文献综述-面向单片机的图像传输显示系统的设计与实现.doc

浙江工业大学本科毕业设计文献综述本科毕业设计文献综述 （2015届）论文题目 面向单片机的图像传输显示系 统的设计与实现 作者姓名 指导教师 学科(专业) 计算机1102 所在学院计算机科学与技术学院 提交日期2015年3月 9面向单片机的图像传输显示系统的设计与实现摘要：本文是面向单片机的图像传输显示系统的设计与实现的一篇文献综述，先介绍项目的产生及其研究目标意义，然后介绍项目的国内外研究方向现状，就目前情况做一个简单介绍，明确当前同类项目的研究情况。接着本文简述基于蓝牙的图像传输技术和安卓系统的控制方案特点，最后介绍的是设计实现开发中需要运用的关键技术。关键词：蓝牙，远程控制，单片机，安卓系统，图像传输，opencv一、引言智能技术的快速发展使我们的生活进入到智能时代。家居生活的智能化是当今计算机网络与通讯技术最人性化的应用1。2006 年，智能化的家居已经开始以富含科技含量的住宅为依托平台进行智能化控制。智能家居利用先进的网络技术、无线通信技术、计算机技术、电力自动化技术。将与家居生活相关的各种设备有机的结合在一起，通过网络化的管理，让家居生活更优质、高效、舒适、安全2。智能的 IOT（Internet Of Things）相关的物联网技术掀起了继计算机、互联网后世界信息产业的第三次科技浪潮，我们可以完成对被感知物体的监测和控制，通过智能化物联网技术局域传感网和云端互联网连接在一起，这项技术也为智能家居的发展提供了新的方法，国际上，美国总统奥巴马在2009年初将物联网和新能源列为今后 20 年内推动经济发展的新引擎，IBM 也随后马上提出“智慧地球”的策略，致力于建立新的物联网时代。2009 年 8 月份，温家宝总理也提出要大力建设“感知中国”，并在无锡建立了感知中国中心3。“多网融合”、“多屏合一”等概念是近年来科技公司提出的新概念，电视、手机、平板电脑、智能穿戴设备等多硬件多屏幕的生活形式将会给生活带来更加人性化的互动，智能化的家具设备将是未来的一大趋势。遵循目前的行业发展趋势，许多巨头科技公司参与到智能硬件的领域，接下来的几年将是智能家居产业的爆发期，创建有趣味、有创新的家居生活方式将是顺理成章的事情。从 2010 年开始，智能手机的发展趋势已经无法阻挡， 呈现多头的发展趋势，在智能手机市场，主要是两大阵营，第一个是苹果公司，第二个就是安卓联盟。截止 2014 年，全球智能手机市场 83%的份额是 Android 手机所拥有，不管是在哪个个大洲，都占据绝对的统治地位，尤其在亚洲。智能手机的普及率在中国达到了 66%。从智能手机提出以来，发展经历了好几个阶段，其中 2012年 5 月，一款叫做 AndroidHome 4的应用程序在 Google 的年度的 I/O 开发者大会上被推出，家用电灯的开关可以通过该程序在 Android 智能手机或智能平板电脑上控制其开关，其他主要的功能是可以控制无线智能立体声音箱系统。AndroidHome 项目的提出，智能硬件领域从此多了 Android 系统的加入，使智能家居又向前迈出了一大步。同时 Android 设备的不断崛起，说明智能家居硬件控制体系的主流控制方式将慢慢的用 Android 系统的远程控制技术和解决，智能手机可以通过 WiFi、蓝牙、4G 网络等全方位的无线控制方式控制其他智能硬件家居设备。数字化的图像系统可以充分利用计算机快速处理能力，对齐进行压缩、分析、存储和显示5。在未来的智能化家庭，就可以通过智能手机终端将手机中的图像传输到指定的智能硬件上面，甚至可以通过智能硬件控制智能手机的照相功能。单片机以其性能好、体积小、价格优、功能齐全等突出优点被广泛应用于家用电器、计算机外设、通讯、工业控制、自动化生产、智能化设备以及仪器仪表等领域，成为科研、教学、工业技术改造最得力的工具6。在未来，通过智能手机和单片机的结合将使智能硬件式的家居生活方式更容易实现，创建有趣味、有创新不再是问题。二、研究意义近年来，在科学技术的快速发展的基础上，互联网已经融入人们的生活之中，一切的行为信息都可以通过数据存储和分享等，家居环境和设施的智能化也可以通过这样的方式实现，人们对此有了更高的期望，无论何时何运用移动智能设备控制智能家居硬件，我们终会实现家居硬件与生活的互动，更加舒适、安全、人性、智能的居住环境是能够在现实中实现的。