OpenMV Cam M4

OpenMV Cam M4 — это компактная плата машинного зрения на базе Cortex‑M4, построенная на микроконтроллере STMicroelectronics STM32F427 с частотой 180 МГц, 256 КБ внутренней SRAM и 1 МБ внутренней флеш-памяти. Поставляемый в комплекте датчик OV7725 захватывает кадры 320×240 в оттенках серого или RGB565, а 9-контактный пользовательский разъём предоставляет периферийные устройства UART, I²C, SPI, CAN, ADC/DAC и PWM.

Примечание

OV7725 был стандартным датчиком на серийных платах M4. Самые ранние варианты M4 поставлялись вместо него с OmniVision OV2640 — тот же конвейер предпросмотра QVGA, но OV2640 может также захватывать JPEG-кадры вплоть до UXGA (1600×1200). Оба датчика управляются через один и тот же API csi — датчики камеры.

OpenMV Cam M4

Полный технический паспорт, фотографии и габариты см. на странице продукта OpenMV Cam M4.

Ключевые особенности

  • STMicroelectronics STM32F427 Cortex‑M4 на частоте 180 МГц.

  • 256 КБ внутренней SRAM — без внешней SDRAM.

  • 1 МБ внутренней флеш-памяти (без внешней флеш-памяти QSPI).

  • Датчик OV7725 (или OV2640 на самых ранних вариантах M4) — 320×240 8-битные оттенки серого или RGB565; OV2640 дополнительно может захватывать JPEG вплоть до UXGA (1600×1200).

  • Full‑speed USB (12 Мбит/с) — определяется хостом как VCP + USB-накопитель.

  • Разъём microSD — SD до 2 ГБ, SDHC до 32 ГБ, SDXC до 2 ТБ.

  • 9 выводов I/O, толерантны к 5 В с выходом 3,3 В, 25 мА на вывод (120 мА суммарно по всему разъёму), с поддержкой прерываний. P6 не толерантен к 5 В при использовании в режиме ADC или DAC.

  • Пользовательский RGB-светодиод и два мощных ИК-светодиода 850 нм для активной подсветки при машинном зрении в условиях низкой освещённости.

Примечание

У M4 нет встроенной микросхемы управления питанием: отсутствуют разъём для аккумулятора, зарядное устройство для аккумулятора, ADC для измерения напряжения аккумулятора, светодиоды зарядки / состояния питания и аппаратная кнопка питания. Подавайте питание на плату через USB или VIN.

Распиновка

Распиновка OpenMV Cam M4 OV7725

Справочник по выводам

Имя вывода

Функция

P0

SPI2 MOSI

P1

SPI2 MISO

P2

SPI2 SCK / CAN2 TX

P3

SPI2 NSS (CS) / CAN2 RX

P4

I2C2 SCL / UART3 TX / TIM2 CH3

P5

I2C2 SDA / UART3 RX / TIM2 CH4

P6

ADC / DAC / TIM2 CH1

P7

TIM4 CH1

P8

TIM4 CH2

RESET

подтяните к GND для сброса платы

BOOT0

подтяните к 3,3 В при включении питания для DFU / ROM-загрузчика

SWCLK

тактовый сигнал ARM SWD (доступ для отладчика)

SWDIO

данные ARM SWD (доступ для отладчика)

LED_RED

красный канал RGB-светодиода (активный низкий уровень)

LED_GREEN

зелёный канал RGB-светодиода (активный низкий уровень)

LED_BLUE

синий канал RGB-светодиода (активный низкий уровень)

LED_IR

мощные ИК-светодиоды (оба канала управляются вместе)

Выводы питания

  • 3.3V — стабилизированная шина 3,3 В. Доступно до 250 мА для шилдов (меньше, если используется карта microSD). В отличие от более новых камер этот вывод двунаправленный — см. предупреждение ниже.

  • VIN — вход 3,6 – 5 В. Питает плату через встроенный стабилизатор.

  • GND — общая земля.

Примечание

Когда присутствуют и USB, и VIN, плату питает тот из них, у которого выше напряжение — встроенные диоды просто выбирают более сильную шину.

Предупреждение

Вы можете питать M4, подавая 3,3 В напрямую на вывод 3.3V, если не хотите проходить через встроенный стабилизатор. В этом случае не подавайте одновременно также питание VIN или USB — обратная подача тока на стабилизатор при активном другом источнике может необратимо повредить и вывести из строя камеру.

Совет

Используйте оценщик времени работы от батареи, чтобы смоделировать, как долго M4 проработает от батареи при заданном рабочем цикле активность / глубокий сон.

