Development of Camera System Board Using ARM

ARM을 이용한 카메라 시스템 보드 개발에 관한 연구

Abstract

In modern society, CCTV, which is the eye of surveillance, is being used to collect image data in various ways in daily life. CCTV is used not only for security, surveillance, and crime prevention but also in many fields such as automobile and black box. In this paper, we have developed a STM32F407 ARM chip based camera system for various applications. In order to develop camera system, modeling of camera system based on 3D structure was carried out in SolidWorks environment. The PCB board design was developed to extract the PCB parts from the camera system modeling files into iges files, convert them from the Altium Designer tool into 3D and 2D boards, After designing the camera system circuit and PCB, we have been studying the implementation of the stable system by using TRM (Thermal Risk Management) tool to cope with the heat simulation generated on the board.

현대 사회는 감시의 눈이라 하는 CCTV가 일상생활 속에서 다양한 방법으로 영상데이터를 수집하기 위해 사용되고 있다. 치안 및 감시, 방범용으로 CCTV를 활용할 뿐만 아니라 자동차에 블랙박스 등 많은 분야에서 활용되고 있다. 본 논문에서는 STM32F407 ARM 칩을 기반으로 다양한 분야에 응용할 수 있는 카메라 시스템을 개발하기 위해 연구를 진행하였다. 카메라 시스템 개발을 위해 솔리드 웍스 환경에서 전체적인 구조를 3D를 기반으로 카메라 시스템을 모델링을 진행하였다. PCB 보드 설계는 카메라 시스템 모델링 파일에서 PCB 부품을 iges 파일로 추출하여 Altium Designer 툴에서 3D와 2D 보드로 변환하여 PCB 설계 진행함으로써 완성도 높은 조립성을 가질 수 있도록 진행하였다. 카메라 시스템 회로 및 PCB를 설계한 후, TRM(Thermal Risk Management) 툴을 활용해서 보드에서 발생하는 발열 시뮬레이션을 진행을 통해 대처할 수 있도록 함으로써 안정적인 시스템 구현에 관한 연구를 진행하였다.

그림 1. STM32F407 clock 설정 Fig. 1. STM32F407 clock setting

그림 2. STM32F407 코드 생성을 위한 핀 설정 Fig. 2. Pin Settings for STM32F407 Code Generation

그림 3. MCU와 CAMERA 인터페이스 구성도 Fig. 3. MCU and CAMERA interface configuration diagram

그림 4. OV7670 VGA 프레임 타이밍 Fig. 4. OV7670 VGA Frame Timing

그림 5. OV7670 VGA 프레임 타이밍 Fig5. QVGA Frame Timing

그림 6. RGB565 출력 타이밍 Fig. 6. RGB565 Output Timing

그림 7. LCD 화면 출력 흐름도 Fig. 7. LCD display output flow chart

그림 8. 이미지를 LCD로 출력하는 블럭도 Fig. 8. Block diagram for outputting image to LCD

그림 9. SDIO 블록 읽기 동작 Fig. 9. SDIO block read operation

그림 10. SD메모리에 이미지 저장 Fig. 10. Store images in SD memory

그림 11. 소프트웨어 아키텍쳐 Fig. 11. Software Architecture

그림 12. 주변장치와 MCU의 인터페이스 Fig. 12. Interfaces between peripheral devices and MCU

그림 13. 주변장치 인터페이스 회로도 Fig. 13. Peripheral Interface Schematic

그림 14. MCU와 주변장치 인터페이스 Fig. 14. MCU and peripheral interface

그림 15. 3D 카메라 디자인 Fig. 15. 3D camera design

그림 16. 카메라 PCB 설계 Fig. 16. camera PCB design

그림 17. 카메라 PCB보드 열 측정 시뮬레이션 Fig. 17. Camera PCB board thermal simulation

그림 18. PCB 배선 밀도에 따른 히스토그램 Figure 18. Histogram with PCB Wiring Density

그림 20. OV7670 1개의 프레임 타이밍 Fig. 20. OV7670 1 frame timing

그림 21. STM32F 카메라 구현 결과 Fig. 21. STM32F camera implementation result

표 1. TFT-LCD R/W 레지스터 설정 Table 1.TFT-LCD R/W Register set

표 2. 시뮬레이션 온도 값과 면적 Table 2. simulation temperature value and area