关于GD32F350R8的都市青年家庭安防卫士的介绍和分析

1项目背景

随着都市生活节奏的加快，越来越多的青年人为了梦想漂泊在大都市中。北京上海尤为居多，而很多人几乎整个白天都不在家，家里的情况缺少有效的监测。市面上，陆续推出了很多视频监控系统，从一定程度上实现了远程监控以及查看。

本项目，借助兆易创新推出的GD32F350高性价比Arm处理器，来实现家庭安防系统的初步搭建。通过传感器对房屋状况进行有效监控。借助OV5640摄像头，热释电传感器以及雨滴传感器等，依靠GD32F350自身的硬件结构，实现了一个低成本、高准确度的家庭安防方案。

从图像处理层面，提升监控的准确性。依靠硬件自由的模块，在未增加任何硬件扩展模块(SDRAMFLASH)等的基础上，完全依靠GD32F350的自身优势，实现图像信号捕捉，采集，传感器信号捕捉、分析等实时性较强的监测事件。

该系统采用了GD32F350的以下功能：

1. UART 高性能异步通信接口

2. GPIO 通用输入输出接口

3. 内部高速PLL，108MHz的主频

4. 软件模拟I2C，SCCB协议

5. 内部FLASH读写

6. RTC实时时钟

7. Timer定时器捕获高速输入

8. DMA传输

9. Timer捕获触发DMA传输

10. 外部中断ETI

从实际测试效果和项目推进过程中所用的模块具体运行情况来看，GD32F350这款处理器，已经可以满足绝大多数生活和工业的实际需要，功能强大，性能强悍，让人欣喜不已。

2系统设计

本项目基于兆易创新的GD32F350 Arm处理器，作为《都市青年家庭安防卫士》的主控处理器，负责对白天长时间无人的家庭环境进行监测，可监测室外雨水情况，房屋人员走动情况等，可实现远程交互。

图2.1 基于GD32F350的都市青年家庭安防卫士架构图

2.1硬件设计

硬件设计采用PCB洞洞板和跳线来实现。将高速数字信号诸如摄像头的PCLK和像素信号采用焊锡在洞洞板上走线，而诸如电源和地等低速数字信号或者模拟信号采用跳线等加以连接。

图2.2 基于GD32F350的都市青年家庭安防卫士部分硬件连接图

2.2软件设计

软件设计主要围绕ov5640的驱动来实施的，程序实施原理图如下：

图2.3 基于GD32F350摄像头采集软件设计框架图

摄像头的PCLK是高速信号，需要通过Timer定时器来进行捕获，通过触发DMA请求，进行传输，整个过程中，不需要CPU参与，极大的释放了CPU的压力，而且，整个采集过程高速进行。场中断和行中断分别控制图像信号的采集。

初始化DMA, TimerA，场中断和行中断后，设置DMA循环采集模式，即可得到想要的图像数据。

程序流程图如下：

3项目完成情况

项目历时40多天，项目完成了预期的所有内容，并额外扩展了LCD显示，蓝牙显示，雨滴传感器等功能。

图3.1 都市青年家庭安防卫士实物图

实现的功能主要有：

1. 软件I2C成功实现GD32F350对摄像头的读写

2. DMA+定时器捕获实现对摄像头数据的采集

3. 利用高达108MHz的内部时钟成功实现实时图像处理

4. 实现高精度人体移动识别，识别精准率高达99.9%

5. 实现系统与蓝牙和电脑上位机的实时交互

6. 通过串口显示屏方便查阅告警信息

7. 所有告警信息，都显示具体的告警时间，精确到毫秒位（RTC实现）。

所有预期功能100%实现。

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

4项目总结与展望

4.1 项目总结

项目实现了预期的功能，并额外扩展了LCD显示，蓝牙，雨滴传感器等功能

人体移动识别率高达99.9%。

雨滴和热释电传感器为家庭生活提供了更多的提示。

4.2 未来的优化

搭建web服务器，将告警信息和监控状态实施上传。

利用QT开发中枢控制界面，以及安卓app客户端。

进一步优化图像算法，使得采集特征点降低的同时，保持较高的识别率。

5开发心得与难点

5.1开发心得

在实际的开发中，我们必须要读懂芯片手册和官方的开发者指南；另外，尽可能的查阅已有的资料和官方给出的固件库，避免走弯路。很多时候，我们需要一个逻辑分析仪来调试我们的I2C，SPI以及其它协议，一个普通的就行，淘宝上价格不是很贵。

不得不说，GD32处理器性能已经足够我们平时的开发，尤其是Arm内核的通用性，使得我们查阅资料更加方便。

5.2难点总结

1. 开发板上的硬件I2C和UART1接口是被按键和JTGA调试口占用的，需要rework以下电路才能使用。因此，建议在使用一些功能前，请认真核对以下板子原理图。

2．摄像头的PCLK速率过高，会造成中断无法响应，建议不要采用GPIO查询的方法接收PCLK，通过定时器捕捉PCLK，加上定时器电路有滤波器，会使得采集效果更好。

3. 在上电后改变PLL频率时，需要等待PLL稳定后，再切换，建议熟读手册，或者参考本项目中的相关程序。