开题报告-面向单片机的图像传输显示系统的设计与实现.doc

本科毕业设计开题报告 （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浙江工业大学本科毕业设计开题报告面向单片机的图像传输显示系统的设计与实现一、选题的背景与意义1.1 研究开发的目的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。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，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。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。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。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4。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。数字化的图像系统可以充分利用计算机快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显示5。本方案充分利用单片机以其性能好、体积小、价格优、功能齐全等突出优点6，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。1.2 国内外研究发展现状众所周知，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）7。2003 年，三星公司也通过机顶盒和网络推出了一款全新的智能家居控制方案， 我们可以看到有很多种智能化家居控制解决方案。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，智能移动设备能给用户带来便利而且良好的交互体验，真正将智能家居打造成人性化的现代化智能的家居环境。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8。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于 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，可以说，中国智能家居行业开始由成长正在走向成熟9。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10。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11。二、研究开发的基本内容、目标，拟解决的主要问题或技术关键2.1 研究目标“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，该基于蓝牙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。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。2.2 研究的基本内容由于整个设计的设计到安卓系统和单片机，开发工作量大，不仅要实现单片机的开发，蓝牙模块的调用，还需要完成安卓SDK的开发等。本研究的具体容包括：(1) 单片机开发 单片机（Microcontrollers）12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13。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。单片机开发是本设计的主要内容之一，在单片机上，要实现蓝牙模块的调用，通过蓝牙，讲图像传输到单片机上，同时在单片机 LCD 屏幕上显示出来，显示出来的同时会控制单片机上的蜂鸣器，发出蜂鸣声。在单品机开发中要用到 CCS M4 底库，在底库中完成针脚的调用，同时实现 LCD 主控芯片的控制。(2) 蓝牙连接单片机蓝牙模块和安卓手机的蓝牙连接是本设计的关键。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: 、单微控制器模式 、双微控制器模式,即蓝牙低层协议与用户应用程序分别由主机控制器和主机来实现16。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。(3) 图像处理 在本方案中不仅涉及蓝牙模块的调用，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。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17。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18。在本方案中不仅涉及蓝牙19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。在本方案中不仅涉及蓝牙模块的调用，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。(4) 数据传输 安卓手机采集图片，在手机内通过opencv二值化，数模转换，将数据打包分为2000个分别通过蓝牙依次传输。(5) 安卓开发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。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。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%20。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21，所以应用开发 Android 系统已经风靡全球，各种高科技领域都在向 Android 进军。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。本设计中，需要开发简单界面的手机 APP，通过改 APP 的操作，完成蓝牙连接、图像拍摄、图像特征选择等任务。2.3 需要解决的技术难点安卓SDK Java开发安卓NDK C+开发opencv C+ 、C 、Java库函数CCS M4底库奇偶校验位数据传输LCD主控芯片三、研究开发的方法、技术路线和步骤(1) 系统平台：Microsoft Windows 7(2) 开发平台：安卓SDK和安卓NDK开发SDK：（ software development kit）22软件开发工具包。被软件开发工程师用于为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件的开发工具的集合。(3) 编程语言：Java和C+Java 语言是 SUN 公司于 1995 年推出的一种面向对象的新一代程序。到现在 JAVA 已经成为主流的开发语言之一，其应用领域带在继续扩大。特点第一、面向对象。 第二、平台无关性。第三、可靠性和安全性。第四、Java 还有分布性、多线程、高效性和动态性等优点。C+是一种使用非常广泛的计算机编程语言。C+是一种静态数据类型检查的、支持多重编程方式的通用程序设计语言。它支持过程化程序设计、数据抽象、面向对象程序设计、泛型程序设计等多种程序设计风格。其编译器比目前其他计算机语言的编译技术更复杂。(4) Code Composer StudioCode Composer Studio 包含一整套用于开发和调试嵌入式应用的工具。它包含适用于每个 TI 器件系列的编译器、源码编辑器、项目构建环境、调试器、描述器、仿真器以及多种其它功能。CCS IDE 提供了单个用户界面，可帮助您完成应用开发流程的每个步骤。借助于精密的高效工具，用户能够利用熟悉的工具和界面快速上手并将功能添加至他们的应用。四、研究工作总体安排与时间进度任务序号起 止 时 间阶 段 任 务 要 点12015.1.13-2014.1.20了解课题相关内容，查找中、英文资料22015.1.21-2015.3.11查阅文献资料，完成文献综述、开题报告和外文翻译32015.3.12-2015.3.20学习Java、安卓SDK开发、单片机开发等开发相关技术42015.3.21-2015.3.31分析需求，确定开发工具52015.4.1-2015.4.5进行系统的概要设计62015.4.6-2015.4.15进行系统的详细设计72015.4.16-2015.4.20系统框架及开发环境搭建82015.4.21-2015.5.21进行项目的开发92015.5.22-2015.5.25完成系统测试102015.5.26-2015.6.5整理资料、完成毕业论文112015.6.5-2015.6.10上交毕业论文、准备毕业答辩参考文献1 肖凌云. 基于无线通信的家居集中控制系统的设计D. 武汉理工大学,2007.2 陈良. 智能家居控制系统的设计与开发D. 重庆大学, 2008.3 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 夏勤艳, 马立磊. 浅谈智能家居系统的功能及发展前景J. 民营科技,2010 (2): 31-31.5 林贵有, 黄晞. 基于单片机的数字图像监控系统J. 福建电脑, 2008, 24(7):156-156.6 居水荣. 单片机开发系统综述D, 2009.7 侯海涛. 国内外智能家居发展现状J. 建材发展导向, 2004, 5: 92-93.8 吴茂林. 2014 年中国智能手机九大热点技术趋势回顾J. 个人电脑, 2014,12: 051.9 吴孜祺. 中国智能家居市场一览J. 日用电器, 2011 (7): 15-16.10 孟令许. 基于 S3C2440A 的 ZigBee+WiFi 的智能家居控制系统D成都理工大学, 2012.11 朱桑. 2012 年 H 公司智能家居营销计划书 D广州:华南理工大学, 2012.12 Chiu R, Mora-Gonzalez M, 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