CN104264573A - 装有摄像头冷喷划线车的控制系统及划线方法 - Google Patents

装有摄像头冷喷划线车的控制系统及划线方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于路政管理领域，公开了一种装有摄像头冷喷划线车的控制系统以及使用该控制系统在路面上划线的方法，包括：摄像机、触摸屏、预警灯、上位机、DSP、第一三态缓冲锁存电路、第一高速光耦电路、第一驱动放大电路、横向光电编码器、第二三态缓冲锁存电路、第二高速光耦电路、第二驱动放大电路、纵向光电编码器、驾驶交互系统、喷涂交互系统。摄像机、工控机、导轨和喷嘴形成一个闭环控制系统。其中工控机包括上位机、DSP、第一三态缓冲锁存电路、第一高速光耦电路、第一驱动放大电路、横向光电编码器、第二三态缓冲锁存电路、第二高速光耦电路、第二驱动放大电路、纵向光电编码器、驾驶交互系统、以及喷涂交互系统。

Description

装有摄像头冷喷划线车的控制系统及划线方法
技术领域]
    本发明涉及路政工程维护领域，具体是一种装有摄像头冷喷划线车的控制系统以及使用该控制系统在路面上划线的方法。
背景技术]
公路冷喷划线车是用来在高等级公路及城市道路上划各种路面标线的专用机械。在道路的养护过程中也用于在旧标线上划新标线。现在的冷喷划线车是靠人来操作机器使机器喷出的涂料覆盖原来的旧线。这种方法在长的马路上，长时间操作后，工人长时间盯着前面的马路会产生疲劳，容易划线错误，造成返工，效率低。因此，需要一种装有摄像头的冷喷划线车，而装有摄像头的冷喷划线车需要一种控制系统用于划线的整个过程。
发明内容]
鉴于以上问题，本发明人针对一种特定的装有摄像头的冷喷划线车，提供了一种装有摄像头冷喷划线车的控制系统。同时提供了该控制系统在路面上划线的方法。
 
本发明提供的装有摄像头冷喷划线车的控制系统所针对的装有摄像头的冷喷划线车包括一辆四轮车辆，车辆后部放置气压罐和漆料罐，在所述车辆一侧固定连接两根互相平行的水平导轨，第一水平导轨与第二水平导轨；第一水平导轨与第二水平导轨在与车辆接触位置附近分别固定装配第一电机和第二电机；第一水平导轨连接一根在其上能水平滑动的第一竖直导轨，第二水平导轨连接一根在其上能水平滑动的第二竖直导轨；第一竖直导轨通过轴传动连接第一电机，第二竖直导轨通过轴传动连接第二电机；第一竖直导轨在与第一水平导轨连接处附近固定装配第三电机，第二竖直导轨在与第二水平导轨连接处附近固定装配第四电机；第一竖直导轨的下端与第二竖直导轨的下端分别连接一个能竖直升降并分别与第三电机和第四电机直接或间接轴传动连接的喷嘴；两个喷嘴都通过气压导管和物料导管分别连接气压罐和漆料罐；第一水平导轨与第二水平导轨的上方固定设置支架，支架上方固定设置摄像头；车辆的驾驶室设置中央控制平台和预警灯，中央控制平台上方设置一触摸屏，中央控制平台内设置一工控机；工控机通过电缆分别连接触摸屏、摄像头、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、预警灯和喷嘴。喷嘴沿车辆车头的前方方向设置一刷子，所述刷子通过电缆连接工控机。所述刷子用于在往路面旧线喷涂料前，清除路面的灰尘。
 
