基于OpenMV与STM32的数据通信项目（代码开源）

2024-05-30 开源 0

前言：本文为手把手教学 OpenMV 与 STM32 的数据通信项目教程，本教程使用 STM32F103C8T6 与 OpenMV 进行操作。 OpenMV 是非常强大的计算机视觉实现工具，自身提供了非常多的视觉项目案例，编程与使用门槛极低。为了进一步增强作品的功能与创意性，往往需要将 OpenMV 的视觉与 STM32 的控制融合，本篇博客将为读者朋友教学使用 UART 串口构建两者的快速数据通信。希望本篇博客能给读者朋友的工程项目或科研生活给予些许帮助，敬礼Respect！！！（篇末代码开源！）

实验硬件：OpenMV；STM32F103C8T6；0.96寸OLED；杜邦线若干

项目实物图：

项目效果图：

引脚连接：

OpenMV 与 STM32 引脚：

OpenMV.Rx -> STM32.PA9

OpenMV.Tx -> STM32.PA10

STM32 与 0.96寸OLED 引脚：

STM32.PA6 -> OLED.SCL

STM32.PA7 -> OLED.SDA

STM32.VCC -> OLED.VCC

STM32.GND -> OLED.GND

一、OpenMV概述

1.1 OpenMV

OpenMV 是一个开源、功能强大的机器视觉模块。通常以 STM32F767/STM32H743/STM32F427 为 CPU 核心，集成 OV7725 等欧姆龙系列摄像头芯片，在小巧的硬件模块上，用C语言高效地实现了核心机器视觉算法，并提供 MicroPython 编程接口，拥有专属的编程平台 OpenMV IDE 程序。创客或电赛选手往往忠爱使用 OpenMV 为自己的产品和发明增加有特色的竞争力。作者补充：实话实说目前 OpenMV 在计算机视觉上的帮助确实很大，可是考虑到如今的 OpenMV 的售价是非常不合适的！

OpenMV 的整体设计小巧，使用门槛低，使得它拥有很强的 "视觉DIY” 属性。 OpenMV 还拥有丰富的外设资源，例如：UART、I2C、SPI、PWM、ADC、DAC以及GPIO等接口，方便扩展外围功能。USB接口用于连接电脑上的集成开发环境 OpenMV IDE，协助完成编程、调试和更新固件等工作。TF卡槽支持大容量的TF卡，可以用于存放程序和保存照片等。

作者推荐 OpenMV 学习网站：

官方网站：Download – OpenMV

OpenMV中国官方代理(星瞳科技)：序言 · OpenMV中文入门教程

1.2 OpenMV项目

中国 OpenMV 官方代理是星瞳科技，星瞳科技在其官网提供了超多详细且丰富的 OpenMV 使用案例，例如：特征点检测、测距、扫描识别、寻找色块、模板匹配、颜色形状识别与人脸识别等。

上述图片中的案例都是可以借助 OpenMV 进行实现的，当然考虑到 STM32F7/STM32H7 等系列 CPU 算力的上限，可能输出图像像素以及 FPS 并不是特别优秀的。有能力和专研精神的读者朋友可以尝试高级的计算机视觉开发工具，例如：Jeston Nano、K210、K510、RK3568、RK3588与树莓派4/5B系列等（部分产品的性能与算力非常有竞争力）！

补充提醒：本项目中使用 OpenMV 的数字识别作为案例，进行与 STM32 之间的数据通信！

二、博客项目概述

2.1 OpenMV的Mnist数字识别

OpenMV 提供了超级多的计算机视觉的案例，作者选择常用的 mnist 数字识别项目作为 OpenMV 终端处理的事件(电赛送药小车题目与之类似)，该案例可以直接通过星瞳科技官网进行获取(老旧版本的 OpenMV 可能需要升级固件才能使用该案例)：

案例地址：Mnist数字识别 · OpenMV中文入门教程

作者手上的 OpenMV 为 OpenMV3 R1，CPU 的处理性能非常一般。官方在 OpenMV4 H7 Plus上面运行大概每秒 45 帧，在 OpenMV4 H7上面运行大概每秒 25 帧左右。mnist 数字识别案例使用了 CNN 卷积神经网络进行识别，例程利用 mnis t数字数据集，自行训练神经网络得到手写数字识别神经网络模型，性能和准确率很高(可以直接使用案例的权重文件即可)。

