《ESP32-S3使用指南—IDF版 V1.6》第三十六章照相机实验

正点原子运营

第三十六章照相机实验

1）实验平台：正点原子DNESP32S3开发板

2）章节摘自【正点原子】ESP32-S3使用指南—IDF版 V1.6

3）购买链接：https://detail.tmall.com/item.htm?&id=768499342659

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/esp32/ATK-DNESP32S3.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子DNESP32S3开发板技术交流群：132780729

本章我们结合前面的摄像头实验，实现一个简单的照相机功能。本章分为如下几个小节：

36.1 OV5640和CAMERA模块简介

36.2 硬件设计

36.3 程序设计

36.4 下载验证

36.1 OV5640和CAMERA模块简介

关于这部分的内容前一章节已经做出了详细介绍，请读者们回顾36.1小节的内容，笔者在此不再赘述。

36.2 硬件设计

36.2.1.例程功能

本章实验功能简介：程序下载完成，摄像头的图像数据在SPILCD显示屏上显示。

36.2.2.硬件资源

1. XL9555

IIC_SDA-IO41

IIC_SCL-IO42

2. SPILCD

CS-IO21

SCK-IO12

SDA-IO11

DC-IO40（在P5端口，使用跳线帽将IO_SET和LCD_DC相连）

PWR- IO1_3（XL9555）

RST- IO1_2（XL9555）

3. CAMERA

OV_SCL-IO38

OV_SDA- IO 39

VSYNC- IO 47

HREF- IO 48

PCLK- IO 45

D0- IO 4

D1- IO 5

D2- IO 6

D3- IO 7

D4- IO 15

D5- IO 16

D6- IO 17

D7- IO 18

RESET-IO0_5（XL9555）

PWDN-IO0_4（XL9555）

36.2.3.原理图

CAMERA接口与ESP32-S3的连接关系，如下图所示：                                 

图36.2.3.1 CAMERA接口与ESP32-S3的连接电路图

36.3 程序设计

36.3.1 程序流程图

程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图：

图36.3.1.1 CAMERA_PHOTOGRAPH实验程序流程图

36.3.2 CAMERA_PHOTOGRAPH函数解析

本章实验要使用到乐鑫官方的esp32-camera驱动库，此驱动库承载ESP32系列Soc兼容的图像传感器驱动程序。此外，它还提供了一些工具，允许将捕获的帧数据转换为更常见的BMP和JPEG格式。要使用此功能，需要导入必要的头文件：

1. #include"esp_camera.h"

复制代码

接下来，作者将介绍一些常用的ESP32-S3中的CAMERA函数，这些函数的描述及其作用如下：

1，初始化摄像头驱动

该函数用于检测并配置摄像头，其函数原型如下所示：

1. esp_err_tesp_camera_init(const camera_config_t *config);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表36.3.2.1 函数esp_camera_init ()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表36.3.2.2 函数esp_camera_init ()

返回值描述该函数使用camera_config_t类型的结构体变量传入，该结构体的定义如下所示：

表36.3.2.3 camera_config_t结构体参数值描述

完成上述结构体参数配置之后，可以将结构传递给 esp_camera_init () 函数，用以实例化CAMERA。

2，获取摄像头图像传感器

该函数用于获取指向图像传感器控制结构的指针，其函数原型如下所示：

1. sensor_t *esp_camera_sensor_get(void);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表36.3.2.4 函数esp_camera_sensor_get ()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表36.3.2.5 函数esp_camera_sensor_get()返回值描述

36.3.3 CAMERA_PHOTOGRAPH驱动解析

在IDF版的25_2_camera_photograph例程中，作者在25_2_camera_photograph\components\decoder_ijg路径下新增了一个JPEG库用户文件。由于，25_1_ camera实验与25_2_camera_photograph用到的驱动一样，笔者在此也不再详细赘述，请读者们回顾第三十五章节的相关内容。

36.3.4 CMakeLists.txt文件

打开本实验BSP下的CMakeLists.txt文件，其内容如下所示：

1. set(src_dirs
   
2.             CAMERA
   
3.             IIC
   
4.             LCD
   
5.             LED
   
6.             SPI
   
7.             XL9555)
   
8. set(include_dirs
   
9.             CAMERA
   
10.             IIC
    
11.             LCD
    
12.             LED
    
13.             SPI
    
14.             XL9555)
    
15. set(requires
    
16.             driver
    
17.             esp_lcd
    
18.             esp32-camera)
    
19. idf_component_register(SRC_DIRS${src_dirs}
    
20. INCLUDE_DIRS ${include_dirs}REQUIRES ${requires})
    
21. component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)

复制代码

上述的红色CAMERA驱动以及esp_ camera依赖库需要由开发者自行添加，以确保CAMERA驱动能够顺利集成到构建系统中。这一步骤是必不可少的，它确保了CAMERA驱动的正确性和可用性，为后续的开发工作提供了坚实的基础。