针对上述装有摄像头冷喷划线车，本发明提供的装有摄像头冷喷划线车的控制系统包括摄像机、触摸屏、预警灯、上位机、DSP（Digital Signal Proccessor）、第一三态缓冲锁存电路、第一高速光耦电路、第一驱动放大电路、横向光电编码器、第二三态缓冲锁存电路、第二高速光耦电路、第二驱动放大电路、纵向光电编码器、驾驶交互系统、喷涂交互系统，其中，
      一、摄像机拍摄路面摄像机前方2-5米的图像，所述图像传输至DSP；
      二、触摸屏显示所述图像，接收人工指令并把所述人工指令和所述图像发送至上位机；
      三、驾驶交互系统把装有摄像头冷喷划线车的车辆的车速传送给DSP；
      四、喷涂交互系统把装有摄像头冷喷划线车的喷嘴的压力和涂料喷量传送给DSP，并接受DSP对喷嘴的压力和涂料喷量的控制；
      五、预警灯接受上位机的控制信号并根据所述信号亮灯；
      六、横向光电编码器检测装有摄像头冷喷划线车的横向步进电机的转动方向和转角，并反馈给DSP；
      七、纵向光电编码器检测装有摄像头冷喷划线车的纵向步进电机的转动方向和转角，并反馈给DSP；
      八、DSP把所述车辆的车速、所述喷嘴的压力和涂料喷量、所述横向步进电机的转动方向和转角、所述纵向步进电机的转动方向和转角传送给上位机；上位机先对所述图像进行灰度化、平滑去噪等预处理，再进行图像二值化分割，通过二值图像连续多次闭运算提取道路边缘，再通过Hough变换提取直线方程以及获取定位参数；上位机根据所述直线方程和定位参数、所述人工指令、所述车辆的车速和行驶方向、所述喷嘴的压力和涂料喷量、所述横向步进电机的转动方向和转角、所述纵向步进电机的转动方向和转角，把修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角、修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角、修正的喷嘴的压力和涂料喷量，传送给DSP；
      九、DSP把修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角传送给第一三态缓冲锁存电路，再经过第一高速光耦电路和第一驱动放大电路，控制横向步进电机的运动；DSP把修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角传送给第二三态缓冲锁存电路，再经过第二高速光耦电路和第二驱动放大电路，控制纵向步进电机的运动。
 
本发明提供的装有摄像头冷喷划线车的控制系统工作流程如下：水平导轨上方的摄像机拍摄路面摄像机前方2-5米的图像，图像在传输到触摸屏显示的同时传输至DSP。触摸屏在显示图像的同时，还可以接收操作人员对图像发出的修改指令，即在触摸屏上手指触摸所发出的指令，而所述指令被传送到上位机。DSP除接收图像外，还接收驾驶交互系统传送过来的装有摄像头冷喷划线车的车辆的车速和行驶方向，喷涂交互系统传送过来的装有摄像头冷喷划线车的喷嘴的压力和涂料喷量。同时，DSP还从横向光电编码器得到装有摄像头冷喷划线车的横向步进电机的转动方向和转角，以及从纵向光电编码器得到的装有摄像头冷喷划线车的纵向步进电机的转动方向和转角。DSP把所述车辆的车速和行驶方向、所述喷嘴的压力和涂料喷量、所述横向步进电机的转动方向和转角、所述纵向步进电机的转动方向和转角传送给上位机。上位机先对所述图像进行灰度化、平滑去噪等预处理，再进行图像二值化分割，通过二值图像连续多次闭运算提取道路边缘，再通过Hough变换提取直线方程以及获取定位参数；上位机根据所述直线方程和定位参数、所述人工指令、所述车辆的车速和行驶方向、所述喷嘴的压力和涂料喷量、所述横向步进电机的转动方向和转角、所述纵向步进电机的转动方向和转角，得到修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角、修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角、修正的喷嘴的压力和涂料喷量，并把所述修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角、所述修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角、所述修正的喷嘴的压力和涂料喷量传送给DSP。DSP把修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角传送给第一三态缓冲锁存电路，再经过第一高速光耦电路和第一驱动放大电路，控制横向步进电机的运动；DSP把修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角传送给第二三态缓冲锁存电路，再经过第二高速光耦电路和第二驱动放大电路，控制纵向步进电机的运动。
 
