CN106383520A - 一种基于arm和mcu的喷药机器人实时控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统及方法，包括图像分析系统、导航控制系统以及上位机，所述上位机与所述图像分析系统相连，所述图像分析系统与所述导航控制系统相连；所述图像分析系统包括ARM Cortex‑A8处理单元以及与其相连的触摸显示屏、移动电源模块、图像采集模块；所述导航控制系统包括嵌入式MCU以及与其相连的编码器、步进电机。本发明可实现实时对图像进行处理并得到相应的控制参数，由MCU实现对电机的实时控制电机转向动作。
Description
技术领域
本发明涉及农业机器人领域，特别是一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统及方法。
背景技术
农业机器人辅助驾驶已成为普遍关注的问题，而实现农业机器人辅助驾驶的核心问题是对其预行驶路径进行检测，即导航。如何实现自主导航是农业机器人领域的研究热点之一，视觉导航技术凭借其探测范围广、获取信息完整等优势，成为目前国内外应用较多的机器人导航方式。其关键环节在于通过图像处理技术准确可靠地提取导航基准线。植物园道路结构弯曲复杂，喷药劳动强度大、危害工人健康，采用视觉导航技术识别路径对植物园作物实现喷洒农药自主作业具有重大的现实意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统及方法，可实现实时对图像进行处理并得到相应的控制参数，由MCU实现对电机的实时控制电机转向动作。
本发明的系统采用以下方案实现：一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统，其特征在于：包括图像分析系统、导航控制系统以及上位机，所述上位机与所述图像分析系统相连，所述图像分析系统与所述导航控制系统相连；所述图像分析系统包括ARMCortex-A8处理单元以及与其相连的触摸显示屏、移动电源模块、图像采集模块；所述导航控制系统包括嵌入式MCU以及与其相连的编码器、步进电机。
进一步地，所述图像采集模块经视频转换模块连接至所述ARM Cortex-A8处理单元。
进一步地，所述图像采集模块为CMOS图像传感器，所述视频转换模块包括视频转换芯片TVP5150AM1。
进一步地，所述步进电机经电机驱动电路与所述嵌入式MCU电性相连。
进一步地，所述ARM Cortex-A8处理单元连接有光照系统，用以弥补光线亮度不够给图像采集带来的影响；所述光照系统包括白光源与光源驱动电路，所述白光源经所述光源驱动电路与所述ARM Cortex-A8处理单元相连。
本发明还提供了一种基于上文所述的基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统的方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：所述图像采集模块采集图像信号，并将采集的图像信息转换成数字信号后，传递至所述ARM Cortex-A8处理单元；
步骤S2：所述ARM Cortex-A8处理单元对图像信息进行处理，并将处理后的结果传递至所述导航控制系统中的嵌入式MCU；
步骤S3：所述嵌入式MCU根据步骤S2处理后的结果驱动控制所述步进电机，实现车体轮子的左右偏转。
进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：将图像信息采用2G-R-B因子灰度化；
步骤S22：采用大津法计算阈值，二值化分割出路径；
步骤S23：提取路径拟合点；
步骤S24：基于已知点Hough提取直线；
步骤S25：计算导航线偏角和偏移量参数，并将结果传输至所述导航控制系统中的嵌入式MCU。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明的图像信息采集效率高，可实时对图像进行处理并得到相应的控制参数，由MCU微控制器实现对电机的实时控制电机转向动作。提高喷药机器人自动化作业水平。
附图说明
图1为本发明实施例的原理示意框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统，其特征在于：包括图像分析系统、导航控制系统以及上位机，所述上位机与所述图像分析系统相连，所述图像分析系统与所述导航控制系统相连；所述图像分析系统包括ARM Cortex-A8处理单元以及与其相连的触摸显示屏、移动电源模块、图像采集模块；所述导航控制系统包括嵌入式MCU以及与其相连的编码器、步进电机。
在本实施例中，所述图像采集模块经视频转换模块连接至所述ARM Cortex-A8处理单元。
在本实施例中，所述图像采集模块为CMOS图像传感器，所述视频转换模块包括视频转换芯片TVP5150AM1。
在本实施例中，所述步进电机经电机驱动电路与所述嵌入式MCU电性相连。
在本实施例中，，所述ARM Cortex-A8处理单元连接有光照系统，用以弥补光线亮度不够给图像采集带来的影响；所述光照系统包括白光源与光源驱动电路，所述白光源经所述光源驱动电路与所述ARM Cortex-A8处理单元相连。