36.3.5 实验应用代码

打开main/main.c文件，该文件定义了工程入口函数，名为app_main。该函数代码如下。main.c函数我们在之前摄像头实验的基本上进行改动，首先我们要为图片分配一个与图片文件夹下名字不重复的文件名，我们复用FATFS的接口，设计如下：

1. /**
   
2. * @brief      得到path路径下,目标文件的总个数
   
3. * @param      path : 路径
   
4. * @retval     总有效文件数
   
5. */
   
6. uint16_tpic_get_tnum(char *path)
   
7. {
   
8.     uint8_t res;
   
9.     uint16_t rval = 0;
   
10.     FF_DIR tdir;                                         /* 临时目录 */
    
11.     FILINFO *tfileinfo;                                 /* 临时文件信息 */
    
12.     tfileinfo = (FILINFO*)malloc(sizeof(FILINFO));    /* 申请内存 */
    
13.     res =f_opendir(&tdir, (const TCHAR*)path);           /* 打开目录 */
    
14.     if (res == FR_OK&& tfileinfo)
    
15.     {
    
16.         while (1)                                         /* 查询总的有效文件数 */
    
17.         {
    
18.             res =f_readdir(&tdir, tfileinfo);        /* 读取目录下的一个文件 */
    
19.          /* 错误了/到末尾了,退出 */
    
20.             if (res != FR_OK|| tfileinfo->fname[0] == 0)break;
    
21.             res =exfuns_file_type(tfileinfo->fname);
    
22.             if ((res & 0X0F) != 0X00)               /* 取低四位,看看是不是图片文件 */
    
23.             {
    
24.                 rval++;                                   /* 有效文件数增加1 */
    
25.             }
    
26.         }
    
27.     }
    
28.     free(tfileinfo);                                     /* 释放内存 */
    
29.     return rval;
    
30. }

复制代码

通过以上程序，可以生成一个与当前文件夹下图片不重名的文件名字符串，并传给针对应的缓冲区。

1. /**
   
2. * @brief      task3
   
3. * @param      pvParameters : 传入参数(未用到)
   
4. * @retval     无
   
5. */
   
6. void task3(void *pvParameters)
   
7. {
   
8.     pvParameters =pvParameters;
   
9.     char file_name[30];
   
10.     uint32_t pictureNumber = 0;
    
11.     uint8_t res = 0;
    
12.     size_t writelen = 0;
    
13.     FIL *fftemp;
    
14.     res =exfuns_init();                            /* 为fatfs相关变量申请内存 */
    
15.     pictureNumber =pic_get_tnum("0:/PICTURE");      /* 得到总有效文件数 */
    
16.     pictureNumber =pictureNumber + 1;
    
17.     while (1)
    
18.     {
    
19.         xSemaphoreTake(BinarySemaphore,portMAX_DELAY);/* 获取二值信号量 */
    
20.         
    
21.         /* SD卡挂载了，才能拍照 */
    
22.         if (sd_check_en== 1)
    
23.         {
    
24.             sprintf(file_name, "0:/PICTURE/img%ld.jpg",pictureNumber);
    
25. /* 分配内存 */
    
26.             fftemp = (FIL *)malloc(sizeof(FIL));
    
27.             res =f_open(fftemp,
    
28. (const TCHAR *)file_name,
    
29. FA_WRITE |
    
30. FA_CREATE_NEW);   /* 尝试打开 */
    
31.             if (res != FR_OK)
    
32.             {
    
33.                 ESP_LOGE(TAG, "imgopen err\r\n");
    
34.             }
    
35. /* 写入头数据 */
    
36.             f_write(fftemp, (const void *)lcd_buf, sizeof(lcd_buf), &writelen);
    
37.             if (writelen!= sizeof(lcd_buf))
    
38.             {
    
39.                 ESP_LOGE(TAG, "imgWrite err");
    
40.             }
    
41.             else
    
42.             {
    
43.                 ESP_LOGI(TAG, "writebuff len %d byte", writelen);
    
44.                 pictureNumber++;
    
45.             }
    
46.             f_close(fftemp);
    
47.             free(fftemp);
    
48.         }
    
49.     }
    
50. }

复制代码

上述代码通过任务调度的方式，实现申请内存、分配内存以及读取指定目录下的的文件的操作。

main函数代码如下：

1. /**
   
2. * @brief      程序入口
   
3. * @param      无
   
4. * @retval     无
   
5. */
   
6. voidapp_main(void)
   
7. {
   
8.     unsigned long i = 0;
   
9.     unsigned long j = 0;
   
10.     uint8_t key = 0;
    
11.     esp_err_t ret;
    
12.    
    
