Android终端及FPGA控制的智能家居系统

Android终端及FPGA控制的智能家居系统

　　2 主控中心FPGA设计

　　本系统采用FPGA作为中间控制部分的处理器主要基于以下两点考虑，首先整个系统中用到多个串口，普通单片机内部不超过3个串口，而FPGA可以根据需求搭建多个UART接口;其次FPGA可以采用平行以及流水线处理，可以完成视频数据采集、VGA接口输出等高速处理，还可完成脸部识别、指纹识别等复杂运算。设计中采用的FPGA芯片型号是Altera公司CycloneII系列EP2C8Q208C8，在QuartusII平台下用Verilog语言进行开发。

　　2.1 UART模块的设计

　　由于FPGA与各功能模块均利用串口进行通信，因此需要搭建多个UART接口，对数据进行传输和处理。UART通信模块主要由波特率产生模块、发送模块和接收模块三部分组成，其中波特率产生模块是将50MHz的主时钟经过多次分频后为UART的收发模块提供特定的波特率。

　　FPGA中的每个UART都被例化成一个子模块，各模块间通过输出输入接口进行数据的交互，此外还有一个控制模块，用于控制每个串口的发送和接收。

　　2.2 视频监控的设计

　　视频监控是家庭防盗系统中必不可少的部分，本系统通过OV7670摄像头获取视频信息，用FPGA进行数据的采集和存储，最后通过VGA接口用显示器显示出来。框架如图2所示。

图2 视频监控框架图

　　OV7670是OmmVision公司生产的CMOS摄像头，通过SCCB总线控制，图像最高达到30帧/s。FPGA先构建一个配置模块，用SCCB总线对OV7670进行初始化设置并使其开始工作，其中的SCCB总线本质为简化了的I2C总线。

　　配置成功后，FPGA将接收RGB565格式的数据，即第一个字节的前5位表示红色，第一字节的后3位和第二字节前3位表示绿色，第二字节后5位表示蓝色。数据通过SDRAM控制模块存进外部SDRAM中，SDRAM的主要作用是把图像数据以30帧/s的速率进行缓存，然后再以60帧/s的速率读出。从SDRAM读出的数据将通过VGA控制模块转换为VGA协议输出，最后通过一个三路10位高速视频DAC芯片ADV7123进行D/A转换后显示在显示器上，进行实时的监控。

　　除了可实时监控外，当系统触发警报信息后可以对视频信息存储到外接Flash中，由于Flash的容量以及读写速度有限，不能将所有视频数据保存下来，因此采样间断性存储的方法，即以图片的形式将现场的情况保存下来，这种方式既能减少Flash的容量，又可以较好地保存现场的信息。