现代家居需要将一些静止的设备转变为具有能动智能的硬件。使得家居硬件与外部环境保持有趣的信息的交流。实现了信息的全方位交互,智能家居系统致力于为用户营造一个更为安全、灵智、简便、时尚的数字化居家空间，带来全新的、高尚的、智能的生活体验7。智能家居硬件一直在改变着人们的生活方式和工作方式，人们的日常生活将更加智能化。“面向单片机的图像传输显示系统的设计与实现”是通过蓝牙通信通道，使用单片机来控制和连接安卓手机相机系统，同时通过手机应用，实现拍照和传输图像并显示在单片机 LCD 屏幕上的目的。这个充分利用单片机的性能好、体积小、价格优的特点，以及智能手机普及的现状，实现安卓系统和单片机之间的相机控制、拍照、图像处理、图像传输、图像显示的功能。本设计的开发，能够以低成本的方式，实现智能化硬件之间的相互控制，为智能化家居生活提供一个方面的解决方案，充分利用与生活相关的智能手机和智能硬件，实现智能化的交互动作，提升人们的生活品质。三、国内外研究现状众所周知，一个完整的家居环境组成有电梯、冰箱、灯光、空调、电磁炉、插座等各种设备，能够实现这些设备的电子控制是 1984 年在美国率先实现的，在这个家居建筑系统里面不仅能够控制家居，而且还能进行监控，收发邮件和语言控制等功能。这算是智能家居的开创时代。智能家居的各种方案相继出现在德国、日本、美国等经济比较发达的地区。美国电子工业协会于 1988 年编制了第 1 个适用于家庭住宅的电气设计标准，即家庭自动化系统与通讯标准，也有称之为家庭总线系标准（HBS）8。最近几年，随着人们生活水平的提高，智能家居技术不断成熟、三网融合的实现、物联网的发展，必然使智能家居迎来了新的阶段。随着移动智能手机的日益普及，尤其是安卓系统手机的高占有率，未来智能家居控制的方向是智能移动设备。2014 年，依据第三方数据挖掘和整合营销机构艾媒咨询（iiMedia Research）的数据，中国智能手机市场上半年的销量达到 18556.3 万部，全年有望突破 4 亿部大关，约占全球销量的三分之一以上，成为全球炙手可热的智能手机销售区域9。进入互联网时代，智能家居控制将成为国外流行的时尚文化，据不完全统计，在未来十年中，该市场的容量高达到 600 亿美元，是个十分巨大的市场机会。我们国家的智能家居开始20世纪90年代末。1999年，国外智能家居产品开始进入中国市场标志是外商永泰峰公司带着其ApBus产品参展出现在深圳首届高交会上。中国电力科学研究院在 1999 年开始了对电力线高速数据通信技术的研究。2010年，它显然已成为中国智能家居行业的拐点：国家关于物联网与三网合一政策的大力支持，各个国内外优秀 IT、家电、通讯、安防等行业领军企业开始全面涉足智能家居行业，无形中对中国智能家居行业做了一次最大的规模的市场宣传与美好未来展望，可以说，中国智能家居行业开始由成长正在走向成熟10。近年来，Android 智能手机在中国占主导份额，Android 智能手机成了智能家居控制终端的方向。2012年9月，乐得威全功能 Android 智能家居软件正式发布，乐得威智能家居终端软件集可方便的安装在 Android 智能手机上，手机与家中的智能主机相连。具统计资料显示，目前我国已有70%的安有网络宽带，在一线、二线城市化进程中，将有50%左右的住宅要实现智能化控制，由此看来我国智能家居控制系统前景还是可观11。蓝牙技术是一种经济的无线解决方案，智能手机中都配备了蓝牙模块，蓝牙具有方便、可靠、容易使用的特点。在智能家居的控制方面，蓝牙技术是相当可靠的实现方式。我国将住宅小巧智能化定义为：利用 4C 技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境12。四、图像传输方案实现结构该面向单片机的图像传输实现方案，是多硬件远程控制实现的方案。智能手机端和单片机端，通蓝牙连接，实现单片机控制手机拍照、图像传输的功能。在图像传输的过程中，会经过opencv二值运算，处理之后的图像显示在单片机LCD屏幕上。由此完成整个设计智能化控制方案。系统框架如图：图1实现框架图基于蓝牙的图像传输方案中，主要有两大智能化硬件，分别是单片机和安卓手机，单片机主要包含蓝牙、显示屏、模数转换器、蜂鸣器等，蓝牙负责无线连接的功能实现，单片机通过uart中断服务依次接收数据保存在Flash内，接收完成后发送信号通过LCD显示出图片。