Камера OV7670 – подключение к Arduino

Камеры всегда играли важную роль в электронной промышленности, поскольку имеют широкий спектр применений, таких как системы мониторинга посетителей, видеонаблюдения, учёта рабочего времени и другие. Современные камеры значительно отличаются от своих предшественников: они не только захватывают изображения, но и способны анализировать сцены, предоставляя высокоуровневые описания того, что они видят. Такие камеры широко используются в робототехнике, искусственном интеллекте, машинном обучении и других областях. Захваченные кадры обрабатываются с помощью алгоритмов ИИ и машинного обучения, что позволяет применять их в различных приложениях, таких как распознавание номеров, обнаружение объектов, детекция движения, распознавание лиц и многие другие.

Многие ошибочно полагают, что на восьмибитном микроконтроллере, таком как Arduino, невозможно реализовать более сложные проекты, чем простая метеостанция. Действительно, большинство проектов на Arduino ограничиваются подключением базовых датчиков и элементарных устройств. Однако потенциал этих контроллеров значительно больше, и сегодня мы разрушим этот стереотип. Мы не будем запускать Linux на AVR, как уже делали в некоторых экспериментах, но в этом руководстве мы рассмотрим подключение полноценной цифровой камеры к микроконтроллеру.

Тем не менее, даже на Arduino Uno можно подключить камеру OV7670. Правда, из-за ограниченной памяти микроконтроллера, он не сможет собрать изображение целиком. В этом случае изображение будет собираться и обрабатываться на компьютере, а Arduino будет использоваться для захвата кадров и отправки данных. Несмотря на сложность подключения камеры, проект остаётся осуществимым, и мы предложим упрощённый подход с подробными шагами и кодом для Arduino.

Камера OV7670 работает на напряжении 3.3 В, поэтому очень важно избегать подключения её напрямую к пинам Arduino, которые выводят 5 В на своих выводах GPIO. Для подключения камеры к таким пинам необходимо использовать делители напряжения, чтобы согласовать логические уровни. Это поможет защитить камеру от повреждения из-за превышения её допустимого напряжения на входах.

Однако выходы с камеры можно подключать напрямую ко входам Arduino, так как Arduino может воспринимать 3.3 В как логическую единицу.

Нам понадобятся 2 резистора номиналом от 4.7 до 10 КОм (подойдут любые в этом диапазоне) для подтяжки линий I2C к 3.3 В, а также два резистора номиналом 4.7 КОм для согласования уровня логической единицы на линии тактового сигнала.

Из-за специфики проекта и требований к высокой скорости работы, конфигурация и управление камерой реализованы без использования стандартных библиотек Arduino, на «чистом» C. Такой подход позволяет более точно контролировать работу микроконтроллера и добиться оптимальной производительности.

Для удобства работы мы вынесем определения регистров камеры в отдельный файл registers.h:

В основном файле .ino мы опишем всю логику программы:

Этот код подойдёт для всех Arduino, имеющих в основе ATMega328P (Nano, Uno, Pro Mini 328 и клоны).

Для получения изображения на компьютере мы воспользуемся простой программой SerialPortReader.

1. Подключите Arduino к USB порту компьютера. Нажмите кнопку “Check”, чтобы просканировать порты и определить, к какому подключена Arduino

2.  Нажмите кнопку “Start”, чтобы начать получать изображения

3. Как только изображение будет получено, можно будет его сохранить, нажав “Save Picture”

При сохранении изображения в поле имени файла обязательно нужно указать расширение, иначе программа будет выдавать ошибку.

Для успешной фотографии необходимо поместить желаемый объект в фокус камеры и не двигать его, так как изображение передаётся на лету и из-за скорости передачи в кадр могут вноситься искажения. Этого можно избежать, взяв, например, Arduino Due. Тогда пинов хватит и на подключение дисплея и на модем для передачи изображения по электронной почте. Дерзайте и у вас всё получится!