Выводы восстановления и отладки

  • RESET — подтяните к GND для сброса платы. Отпускание позволяет MCU запуститься нормально.

  • BOOT0 — подтяните к 3,3 В при подаче питания на плату, чтобы войти в ROM-загрузчик STM32 (режим DFU). OpenMV IDE использует этот режим для перепрошивки встроенного загрузчика.

SWCLK и SWDIO выведены как обычные выводы разъёма (а не как выделенный разъём SWD). Подключите RESET, SWCLK, SWDIO, GND и 3,3 В к адаптеру ST‑LINK или SEGGER J‑Link для отладки платы.

Встроенные периферийные устройства

Светодиоды

У M4 есть один пользовательский RGB-светодиод плюс пара мощных ИК-светодиодов 850 нм:

  • Пользовательский RGB-светодиод — управляется программно, доступен как LED_RED, LED_GREEN и LED_BLUE:

    from machine import LED

LED("LED_RED").on()
LED("LED_GREEN").on()
LED("LED_BLUE").on()

  • ИК-светодиоды — оба светодиода управляются вместе через вывод LED_IR. LED_IR подключён аппаратно как активный высокий уровень, тогда как прошивка трактует все остальные встроенные светодиоды как активные низкие, поэтому используйте low() / high(), а не on() / off() (которые инвертировали бы логику):

    from machine import LED

ir = LED("LED_IR")
ir.low()    # turn IR illumination ON
ir.high()   # turn IR illumination OFF

Датчик камеры

Поставляемый в комплекте датчик (OV7725 на стандартных платах, OV2640 на самых ранних вариантах) управляется через модуль csi — датчики камеры:

import csi

cam = csi.CSI()
cam.reset()
cam.pixformat(csi.RGB565)
cam.framesize(csi.QVGA)
cam.snapshot(time=2000)       # let auto‑exposure settle

while True:
    img = cam.snapshot()

На M4 датчик припаян к плате — он не находится на сменном модуле.

Примечание

На платах OV7725 вывод FSIN (синхронизация кадров) датчика подключён к MCU, но поддержка его в прошивке не добавлена.

На платах OV2640 выводы STROBE, FREX (экспозиция кадра) и EXPST (сброс экспозиции) датчика подключены к MCU, но поддержка их в прошивке не добавлена.

Разъёмы сервоприводов

На обратной стороне платы есть две контактные площадки для пайки разъёмов сервоприводов, которые выводят стандартный 3-контактный разъём сервопривода (сигнал / VIN / GND) для P7 и P8. Сигнальные выводы напрямую отображаются на каналы 1 и 2 TIM4 (те же каналы, что использует pyb.Servo), а вывод V+ на каждом разъёме подключён напрямую к VIN, поэтому сервоприводы потребляют ток с входной шины, а не со стабилизатора 3,3 В.

Впаяйте пару угловых 3-контактных разъёмов в площадки и подключите два хобби-сервопривода для управления поворотно-наклонным механизмом:

from pyb import Servo

pan  = Servo(1)              # P7 — TIM4 CH1
tilt = Servo(2)              # P8 — TIM4 CH2
pan.angle(0)
tilt.angle(0)

Карта microSD

При установке карты она автоматически монтируется в /sdcard и доступна через обычную файловую систему:

import os

for entry in os.listdir("/sdcard"):
    print(entry)

Справочник по шинам

GPIO

Используйте machine.Pin для чтения или управления любым из выводов, обозначенных на шелкографии. Выходы — 3,3 В CMOS, толерантны к 5 В на стороне входа и могут принимать/выдавать до 25 мА на вывод (120 мА суммарно по всему разъёму).

from machine import Pin

out = Pin("P0", Pin.OUT)
out.on()
out.off()
out.value(1)

inp = Pin("P1", Pin.IN, Pin.PULL_UP)
print(inp.value())

Любой входной вывод может также генерировать прерывание по перепадам фронта:

def handler(pin):
    print("triggered:", pin)

Pin("P1", Pin.IN, Pin.PULL_UP).irq(
    handler, Pin.IRQ_FALLING | Pin.IRQ_RISING,
)

UART

Шина

TX

RX

UART3

P4

P5

 
from machine import UART

uart = UART(3, baudrate=115200)
uart.write("hello")
uart.read(5)

I²C

Шина

SCL

SDA

I2C2

P4

P5

 
from machine import I2C

i2c = I2C(2, freq=400_000)
i2c.scan()
i2c.writeto(0x76, b"hi")

Это же оборудование можно также использовать в режиме целевого устройства (slave) через machine.I2CTarget, чтобы предоставить область памяти другому контроллеру I²C:

from machine import I2CTarget

buf = bytearray(32)
target = I2CTarget(2, addr=0x42, mem=buf)