本发明具有以下有益效果：本发明所针对的装有摄像头的冷喷划线车的摄像机、工控机、导轨和喷嘴形成一个闭环控制系统。其中工控机包括上位机、DSP、第一三态缓冲锁存电路、第一高速光耦电路、第一驱动放大电路、横向光电编码器、第二三态缓冲锁存电路、第二高速光耦电路、第二驱动放大电路、纵向光电编码器、驾驶交互系统、以及喷涂交互系统。同时，工控机还控制喷嘴的压力和出料量；此外，喷嘴的前方设置一把刷子。因此，本发明在工控机的控制下，通过摄像头的拍摄，控制喷嘴精准地在路面的旧标线上划新标线。而驾驶员通过控制触摸屏，能够控制工控机，从而控制冷喷划线装置的工作。因此，本发明所针对的装有摄像头的冷喷划线车克服了人工划线车的各种缺点，其既能划实线，也能划虚线；既能划单线，也能划双线；既能划直线，也能划弯曲线。而本发明提供的装有摄像头冷喷划线车的控制系统能够精准且高效地控制所述装有摄像头的冷喷划线车的工作：对图像进行处理，提取直线方程以及获取定位参数。通过驾驶交互系统和喷涂交互系统获取车辆的车速和行驶方向、以及喷嘴的压力和涂料喷量；通过横向光电编码器获得装有摄像头冷喷划线车的横向步进电机的转动方向和转角，通过纵向光电编码器获得装有摄像头冷喷划线车的纵向步进电机的转动方向和转角；通过触摸屏获得操作员发出的人工指令。然后，而本发明提供的装有摄像头冷喷划线车的控制系统把车辆的车速和行驶方向、喷嘴的压力和涂料喷量、横向步进电机的转动方向和转角、纵向步进电机的转动方向和转角与直线方程和定位参数以及人工指令结合分析，得到修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角、修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角、修正的喷嘴的压力和涂料喷量，并通过高效的三态缓冲锁存电路、高速光耦电路以及驱动放大电路来控制各步进电机的运动，并在路面上进行划线。
 
 [附图说明]
 图1是装有摄像头冷喷划线车的控制系统的工作流程图；
 图2是装有摄像头冷喷划线车的控制系统的数据流程框图；
 图3是装有摄像头冷喷划线车的控制系统所针对的装有摄像头的冷喷划线车的整体布局图；
 图4是装有摄像头冷喷划线车的控制系统所针对的装有摄像头的冷喷划线车的冷喷划线装置部分的放大图；
图5是装有摄像头冷喷划线车的控制系统所针对的装有摄像头的冷喷划线车导轨与喷嘴结构的正视图；
图6是装有摄像头冷喷划线车的控制系统所针对的装有摄像头的冷喷划线车水平导轨的原理图；
图7是装有摄像头冷喷划线车的控制系统所针对的装有摄像头的冷喷划线车竖直导轨的原理图；
图8是装有摄像头冷喷划线车的控制系统所针对的装有摄像头的冷喷划线车的电路连接图。
图1中，88是触摸屏，188是上位机，8是摄像头，288是DSP，4是预警灯，100是车辆，114是驾驶交互系统，518是横向光电编码器，133是第一三态缓冲锁存电路，199是第一高速光耦电路，190是第一驱动放大电路，9是第一步进电机，10是第二步进电机，233是第一三态缓冲锁存电路，299是第一高速光耦电路，290是第一驱动放大电路，18是第三步进电机，25是第四步进电机，528是纵向光电编码器，418是喷涂交互系统，1是气压罐，2是漆料罐，20是第一喷嘴，23是第二喷嘴；
图3中，1是气压罐，2是漆料罐，3是车体，4是预警灯，5是中央控制平台，6是气压导管，7是物料导管；
图4是装有摄像头的冷喷划线车的冷喷划线装置部分的放大图，即图1中I部分的放大图，其中，8是摄像机，9是第一步进电机，10是第二步进电机，11是支架，12是刷子，13是摄像机位置调节装置，14 是摄像机支架，15是第一水平导轨，16 是摄像机固定板，17是第二水平导轨；
图5中，18是第三步进电机，19是第一竖直导轨，20是第一喷嘴，21是第一物料进口，22是第二物料进口，23是第二喷嘴，24是第二竖直导轨，25是第四步进电机；
图6中，26是第一齿轮，27是第一水平导轨槽，28是第二水平导轨槽，29是第二齿轮；
图7中，30是短连杆，31是长连杆，32是滑块；
图8中，33 是摄像机电缆，34是报警装置电缆，35是电机控制电缆。
 
