摘 要

利用微型飞行器搭载复眼相机从而实现复杂场景的快速构建研究已逐渐成为机器视觉领域的研究热点，它在民用，军事和国防领域的应用范畴非常广泛。

为了利用复眼技术快速构建复杂视场三维动态场景，由微型飞行器搭载的复眼摄像头拍摄的场景图片必须快速利用无线通信技术传输至终端，存储在数据库中进行相应的处理，以达到快速构建复杂场景的目的。本设计基于对STM32F407ZG的硬件设计，详细深入研究了Wi-Fi(wireless fidelity)无线通信，实现了复眼采集数据实时回传。主要研究工作如下：

设计出满足毕业设计要求的项目方案：采用STM32F407ZG控制处理器搭载ESP8266无线通信模块通过TCP/IP协议与服务器建立通讯，实现对复眼相机数据的回传功能。

采用SDIO接口控制SD卡存储图片，实现将其对应的数据流自动读取发送到上位机，并将其按照JPG图片格式存储的功能。

关键词：WIFI；SD卡；数据流；复眼采集数据实时回传

Abstract

It has become a research hotspot in the field of machine vision to use the micro-aircraft to carry a compound eye camera to realize the rapid construction of complex scenes. It has a wide range of applications in the civil, military, and defense fields.

In order to use the compound eye technology to rapidly construct complex 3D dynamic scenes, the scene pictures taken by the compound eye camera mounted on the micro-aircraft must be quickly transmitted to the terminal using wireless communication technology, stored in the database and processed accordingly, in order to quickly build complex scenes. purpose. This design is based on the hardware design of the STM32F407ZG, in-depth study of Wi-Fi (wireless fidelity) wireless communications, real-time return data collected by compound eye. The main research work is as follows:
Design a project plan that satisfies the graduation design requirements: Use the STM32F407ZG control processor ESP8266 wireless communication module is equipped to establish communication with the server through the TCP/IP protocol to realize the data transfer function of the compound eye camera.
The SDIO interface is used to control the SD card to store pictures, and the corresponding data stream is automatically read and sent to the host computer, and the functions are stored in the JPG picture format.

Keywords: WIFI; SD card; data flow; Real-time return of compound eye collection data