★运行目录前，将官网提供的 mnist 数字识别的 trained.tflite 文件下载到电脑，并复制到 OpenMV 的存储中。

mnist数字识别代码：

# This code run in OpenMV4 H7 or OpenMV4 H7 Plusimport sensor, image, time, os, tfsensor.reset()                         # Reset and initialize the sensor.sensor.set_pixformat(sensor.GRAYSCALE)    # Set pixel format to RGB565 (or GRAYSCALE)sensor.set_framesize(sensor.QVGA)      # Set frame size to QVGA (320x240)sensor.set_windowing((240, 240))       # Set 240x240 window.sensor.skip_frames(time=2000)          # Let the camera adjust.clock = time.clock()while(True):    clock.tick()    img = sensor.snapshot().binary([(0,64)])    for obj in tf.classify("trained.tflite", img, min_scale=1.0, scale_mul=0.5, x_overlap=0.0, y_overlap=0.0):        output = obj.output()        number = output.index(max(output))        print(number)    print(clock.fps(), "fps")

案例测试：

2.2 项目整体说明

OpenMV 集成了非常多的库函数，常用的数据通信使用 UART 串口，本篇博客就以 UART 通信为例。

本项目利用 OpenMV 的数字识别案例进行数字识别，将识别到的数字信息通过 OpenMV的 UART 串口发送至 STM32F103C8T6。而 STM32F103C8T6 通过 I2C 协议将 OpenMV 传输过来的数字信息显示在 0.96 寸的 OLED 屏幕上。该项目的整体实现还是非常简单，特别是计算机视觉的数字识别部分，OpenMV 直接封装为案例，极大地方便研发人员的后续使用。当然，本篇博客最核心部分是 OpenMV 与 STM32 的通信部分的处理，包含数据包的处理编程！

三、传输数据包协议

3.1 数据包通信概述

传输完全体数据包可以包含：帧头、地址信息、数据类型、数据长度、数据块、校验码、帧尾。正常情况下，考虑到传输速率问题不会使用完全体数据包。大多数情况下，工程师仅使用简版数据包：帧头、数据字节长度与帧尾！

传输数据包的过程包含 2 个部分：(1) 数据包编码，上文所说的数据包组成；(2) 数据包解析，下文所说的数据包解析；

传输数据过程中的数据包解析通常有 2 种方式：(1)、中断内部解析；(2)、中断外部解析；

第一种方法：中断服务函数内部直接解析使用，该方法适用于数据帧简单，数据复杂程度低的情况。可以满足中断函数的快进快出，该方法可以使整个项目代码框架简洁，方便后期纠错改正！！！

第二种方法：中断服务函数外部解析使用，该方法适用于数据帧繁杂，数据复杂程度高的情况。该情况下，往往无法满足中断服务函数的快进快出，容易卡死在中断内部。这种情况下，工程师可以在中断中只接收数据，随后通过 extern 全局变量将数据在外部进行解析处理。实际工程中，该方法使用可能性高，希望读者朋友可以完全掌握该技能！！！

本篇博客项目使用中断内部解析数据包的方法，该方法也是作者电赛常用手段之一（部分情况下解析完的数据可能需要数据融合或是滤波处理，该情况使不适合在中断服务函数中解析的）

3.2 数据包传输（HEX方式）

数据包传输方式是机器设备间通信最常见的方法，数据包传输方式一般分为 3 种：(1) 固定包长，含帧头帧尾；(2) 可变包长，含帧头帧尾；(3) 可变包长，含数据字节长度及帧头帧尾；详情如下图所示：

作者补充说明：上图中的帧头为 0xFE，帧尾为 0xEF；这里的帧头和帧尾是可以自定义的，但通常情况下会选择帧头为 0xFE，帧尾为 0xEF，这是为什么呢？

答：通常帧头和帧尾的设计需要避免与通信过程中的数据具有相似性，不然容易导致误把通信数据当初帧头帧尾进行处理，从而解析出错误的数据！当然，复杂的数据包帧头也可以不局限于 1 个字节，读者朋友可以根据自己实际情况设计。作者项目使用直接使用了帧头为 0xFE，帧尾为 0xEF 的数据包进行传输！

四、CubeMX配置

1、RCC配置外部高速晶振（精度更高）——HSE；

2、SYS配置：Debug设置成Serial Wire（否则可能导致芯片自锁）；

3、USART1配置：设置UART1串口；波特率：115200；开启UART串口中断；

4、I2C配置：设置I2C1与 0.96 寸OLED进行通信；

5、时钟树配置

6、工程配置

五、代码与解析

5.1 OpenMV数据发生端代码

5.1.1 OpenMV的串口数据传输

星瞳科技官网提供了 OpenMV 的串口 UART 的使用案例，升级到最新版固件就可以直接运行。作者使用 CH340 芯片将串口数据上传至电脑终端进行测试(读者朋友搞工程的时候，也建议按部就班的搭建和完善代码流程)。