安卓手机主要用到的模块是触摸屏、蓝牙模块、摄像头，实现的功能是通过APP的控制，使用安卓手机的摄像头完成拍照动作，可以通过手机APP选择需要传输图像的特征方式，之后手机内通过opencv二值化处理，数模转换，将数据打包分为1000个分别通过蓝牙依次传输到单片机上。蓝牙通信实现主要是以下步骤，第一步：初始化。第二步：搜索蓝牙设备。第三步：选定扫描到的设备并建立连接。第四步：数据传输。五、方案实现技术方法研究5.1 蓝牙技术蓝牙是一种经济的无线解决方案14,蓝牙是一种短距离无线通信技术,成本低、功耗小、传输速率较高、抗干扰能力强、组网灵活15。蓝牙具有小型化无线电、低功率、低成本、内置安全性、稳固、易于使用、即时联网等功能特点，是市场上得到认可的主导短距离无线技术。蓝牙模块的开发模式分为2类:16、单微控制器模式。、双微控制器模式。5.2 安卓系统Android 是基于 Linux 的免费和开放源代码的操作系统，主要用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由谷歌公司和开放手机联盟领导和发展。没有统一的中文名字，很多人利用中国大陆的“安卓”或“安致”作为称呼。第一款Android智能手机在2008年10月发布。Android 逐渐扩展到平板电脑和其他领域，如电视、数码相机、游戏机等。2011第一季度 Android 在全球市场份额首次超过Symbian，居世界第一位。在2013年第四季度，全球市场份额的Android 手机平台已经达到78.1%17。Android 智能手机在国内智能手机市场占据了较大的份额。此统由操作系统、中问件、用户界面和应用程序组成。Android 程序可以利用其他应用程序的资源18，所以应用开发Android系统成了常态。Android的优势决定了它的盛行，它有着开放性和灵活性，使用 Java 语言开发，高兼容，硬件选择丰富的特性。5.3 二值图像处理为了提高图像处理的速度，工业上一般采用处理过程相对简单的二值化图像，因此如何合理选取二值化阈值，使之同时满足速度和精度的要求，就成了一个关键的问题19。图像二值化是图像分析与处理中最常见最重要的处理手段，二值处理方法也非常多。越精准的方法计算量也越大。图像二值化是图像处理的一项基本技术20。在本方案中不仅涉及蓝牙21模块的调用，安卓系统APP开发，还涉及到图像处理相关技术实现，本方案中主要采用的是图像二值化处理的实现。5.4 单片机 单片机（Microcontrollers）22是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪 80 年代，由当时的 4 位、8 位单片机，发展到现在的 300M 的高速单片机。随着多媒体技术的快速发展，对图像采集及处理技术系统的性能提出了更高的要求23。单片机在图像采集中又有着简单易用的功能特性，因此被广泛应用于简单的图像采集研究。六、总结与展望智能家居通过有线和无线网络等手段将家居中的设备“智慧化”,实现了物与物、人与物之间的通信24。智能硬件的发展和智能生活的定位，使智能化生活成为一种可能。智能家居将物联网技术、通讯技术、Android 技术相结合，采用 Android 图形界面交互，能够直观、简易的交互是未来的趋势。“面向单片机的图像传输显示系统的设计与实现”是一个智能设备间联合作用的解决方案，能够实现远程控制手机拍照、图像转化、图像传输等功能，为人们生活中有趣的使用智能设备做出了贡献。该设计方案能够提升人们的生活品质，智能终端的高效利用，不仅能够丰富人们的生活，市场前景非常广阔。参考文献：1 肖凌云. 基于无线通信的家居集中控制系统的设计J. 武汉理工大学，2007. 2 张良. 智能家居控制系统的设计与开发D. 重庆:重庆人学, 2011. 3 金逸超. 基于物联网环境的智能家居系统的研究与实现D. 南京: 南京邮电大学, 2011.4 Googles platform extends its reach with Android Home. 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