目录

第1章 绪论 1

1.1 论文研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 论文的课题支撑 5

1.4 论文主要研究内容 5

第2章 总体方案设计 6

2.1 系统总体架构 6

2.2 主控模块 6

2.2.1 设计思路 6

2.2.2 STM32F407简介 7

2.2.3 主控模块电路 7

2.3 系统总体流程 8

2.3.1 流程图 8

2.3.2 流程说明 9

2.4图片传输格式的设计 11

2.5 本章小结 11

第3章 SD卡运行流程及图片显示程序 11

3.1 SD卡简介 11

3.2 SDIO主要功能及框图 12

3.2.1 SDIO控制器功能 12

3.2.2 SDIO的时钟系统 12

3.2.3 SDIO的命令及响应 13

3.3 SD卡初始化流程 13

3.4 SD卡硬件设计及FATFS系统读取操作 15

3.4.1 SD卡硬件连接 15

3.4.2 FATFS文件管理系统 15

3.4.3 SD卡读取 16

3.5 图片显示程序 17

3.6 本章小结 17

第4章 无线传输模块 18

4.1 无线传输方案 18

4.1.1 三种无线传输方案对比： 18

4.1.2 无线通信频段 19

4.2 ESP8266 WiFi模块 19

4.2.1 ESP8266介绍 19

4.2.2 ESP8266模块电路 20

4.2.3 ESP8266模块功能 21

4.2.4 ESP8266硬件连接 21

4.3 AT指令控制 23

4.3.1 相关AT指令 23

4.3.2 AT指令测试 24

4.4 本章小结 26

第5章 无线通信系统验证 26

5.1 系统测试平台 26

5.2 测试过程 27

5.3 测试结果 29

5.4 本章小结 29

第6章 全文总结与展望 30

6.1 全文总结 30

6.2 研究展望 30

参考文献 31

附录A 程序代码 33

附录B 总电路图 41

致 谢 42

第1章 绪论

1.1 论文研究背景

如今，光学成像和探测系统已经逐渐渗透进生活生产的方方面面。由于应用领域的不断扩大，对军事和监控方面光学检测系统性能的要求越来越高。传统的单孔径光学系统已经由于分辨率较低，体积较大，功能较少逐渐被市场淘汰。取而代之的便是能够克服这些缺点并能具有更大的成像视场以及更丰富的三维立体信息人工复眼。近年来基于全景立体成像技术的人工复眼研究成为了热点。国内外不少学者开始对人造复眼进行研究。目前，一些人造复眼的研究成果已应用于雷达系统，微型飞机和搜寻船舶。跟踪和制导武器，微型复眼相机，运动机器人和其他防卫和民用领域。例如：智能机器人在较大复杂场景下的行动需要能识别并规避障碍物、一些开发地图导航APP的公司需要能够采用虚拟现实技术来创建三维的立体地图，使导航更加精确有效、军用无人机需要能够携带复眼系统对复杂场景进行快速的构建，或者对移动的目标进行定位，以便采取更精确的军事行动等等。

而其中利用微型飞行器搭载复眼相机从而实现复杂场景的快速构建研究已逐渐成为机器视觉领域的研究热点，它在民用，军事和国防领域的应用范畴十分广泛。为了利用复眼技术快速构建复杂视场三维动态场景，由微型飞行器搭载的复眼摄像头拍摄的场景图片必须快速利用无线通信技术传输至终端存储在数据库中进行相应的处理。

随着通信技术的不断创新，近场无线通信技术主要包括蓝牙，RFID，Zig Bee等。都有低成本，低功耗和小型化的共同特点，远程无线传输主要包括4G移动通信技术，WIFI技术，有着抗干扰性强、传输速率高、带宽大和保密性好等诸多优势。这些技术被广泛应用于生活生产的方方面面。

基于本次研究方向是利用微型飞行器搭载复眼相机进行数据图像采集、回传，则主要考虑中远距离的无线传输方式。

1.2 国内外研究现状

随着光信息采集要求的不断发展，单孔径光学系统场景采集越来越无法满足高效化、三维化的工程需求；模仿生物复眼，以多孔径光学系统代替单孔径光学系统，成为一个新的工程研发和应用方向。

昆虫复眼具有大视场、微体积等特点，基于仿生学原理，人们不断创新人造复眼成像系统，以期模仿昆虫复眼体积小、质量轻、视场大等特点。

1826年，米勒(Miiller)提出的复眼理论；1891年，埃克斯纳(Exner)提出了复眼光叠加机制(superposition mechanism)，随后的研究集中于昆虫复眼的生理结构等问题。20世纪中期以来，仿生学(Bionics)得到了发展，视觉仿生(Visual Bionics)成为仿生学研究的一个重要方向，昆虫仿生复眼技术(Technique of Insect Bionic Compound Eyes)得到了快速发展。

20世纪90年代以来各国学者对人造复眼作了大量的研究和开发^[1]。在日本，Tanida^[2]等学者根据蜻蜓复眼结构提出了一种小型复眼成像系统TOMBO。设计人员将TOMBO形状设计成平面型安装在探测器上，通过其大视场特点来探测更大范围内的光信息。

在德国，Duparre J^[3-4]等学者提出并制造了一种同位复眼成像系统AACEO(Artificial Apposition Compound Eye Objective)；起初的AACEO为平面型复眼结构，后来通过一系列改进，创新为曲面型复眼结构。

在2009年左右，中国科学院开始大力投资人造复眼。发表了一大批文献，获得了规模化的引用，形成了有影响力的科研团队和学术带头人；加上西安交通大学和香港大学的人造复眼研发团队，中国在人造复眼设计、制造及光学特性研发方向，成为除日、德以外的重要科研力量。

在SCI数据库上以compound eye(复眼)为关键词，对文献进行检索，得到881篇英文文献样本。在基于人造复眼的基础上，得到文献样本234篇，经过统计发现，中国、日本、德国和美国对于文献贡献的百分比分别为39.74%，15.38%，13.25%，11.11%，总体上占79.48%人造复眼研究的主要国家^[5]。

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