OpenMV 串口通信代码：

# This code run in OpenMV4 H7 or OpenMV4 H7 Plusimport sensor, image, time, os, tffrom pyb import UARTsensor.reset()                         # Reset and initialize the sensor.sensor.set_pixformat(sensor.GRAYSCALE)    # Set pixel format to RGB565 (or GRAYSCALE)sensor.set_framesize(sensor.QVGA)      # Set frame size to QVGA (320x240)sensor.set_windowing((240, 240))       # Set 240x240 window.sensor.skip_frames(time=2000)          # Let the camera adjust.#OpenMV串口UART传输数据uart = UART(3, 115200)                 # 实例化一个串口3，波特率为115200，必须与STM32接收端保持一致clock = time.clock()while(True):    clock.tick()    img = sensor.snapshot().binary([(0,64)])    for obj in tf.classify("trained.tflite", img, min_scale=1.0, scale_mul=0.5, x_overlap=0.0, y_overlap=0.0):        output = obj.output()        number = output.index(max(output))        print(number)    print(clock.fps(), "fps")    uart.write("Hello World!/r")

5.1.2 OpenMV发送端完整代码

在上述官方提供的 OpenMV 的 2 个例程代码的基础上结合项目实际情况进行编写代码。OpenMV 只能传输十六进制的数据给 STM32，否则 STM32 将收不到数据，就是单片机和 OpenMV 都能正常和电脑通信，但是两者结合就不能正常通信。十六进制数据的实现主要通过 bytearray() 这个函数，代码格式如下：OUT_DATA =bytearray([0x2C,0x12,cx,cy,cw,ch,0x5B])

代码解析：通过定义 Sending_Data() 函数，进行 OpenMV 端的数据发送。在 mnist 数字识别的 while 函数的 for 循环中将识别到的 number 数据包持续 Sending_Data() 发送到 STM32 开发板上。

mnist.py代码：

# This code run in OpenMV4 H7 or OpenMV4 H7 Plusimport sensor, image, time, os, tffrom pyb import UARTsensor.reset()                         # Reset and initialize the sensor.sensor.set_pixformat(sensor.GRAYSCALE)    # Set pixel format to RGB565 (or GRAYSCALE)sensor.set_framesize(sensor.QVGA)      # Set frame size to QVGA (320x240)sensor.set_windowing((240, 240))       # Set 240x240 window.sensor.skip_frames(time=2000)          # Let the camera adjust.#OpenMV串口UART传输数据uart = UART(3, 115200)                 # 实例化一个串口3，波特率为115200，必须与STM32接收端保持一致#定义数据包发送函数def Sending_Data(Num):    global uart;    OutData = bytearray([0xFE,0xBC,Num,0xEF])   #构建发送数据的数据包    uart.write(OutData);   #必须要传入一个字节数组    clock = time.clock()while(True):    clock.tick()    img = sensor.snapshot().binary([(0,64)])    for obj in tf.classify("trained.tflite", img, min_scale=1.0, scale_mul=0.5, x_overlap=0.0, y_overlap=0.0):        output = obj.output()        number = output.index(max(output))        Sending_Data(number)        print(number)    print(clock.fps(), "fps")

mnist数字识别数据传输：

5.2 STM32数据接收端代码

5.2.1 0.96寸OLED代码

本篇博客项目中使用 0.96 寸 OLED 将 OpenMV 识别的 mnist 数字结果进行输出，0.96 寸的 OLED 驱动代码可以参考作者的另一篇博客。考虑到博客篇幅有限，0.96 寸 OLED 驱动就不详细赘述了，希望读者朋友可以自行掌握！

博客地址：http://t.csdnimg.cn/gDcev

5.2.2 STM32接收端完整代码

代码解析：本篇项目代码中 STM32 接收端关键操作都是依赖于 HAL_UART_RxCpltCallback() 函数实现的。OpenMV 与 STM32 数据传输过程中的解码在中断回调函数中直接通过 OpenMV_Data_Receive() 函数实现。USART1_RXbuff 变量为 USART1 开启后持续传输的数据，将该变量放入 OpenMV_Data_Receive() 进行解码。