 [具体实施方式]
本发明提供的装有摄像头冷喷划线车的控制系统包括摄像机、触摸屏、预警灯、上位机、DSP（Digital Signal Proccessor）、第一三态缓冲锁存电路、第一高速光耦电路、第一驱动放大电路、横向光电编码器、第二三态缓冲锁存电路、第二高速光耦电路、第二驱动放大电路、纵向光电编码器、驾驶交互系统、喷涂交互系统，其中，
      一、摄像机拍摄路面摄像机前方2-5米的图像，所述图像传输至DSP；
      二、触摸屏显示所述图像，接收人工指令并把所述人工指令和所述图像发送至上位机；
      三、驾驶交互系统把装有摄像头冷喷划线车的车辆的车速传送给DSP；
      四、喷涂交互系统把装有摄像头冷喷划线车的喷嘴的压力和涂料喷量传送给DSP，并接受DSP对喷嘴的压力和涂料喷量的控制；
      五、预警灯接受上位机的控制信号并根据所述信号亮灯；
      六、横向光电编码器检测装有摄像头冷喷划线车的横向步进电机的转动方向和转角，并反馈给DSP；
      七、纵向光电编码器检测装有摄像头冷喷划线车的纵向步进电机的转动方向和转角，并反馈给DSP；
      八、DSP把所述车辆的车速、所述喷嘴的压力和涂料喷量、所述横向步进电机的转动方向和转角、所述纵向步进电机的转动方向和转角传送给上位机；上位机先对所述图像进行灰度化、平滑去噪等预处理，再进行图像二值化分割，通过二值图像连续多次闭运算提取道路边缘，再通过Hough变换提取直线方程以及获取定位参数；上位机根据所述直线方程和定位参数、所述人工指令、所述车辆的车速和行驶方向、所述喷嘴的压力和涂料喷量、所述横向步进电机的转动方向和转角、所述纵向步进电机的转动方向和转角，把修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角、修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角、修正的喷嘴的压力和涂料喷量，传送给DSP；
      九、DSP把修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角传送给第一三态缓冲锁存电路，再经过第一高速光耦电路和第一驱动放大电路，控制横向步进电机的运动；DSP把修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角传送给第二三态缓冲锁存电路，再经过第二高速光耦电路和第二驱动放大电路，控制纵向步进电机的运动。
   
