CMOS图像传感器U1的SPI_SDA分时复用SPI_MISO口。U3的SST_SCK引脚为SPI接口的时钟信号输入引脚，连接MCU单片机U2的SPI_SCK口，与CMOS图像传感器U1的SPI_CLK分时复用SPI_SCK口。
本实用新型提供了一种物联网图像采集装置，用单片机直接与CMOS图像传感器相连，采用Flash为图像存储器，RS232为图像传输协议，并且多帧图像拼接成一幅图像的方法，实现了远程监控，其结构简单，体积小巧，成本低廉，实时性好，应用领域广泛，既可单独作为独立的图像采集***，又能以非常低的成本附加到其他物联网传感节点上，使物联网节点具有采集和传输图像的功能，更大程度上方便用户使用。
上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种物联网图像采集装置，其特征在于：包括图像传感器、MCU单片机和存储器；
所述图像传感器通过SPI接口与所述MCU单片机相连接，所述图像传感器捕捉环境中目标物体的图像；
所述MCU单片机通过I2C接口与所述图像传感器相连接，所述MCU单片机对所述图像传感器捕捉到的图像进行处理；
所述存储器通过SPI接口与所述MCU单片机相连接，所述存储器将所述MCU单片机处理好的图像进行存储；
所述MCU单片机还通过RS232接口与上位机相连接，所述MCU单片机将存储好的图像上传至所述上位机。
2.根据权利要求1所述的一种物联网图像采集装置，其特征在于：所述MCU单片机将所述图像传感器捕捉到的连续3帧图像拼成一幅图像再存储至所述存储器。
3.根据权利要求2所述的一种物联网图像采集装置，其特征在于：所述图像传感器选用1/13英寸QVGA格式CMOS图像传感器芯片SP0828。
4.根据权利要求2所述的一种物联网图像采集装置，其特征在于：所述MCU单片机选用低功耗8位微处理器STM8S207S6。
5.根据权利要求2所述的一种物联网图像采集装置，其特征在于：所述存储器为Flash图像存储器。
6.根据权利要求5所述的一种物联网图像采集装置，其特征在于：所述Flash图像存储器选用SST25VF020。
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