SPI

Шина

MOSI

MISO

SCK

CS

SPI2

P0

P1

P2

P3

 
from machine import SPI
from machine import Pin

spi = SPI(2, baudrate=10_000_000)
cs = Pin("P3", Pin.OUT, value=1)   # CS is not driven by the SPI peripheral

cs.value(0)
spi.write(b"hello")
cs.value(1)

CAN

Шина

TX

RX

CAN2

P2

P3

 
from machine import CAN

can = CAN(2, 500_000)
can.set_filters(None)
can.send(0x123, b"\xDE\xAD\xBE\xEF")
print(can.recv())

ADC и DAC

P6 — единственный пользовательский аналоговый вывод. Его можно использовать либо как 12-битный вход ADC, либо как выход DAC.

  • ADC — полная шкала при 3,3 В на выводе:

    from machine import ADC
import time

adc = ADC("P6")
while True:
    voltage = adc.read_u16() * 3.3 / 65535
    print(voltage)
    time.sleep_ms(100)

  • DAC — через pyb.DAC. 8-битное значение покрывает 0–3,3 В:

    from pyb import DAC

dac = DAC("P6")
voltage = 1.65
dac.write(int(voltage / 3.3 * 255))

В режиме ADC или DAC P6 толерантен только к 3,3 В — не подавайте на него 5 В.

PWM

Вывод

Таймер / канал

P4

TIM2 CH3

P5

TIM2 CH4

P6

TIM2 CH1

P7

TIM4 CH1

P8

TIM4 CH2

Примечание

TIM1 зарезервирован прошивкой для генерации пиксельного тактового сигнала датчика камеры, поэтому каналы TIM1, физически расположенные на P0/P1/P2, нельзя использовать для пользовательского PWM без нарушения работы камеры.

TIM4 совместно используется с pyb.Servo — создание экземпляра сервопривода перенастраивает весь таймер на работу с частотой 50 Гц, поэтому не смешивайте machine.PWM на P7/P8 с pyb.Servo в одном скрипте.

Управляйте любым из них через machine.PWM:

from machine import Pin, PWM

pwm = PWM(Pin("P7"), freq=1_000, duty_u16=32768)

Программно эмулируемые (bit‑banged) шины

machine.SoftI2C и machine.SoftSPI работают на любом GPIO, если вам нужна дополнительная шина.

Тепловой датчик (внешний)

Прошивка включает драйвер fir — драйвер теплового датчика (fir == far infrared, дальний инфракрасный) для внешне подключённых тепловизоров:

  • MLX90621 — ИК-массив 16 × 4

  • MLX90640 — ИК-массив 32 × 24

  • MLX90641 — ИК-массив 16 × 12

  • AMG8833 — ИК-массив 8 × 8

Подключите модуль к шине I²C платы и считывайте кадры с помощью fir.init() + fir.snapshot():

import time
import image
import fir

fir.init()                          # auto‑detects the sensor
clock = time.clock()

while True:
    clock.tick()
    try:
        img = fir.snapshot(x_scale=5, y_scale=5,
                           color_palette=image.PALETTE_IRONBOW,
                           hint=image.BICUBIC,
                           copy_to_fb=True)
    except OSError:
        continue
    print(clock.fps())

Драйвер fir общается с датчиком только по I²C 2 — подключите модуль к P4 (SCL) и P5 (SDA).

Тайминги

time

Модуль time охватывает блокирующие задержки, монотонные тики и измерение прошедшего времени:

import time

time.sleep(1)              # seconds
time.sleep_ms(500)
time.sleep_us(10)

start = time.ticks_ms()
# ...do work...
elapsed = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start)

Виртуальные таймеры

machine.Timer планирует периодические или однократные функции обратного вызова без занятия аппаратного слота таймера. Передайте -1 в качестве id, чтобы использовать виртуальный (программный) таймер:

from machine import Timer

one_shot = Timer(-1)
one_shot.init(period=5_000, mode=Timer.ONE_SHOT,
              callback=lambda t: print("once"))

periodic = Timer(-1)
periodic.init(period=2_000, mode=Timer.PERIODIC,
              callback=lambda t: print("tick"))

Значения периода указываются в миллисекундах. Вызовите deinit(), чтобы остановить и освободить слот.