   本发明的优选实施例中，触摸屏所接受的人工指令包括：
A、所述图像中所画线的宽度，B、所述喷嘴喷嘴处的压力，C、是否开始喷涂，D、喷嘴是否自动控制，E、两个喷嘴是否同时工作，或选择其中一个喷嘴工作，F、喷嘴画的线是实线还是虚线，如果是虚线每段的长度，以及每段隔开的长度。
   本发明的优选实施例中，车辆车速是通过获取车轮的转速和车轮的大小，计算得出。
本发明的优选实施例中，喷嘴的压力由安装在气压罐的压力传感器测得，并传送给DSP，而在触摸屏上只显示阀门的开合度。比如阀门打开了一半，就显示50%。而喷嘴的压力的施加是利用专用高压泵对漆施加10—25MPa的压力，然后通过喷枪喷涂于地面，高压泵的加压方式为柱塞式。DSP通过控制柱塞来控制高压泵的压力。通过控制一个电动阀门来控制流入喷嘴的涂料，从而控制喷涂量。
本发明的优选实施例中，预警灯显示左转、右转和双闪。对于路面出现缺损严重的情形，除了亮灯并报警的同时，DSP会自动进入人工控制，并在触摸屏上显示，接受操作员的人工干预。
本发明的优选实施例中，DSP通过横向光电编码器的接口，利用软件判断出横向步进电机的转动方向和转速，从而计算出横向步进电机的转角。
本发明的优选实施例中，DSP通过纵向光电编码器的接口，利用软件判断出纵向步进电机的转动方向和转速，从而计算出纵向步进电机的转角。
本发明的优选实施例中，使用OPENCV图像库对DSP从摄像机获得的图像进行处理，也就是灰度化、二值化等处理，提取出旧线，判断出旧线的位置。摄像头采集到的图像是采用YUV色彩空间存储的，图像空间中的Y分量就是图像的亮度分量，提取出图像中的Y分量组成新的图像就完成了对图像的灰度化处理，就可以生成图像的灰度图了。然后用大津算法对灰度图进行二值化处理，二值化处理后整幅图像内只有黑、白两种颜色的图像。在黑白之间不存在其他灰度层次的变化。
本发明的优选实施例中，DSP和上位机使用 DSP/BIOS 作为系统的操作系统，以便于整个系统软件的开发以及机器视觉精确定位功能的实现。视觉定位的总体软件架构分为两个部分: DSP 端程序和 PC 机端程序。在每一端程序中，又分为两部分: ①应用程序; ②驱动程序。DSP 端程序是基于上述的 RF5 结构和 DSP/BI-OS 实时内核来实现的，PC 端程序基于 WDM 模型PCI 驱动以及界面应用程序实现的。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种装有摄像头冷喷划线车的控制系统，包括摄像机、触摸屏、预警灯、上位机、DSP、第一三态缓冲锁存电路、第一高速光耦电路、第一驱动放大电路、横向光电编码器、第二三态缓冲锁存电路、第二高速光耦电路、第二驱动放大电路、纵向光电编码器、驾驶交互系统、喷涂交互系统，其特征在于：
      一、摄像机拍摄路面2-5米的图像，所述图像传输至DSP；
      二、触摸屏显示所述图像，接收人工指令并把所述人工指令和所述图像发送至上位机；
      三、驾驶交互系统把装有摄像头冷喷划线车的车辆的车速传送给DSP；
      四、喷涂交互系统把装有摄像头冷喷划线车的喷嘴的压力和涂料喷量传送给DSP，并接受DSP对喷嘴的压力和涂料喷量的控制，其中喷嘴的个数为两个；
      五、预警灯接受DSP的控制信号并根据所述信号亮灯；
      六、横向光电编码器检测装有摄像头冷喷划线车的横向步进电机的转动方向和转角，并反馈给DSP；
      七、纵向光电编码器检测装有摄像头冷喷划线车的纵向步进电机的转动方向和转角，并反馈给DSP；
      八、DSP把所述车辆的车速、所述喷嘴的压力和涂料喷量、所述横向步进电机的转动方向和转角、所述纵向步进电机的转动方向和转角传送给上位机；上位机先对所述图像进行灰度化、平滑去噪等预处理，再进行图像二值化分割，通过二值图像连续多次闭运算提取道路边缘，再通过Hough变换提取直线方程以及获取定位参数；上位机根据所述直线方程和定位参数、所述人工指令、所述车辆的车速、所述喷嘴的压力和涂料喷量、所述横向步进电机的转动方向和转角、所述纵向步进电机的转动方向和转角，得到修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角、修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角、修正的喷嘴的压力和涂料喷量，并把所述修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角、所述修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角、所述修正的喷嘴的压力和涂料喷量传送给DSP；
      九、DSP把修正的横向步进电机的转动方向和转角以及横向步进电机的最大转角传送给第一三态缓冲锁存电路，再经过第一高速光耦电路和第一驱动放大电路，控制横向步进电机的运动；DSP把修正的纵向步进电机的转动方向和转角以及纵向步进电机的最大转角传送给第二三态缓冲锁存电路，再经过第二高速光耦电路和第二驱动放大电路，控制纵向步进电机的运动。
2.如权利要求1所述的装有摄像头冷喷划线车的控制系统，其特征在于：所述人工指令包括：
A、所述图像中所画线的宽度，B、所述喷嘴的压力，C、是否开始喷涂，D、喷嘴是手动还是自动控制，E、两个喷嘴是否同时工作，或选择其中一个喷嘴工作，F、喷嘴画的线是实线还是虚线，如果是虚线每段的长度，以及每段隔开的长度。
3.如权利要求1所述的装有摄像头冷喷划线车的控制系统，其特征在于：所述车速是通过获取车轮的转速和车轮的大小，计算得出。
4.如权利要求2所述的装有摄像头冷喷划线车的控制系统，其特征在于：所述预警灯显示左转、右转和双闪；对于路面出现缺损严重的情形，除了亮灯并报警的同时，DSP会自动进入所述划线人工控制，并在触摸屏上显示，接受操作员的人工干预。
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