1項(xiàng)目背景

隨著都市生活節(jié)奏的加快，越來(lái)越多的青年人為了夢(mèng)想漂泊在大都市中。北京上海尤為居多，而很多人幾乎整個(gè)白天都不在家，家里的情況缺少有效的監(jiān)測(cè)。市面上，陸續(xù)推出了很多視頻監(jiān)控系統(tǒng)，從一定程度上實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控以及查看。

本項(xiàng)目，借助兆易創(chuàng)新推出的GD32F350高性價(jià)比Arm處理器，來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭安防系統(tǒng)的初步搭建。通過(guò)傳感器對(duì)房屋狀況進(jìn)行有效監(jiān)控。借助OV5640攝像頭，熱釋電傳感器以及雨滴傳感器等，依靠GD32F350自身的硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)低成本、高準(zhǔn)確度的家庭安防方案。

從圖像處理層面，提升監(jiān)控的準(zhǔn)確性。依靠硬件自由的模塊，在未增加任何硬件擴(kuò)展模塊(SDRAMFLASH)等的基礎(chǔ)上，完全依靠GD32F350的自身優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)捕捉，采集，傳感器信號(hào)捕捉、分析等實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的監(jiān)測(cè)事件。

該系統(tǒng)采用了GD32F350的以下功能：

1. UART 高性能異步通信接口

2. GPIO 通用輸入輸出接口

3. 內(nèi)部高速PLL，108MHz的主頻

4. 軟件模擬I2C，SCCB協(xié)議

5. 內(nèi)部FLASH讀寫

6. RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘

7. Timer定時(shí)器捕獲高速輸入

8. DMA傳輸

9. Timer捕獲觸發(fā)DMA傳輸

10. 外部中斷ETI

從實(shí)際測(cè)試效果和項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中所用的模塊具體運(yùn)行情況來(lái)看，GD32F350這款處理器，已經(jīng)可以滿足絕大多數(shù)生活和工業(yè)的實(shí)際需要，功能強(qiáng)大，性能強(qiáng)悍，讓人欣喜不已。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目基于兆易創(chuàng)新的GD32F350 Arm處理器，作為《都市青年家庭安防衛(wèi)士》的主控處理器，負(fù)責(zé)對(duì)白天長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人的家庭環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可監(jiān)測(cè)室外雨水情況，房屋人員走動(dòng)情況等，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程交互。

圖2.1 基于GD32F350的都市青年家庭安防衛(wèi)士架構(gòu)圖

2.1硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)采用PCB洞洞板和跳線來(lái)實(shí)現(xiàn)。將高速數(shù)字信號(hào)諸如攝像頭的PCLK和像素信號(hào)采用焊錫在洞洞板上走線，而諸如電源和地等低速數(shù)字信號(hào)或者模擬信號(hào)采用跳線等加以連接。

圖2.2 基于GD32F350的都市青年家庭安防衛(wèi)士部分硬件連接圖

2.2軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要圍繞ov5640的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)施的，程序?qū)嵤┰韴D如下：

圖2.3 基于GD32F350攝像頭采集軟件設(shè)計(jì)框架圖

攝像頭的PCLK是高速信號(hào)，需要通過(guò)Timer定時(shí)器來(lái)進(jìn)行捕獲，通過(guò)觸發(fā)DMA請(qǐng)求，進(jìn)行傳輸，整個(gè)過(guò)程中，不需要CPU參與，極大的釋放了CPU的壓力，而且，整個(gè)采集過(guò)程高速進(jìn)行。場(chǎng)中斷和行中斷分別控制圖像信號(hào)的采集。

初始化DMA, TimerA，場(chǎng)中斷和行中斷后，設(shè)置DMA循環(huán)采集模式，即可得到想要的圖像數(shù)據(jù)。

程序流程圖如下：

3項(xiàng)目完成情況

項(xiàng)目歷時(shí)40多天，項(xiàng)目完成了預(yù)期的所有內(nèi)容，并額外擴(kuò)展了LCD顯示，藍(lán)牙顯示，雨滴傳感器等功能。

圖3.1 都市青年家庭安防衛(wèi)士實(shí)物圖

實(shí)現(xiàn)的功能主要有：

1. 軟件I2C成功實(shí)現(xiàn)GD32F350對(duì)攝像頭的讀寫

2. DMA+定時(shí)器捕獲實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭數(shù)據(jù)的采集

3. 利用高達(dá)108MHz的內(nèi)部時(shí)鐘成功實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像處理

4. 實(shí)現(xiàn)高精度人體移動(dòng)識(shí)別，識(shí)別精準(zhǔn)率高達(dá)99.9%

5. 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與藍(lán)牙和電腦上位機(jī)的實(shí)時(shí)交互

6. 通過(guò)串口顯示屏方便查閱告警信息

7. 所有告警信息，都顯示具體的告警時(shí)間，精確到毫秒位（RTC實(shí)現(xiàn)）。

所有預(yù)期功能100%實(shí)現(xiàn)。

程序源碼https://github.com/Janet-ZHU/Urban-youth-family-security-guard.git

4項(xiàng)目總結(jié)與展望

4.1 項(xiàng)目總結(jié)

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能，并額外擴(kuò)展了LCD顯示，藍(lán)牙，雨滴傳感器等功能

人體移動(dòng)識(shí)別率高達(dá)99.9%。

雨滴和熱釋電傳感器為家庭生活提供了更多的提示。

4.2 未來(lái)的優(yōu)化

搭建web服務(wù)器，將告警信息和監(jiān)控狀態(tài)實(shí)施上傳。

利用QT開(kāi)發(fā)中樞控制界面，以及安卓app客戶端。

進(jìn)一步優(yōu)化圖像算法，使得采集特征點(diǎn)降低的同時(shí)，保持較高的識(shí)別率。

5開(kāi)發(fā)心得與難點(diǎn)

5.1開(kāi)發(fā)心得

在實(shí)際的開(kāi)發(fā)中，我們必須要讀懂芯片手冊(cè)和官方的開(kāi)發(fā)者指南；另外，盡可能的查閱已有的資料和官方給出的固件庫(kù)，避免走彎路。很多時(shí)候，我們需要一個(gè)邏輯分析儀來(lái)調(diào)試我們的I2C，SPI以及其它協(xié)議，一個(gè)普通的就行，淘寶上價(jià)格不是很貴。

不得不說(shuō)，GD32處理器性能已經(jīng)足夠我們平時(shí)的開(kāi)發(fā)，尤其是Arm內(nèi)核的通用性，使得我們查閱資料更加方便。

5.2難點(diǎn)總結(jié)

1. 開(kāi)發(fā)板上的硬件I2C和UART1接口是被按鍵和JTGA調(diào)試口占用的，需要rework以下電路才能使用。因此，建議在使用一些功能前，請(qǐng)認(rèn)真核對(duì)以下板子原理圖。

2．?dāng)z像頭的PCLK速率過(guò)高，會(huì)造成中斷無(wú)法響應(yīng)，建議不要采用GPIO查詢的方法接收PCLK，通過(guò)定時(shí)器捕捉PCLK，加上定時(shí)器電路有濾波器，會(huì)使得采集效果更好。

3. 在上電后改變PLL頻率時(shí)，需要等待PLL穩(wěn)定后，再切換，建議熟讀手冊(cè)，或者參考本項(xiàng)目中的相關(guān)程序。