13.     ret =nvs_flash_init();               /* 初始化NVS */
    
14. if (ret ==ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES ||
    
15.        ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
    
16.     {
    
17.         ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
    
18.         ret =nvs_flash_init();
    
19.     }
    
20.     led_init();                             /* 初始化LED*/
    
21.     i2c0_master =iic_init(I2C_NUM_0);      /* 初始化IIC0 */
    
22.     spi2_init();                            /* 初始化SPI2 */
    
23.     xl9555_init(i2c0_master);            /* 初始化XL9555 */
    
24.     lcd_init();                             /* 初始化LCD*/
    
25.     while (sd_spi_init())                 /* 检测不到SD卡 */
    
26.     {
    
27.         lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "SDCard Failed!", RED);
    
28.         vTaskDelay(200);
    
29.         lcd_fill(30, 50, 200 + 30, 50 + 16, WHITE);
    
30.         vTaskDelay(200);
    
31.         sd_check_en = 0;
    
32.     }
    
33.     sd_check_en = 1;
    
34.     lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "ESP32", RED);
    
35.     lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "CAMERATEST", RED);
    
36.     lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
37.     /* 初始化摄像头 */
    
38.     while (camera_init())
    
39.     {
    
40.         lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "CAMERAFail!", BLUE);
    
41.         vTaskDelay(500);
    
42.     }
    
43.     rgb565 =malloc(240 * 320 * 2);
    
44.     if (NULL ==rgb565)
    
45.     {
    
46.         ESP_LOGE(TAG, "can'talloc memory for rgb565 buffer");
    
47.     }
    
48.     lcd_clear(BLACK);
    
49.     BinarySemaphore =xSemaphoreCreateBinary();
    
50.     /* 创建任务3 */
    
51.     xTaskCreatePinnedToCore((TaskFunction_t)task3,            /* 任务函数 */
    
52.                             (const char*    )"task3",         /* 任务名称 */
    
53.                             (uint16_t       )TASK3_STK_SIZE, /* 任务堆栈大小 */
    
54.                             (void*          )NULL,        /* 传入给任务函数的参数 */
    
55.                             (UBaseType_t    )TASK3_PRIO,     /* 任务优先级 */
    
56.                             (TaskHandle_t*  )&Task3Task_Handler,/* 任务句柄 */
    
57.                             (BaseType_t     ) 0);       /* 该任务哪个内核运行 */
    
58.     while (1)
    
59.     {
    
60.         key =xl9555_key_scan(0);
    
61.         camera_fb_t *pic =esp_camera_fb_get();
    
62.         if (pic)
    
63.         {
    
64.             mjpegdraw(pic->buf, pic->len, (uint8_t *)rgb565, NULL);
    
65.             lcd_set_window(0, 0, 0 + pic->width - 1, 0 + pic->height- 1);
    
66.             if (key ==KEY0_PRES)
    
67.             {
    
68.                 /* lcd_buf存储摄像头整一帧RGB数据 */
    
69.                 for (j = 0; j < pic->width * pic->height; j++)
    
70.                 {
    
71.                     lcd_buf[2 * j] = (pic->buf[2 * i]) ;
    
72.                     lcd_buf[2 * j + 1] =  (pic->buf[2 * i + 1]);
    
73.                     i ++;
    
74.                 }
    
75.                 xSemaphoreGive(BinarySemaphore);             /* 释放二值信号量 */
    
76.             }
    
77.             /* 处理SD卡释放挂载 */
    
78.             if (sd_check_en== 1)
    
79.             {
    
80.                 if (sdmmc_get_status(card) !=ESP_OK)
    
81.                 {
    
82.                     sd_check_en = 0;
    
83.                 }
    
84.             }
    
85.             else
    
86.             {
    
87.                 if (sd_spi_init() ==ESP_OK)
    
88.                 {
    
89.                     if (sdmmc_get_status(card) ==ESP_OK)
    
90.                     {
    
91.                         sd_check_en = 1;
    
92.                     }
    
93.                 }
    
94.             }
    
95.             
    
96.             /* 例如：96*96*2/1536 = 12;分12次发送RGB数据 */
    
97.             for(j = 0; j < (pic->width * pic->height* 2 / LCD_BUF_SIZE); j++)
    
98.             {
    
99.                 /*&lcd_buf[j * LCD_BUF_SIZE] 偏移地址发送数据 */
    
100.                 lcd_write_data(&rgb565[j *LCD_BUF_SIZE] , LCD_BUF_SIZE);
     
101.             }
     
102.             esp_camera_fb_return(pic);
     
103.         }
     
104.         else
     
105.         {
     
106.             ESP_LOGE(TAG, "Getframe failed");
     
107.         }
     
108.         i = 0;
     
109.         pic = NULL;
     
110.         vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1));
     
111.     }
     
112.     free(rgb565);

复制代码

该函数完成对各相关硬件的初始化，然后检测摄像头，初始化摄像头为RGB565模式，显示采集到的图像到LCD上面，实现对图像进行预览。进入主循环以后，按KEY0按键，可以实现拍照。

至此照相机实验代码编写完成。

36.4 下载验证

程序下载到开发板后，LCD显示屏不断更新摄像头输出的图像数据，如下图所示。

图36.4.1 LCD显示效果图