★核心函数 OpenMV_Data_Receive() 解析：

OpenMV 与 STM32 数据传输稍微复杂点的其实就是 STM32 接收端的解码过程，常规情况下 OpenMV 发送端的数据是一组数据包。这组数据包的组成是程序员自己定义的，比如作者 OpenMV 端的数据包格式为：0xFE，0xBC，Num，0xEF。其中，0xFE，0xBC 为帧头，Num 为需要解码出的真正数据，0xEF 为帧尾。

STM32 接收端需要根据 OpenMV 发送端的数据包格式进行解码，HAL_UART_Receive_IT() 函数稳定将接收到的数据赋值 USART1_RXbuff ，通过 OpenMV_Data_Receive() 函数进行解码。根据上述 OpenMV 发送端的代码，可以得出需要首先解码帧头的 0xFE 与 0xBC，OpenMV_Data_Receive() 函数中定义 RxBuffer[4] 数组来接收每一帧的数据（作者每一帧数据有 4 个字节数据，读者朋友可以根据实际情况设置数组大小），设置 RxState 状态位来递进判断是否正确接收到目标数据。在成功接收到 2 个帧头数据之后，通过 OLED_ShowNum() 函数将 OpenMV 识别出的数字显示出来。

关键点：串口接收中断回调函数

/* USER CODE BEGIN PTD */	uint8_t USART1_RXbuff;  //中断数据接收缓冲区/* USER CODE END PTD */    HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(void *)&USART1_RXbuff,1);		/* 开启串口中断接收 */

/* USER CODE BEGIN 4 */void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){  uint16_t tempt;  if(huart->Instance==USART1)  {    tempt=USART1_RXbuff;    OpenMV_Data_Receive(tempt);  }  HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(void *)&USART1_RXbuff,1);			//再次开启中断接收}/* USER CODE END 4 */

openmv.h：

#ifndef __OPENMV_H#define __OPENMV_H#include "stm32f1xx.h"void OpenMV_Data_Receive(int16_t OpenMV_Data);		/* STM32接收端处理OpenMV传输的数据 */#endif

openmv.c：

/********************************* (C) COPYRIGHT *********************************** File Name						    : openmv.c* Author							: 混分巨兽龙某某* Version							: V1.0.0* Data								: 2023/11/03* Contact							: QQ:1178305328* Description					    : OpenMV and STM32 Communication Files***********************************************************************************/#include "openmv.h"#include "usart.h"#include "stdio.h"#include "oled.h"static uint8_t Number = 0;/* STM32接收端处理OpenMV传输的数据 */void OpenMV_Data_Receive(int16_t OpenMV_Data){	/* 计数变量 */	static uint8_t RxCounter=0;			//计数变量	/* 数据接收数组 */	static uint16_t RxBuffer[4]={0};	/* 数据传输状态位 */	static uint8_t RxState = 0;			/* 判断数据是否为有效数据，解码 */	if(RxState == 0 && OpenMV_Data == 0xFE)				//0xFE帧头	{		RxState = 1;																//状态位改变		RxBuffer[RxCounter++] = OpenMV_Data;				//将数据放入接收数组	}	else if(RxState == 1 && OpenMV_Data == 0xBC)	//0xBC帧头	{		RxState = 2;																//状态位改变		RxBuffer[RxCounter++] = OpenMV_Data;				//将数据放入接收数组	}	else if(RxState == 2)													//读取目标数据（根据实际情况处理）	{		RxBuffer[RxCounter++] = OpenMV_Data;				//将数据放入接收数组		if(RxCounter>=3||OpenMV_Data == 0xEF)		{			RxState = 3;															//状态位改变			Number = RxBuffer[RxCounter-1];						/* OLED显示目标数字 */			OLED_ShowNum(65,4,Number,3,16);		}	}	else if(RxState == 3)													//检测是否接收到标志位	{		if(RxBuffer[RxCounter-1] == 0xEF)		{			/* 计数和状态位归零 */			RxCounter = 0;			RxState = 0;		} 		else 		//接收错误		{			/* 计数和状态位归零 */			RxCounter = 0;			RxState = 0;			/* 清空存放数据的数组 */			for(int i = 0;i < 4; i++)			{				RxBuffer[i] = 0x00;			}		}	}	else			//整体的接收异常	{		/* 计数和状态位归零 */		RxCounter = 0;		RxState = 0;		/* 清空存放数据的数组 */		for(int i = 0;i < 4; i++)		{			RxBuffer[i] = 0x00;		}			}}

项目：