Часы реального времени

machine.RTC сохраняет астрономическое время между сбросами:

from machine import RTC

rtc = RTC()
rtc.datetime((2026, 4, 30, 4, 12, 0, 0, 0))   # Y, M, D, weekday, h, m, s, subsec
print(rtc.datetime())

Сторожевой таймер

machine.WDT сбрасывает плату, если приложение зависает. После запуска его нельзя остановить или перенастроить — периодически сбрасывайте его внутри основного цикла:

from machine import WDT

wdt = WDT(timeout=5_000)   # 5 second window
while True:
    # ...do work...
    wdt.feed()

Информация о загрузке и времени выполнения

Окно USB-загрузчика

При каждом включении питания камера запускает короткий загрузчик (несколько секунд), который позволяет OpenMV IDE обновить прошивку без необходимости входить в режим DFU вручную. После истечения окна загрузчик передаёт управление boot.py, а затем main.py.

Работающий скрипт может по требованию снова войти в загрузчик, вызвав machine.bootloader():

import machine

machine.bootloader()

Файловая система и порядок загрузки

Прошивка M4 монтирует при загрузке до трёх файловых систем:

  • Внутренняя флеш-память — всегда монтируется в /flash. По умолчанию содержит main.py и README.txt; создаётся при самой первой загрузке.

  • Карта microSD — если карта вставлена, она монтируется в /sdcard.

  • ROMFS — доступная только для чтения, отображённая в память файловая система в /rom, используемая для поставки крупных ресурсов данных (например, моделей ИИ), которым выгоден доступ без копирования. Монтируется автоматически MicroPython при запуске, до выполнения любого пользовательского кода Python.

После монтирования рабочий каталог устанавливается в /sdcard, если карта присутствует, иначе в /flash. Затем интерпретатор запускает скрипты из этого каталога:

  • boot.py выполняется при каждом программном сбросе (холодная загрузка, Ctrl‑D из REPL или всякий раз, когда работающий скрипт завершается).

  • main.py выполняется только при холодной загрузке, сразу после boot.py. Последующие программные сбросы повторно запускают boot.py, но переходят сразу в REPL — чтобы повторно запустить main.py, нужно полностью сбросить плату.

Размещение boot.py или main.py на SD-карте переопределяет копию во флеш-памяти, не затрагивая её — оба файла ищутся в загрузочном каталоге (/sdcard, когда карта смонтирована, иначе /flash).

main.py по умолчанию, поставляемый на свежепрошитой плате, просто мигает синим каналом пользовательского RGB-светодиода как сигнал работоспособности (два коротких импульса, короткая пауза), так что вы можете понять, что прошивка загрузилась корректно, без подключённого хоста.

sys.path расширяется для включения всех трёх файловых систем и их подкаталогов lib/, так что импортируемые модули могут находиться в /flash/lib, /sdcard/lib или /rom/lib.

Чтобы заставить систему игнорировать вставленную SD-карту (например, чтобы запустить main.py из флеш-памяти даже при наличии карты), создайте пустой файл с именем SKIPSD в корне /flash.

При подключении по USB загрузочная файловая система (/sdcard, если карта присутствует, иначе /flash) также определяется на хосте как USB-накопитель, позволяя вам редактировать boot.py, main.py и любые другие файлы напрямую. Извлеките накопитель перед сбросом камеры, чтобы хост сбросил свои кэшированные записи.

Примечание

Поскольку ОС трактует накопитель как пассивное блочное устройство, файлы, созданные или изменённые кодом, работающим на OpenMV Cam, не появятся, пока хост не перемонтирует накопитель. Если и ОС, и OpenMV Cam записывают в одну и ту же файловую систему одновременно, ОС победит и перезапишет изменения, сделанные камерой. Используйте SD-карту для любых данных, которые скрипт записывает обратно, и перемонтируйте перед чтением этих файлов с хоста.

Примечание

Красный канал пользовательского RGB-светодиода может ненадолго загораться, пока хост считывает с USB-накопителя или записывает на него — это управляемый прошивкой индикатор активности, а не неисправность.

Объёмы хранилища

M4 поставляется с:

  • /flash — файловая система FAT 32 КБ, чтение/запись.

  • /rom — отображённая в память ROMFS 128 КБ только для чтения.

  • /sdcard — полный объём вставленной карты microSD (при наличии), чтение/запись.

Индикатор аппаратного сбоя (hard fault)

Если пользовательский RGB-светодиод быстро перебирает все цвета — настолько быстро, что это обычно выглядит как мерцающий белый светодиод, а не как отдельные оттенки — прошивка столкнулась с неустранимым аппаратным сбоем (hard fault). Перепрошейте прошивку для восстановления; если перепрошивка не помогает, плата может быть физически повреждена.

Программные библиотеки

См. индекс библиотек для полного списка модулей — включая те, что уникальны для сборки M4.