本实施例还提供了一种基于上文所述的基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统的方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：所述图像采集模块采集图像信号，并将采集的图像信息转换成数字信号后，传递至所述ARM Cortex-A8处理单元；
步骤S2：所述ARM Cortex-A8处理单元对图像信息进行处理，并将处理后的结果传递至所述导航控制系统中的嵌入式MCU；
步骤S3：所述嵌入式MCU根据步骤S2处理后的结果驱动控制所述步进电机，实现车体轮子的左右偏转。
在本实施例中，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：将图像信息采用2G-R-B因子灰度化；
步骤S22：采用大津法计算阈值，二值化分割出路径；
步骤S23：提取路径拟合点；
步骤S24：基于已知点Hough提取直线；
步骤S25：计算导航线偏角和偏移量参数，并将结果传输至所述导航控制系统中的嵌入式MCU。
较佳的，在本实施例中，所述上位机包括软件开发单元，所述软件开发单元中的Visual Studio 2010平台进行程序开发，经Arm-linux-gcc完成程序的交叉编译，然后将程序移植到ARM图像处理平台进行图像分析；ARM Cortex-A8图像处理单元完成整个系统的图像算法运算，进行算法运算和图像识并得到图像信号；将得到的图像信号通过串口RS232进行通信，传递至MCU嵌入式微控制器，所述MCU嵌入式微控制器首先接收视觉识别系统传来的偏角信息,将其存储在SDRAM中,并且在TFT-LCD液晶屏上实时显示路径的位置信息；同时将编码器中的位置信息读入嵌入式MCU中,结合车体位置信息,利用模糊控制技术控制前轮转向,最终实现喷药机器人辅助驾驶。其中光照系统是为了弥补光线亮度不够给图像采集带来的影响，包括光源驱动与控制和白光源。
特别的，移动机器人的左右转向,要求电机能够实现正反转,可使用可逆PWM系统。可逆PWM系统分为单极性驱动和双极性驱动，单极性驱动指在一个PWM周期里,电枢的电压极性呈单一性变化。双极性驱动指在一个周期里,电枢电压极性呈正负变化。因单极性驱动较易实现,在本实施例中，该驱动器采用单极性H桥式方式来驱动电机，实现车体轮子的左右偏转。
在本实施例中，摄像头图像采集模块通过CMOS图像传感器将光信号转成电信号后，再经视频转换芯片TVP5150AM1将图片的模拟信号转成数字信号，最后将经信号处理后的数据由USB传输口发出，其中图像分析系统通过Linux下的V4L2的视频采集接口函数设计采集程序。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统，其特征在于：包括图像分析系统、导航控制系统以及上位机，所述上位机与所述图像分析系统相连，所述图像分析系统与所述导航控制系统相连；所述图像分析系统包括ARM Cortex-A8处理单元以及与其相连的触摸显示屏、移动电源模块、图像采集模块；所述导航控制系统包括嵌入式MCU以及与其相连的编码器、步进电机。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统，其特征在于：所述图像采集模块经视频转换模块连接至所述ARM Cortex-A8处理单元。
3.根据权利要求2所述的一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统，其特征在于：所述图像采集模块为CMOS图像传感器，所述视频转换模块包括视频转换芯片TVP5150AM1。
4.根据权利要求1所述的一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统，其特征在于：所述步进电机经电机驱动电路与所述嵌入式MCU电性相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统，其特征在于：所述ARM Cortex-A8处理单元连接有光照系统，用以弥补光线亮度不够给图像采集带来的影响；所述光照系统包括白光源与光源驱动电路，所述白光源经所述光源驱动电路与所述ARM Cortex-A8处理单元相连。
6.一种基于权利要求1所述的基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：所述图像采集模块采集图像信号，并将采集的图像信息转换成数字信号后，传递至所述ARM Cortex-A8处理单元；
步骤S2：所述ARM Cortex-A8处理单元对图像信息进行处理，并将处理后的结果传递至所述导航控制系统中的嵌入式MCU；
步骤S3：所述嵌入式MCU根据步骤S2处理后的结果驱动控制所述步进电机，实现车体轮子的左右偏转。
7.根据权利要求6所述的一种基于ARM和MCU的喷药机器人实时控制系统的方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：
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