CN106444778A - 基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统，属于仪表监测领域。本发明包括小车、路面黑条轨迹、地面二维码，路面黑条轨迹设置在小车前端地面上，地面二维码设置在路面黑条轨迹一侧，小车借助寻迹扫描路迹边上的二维码从而打开摄像头实时图像处理。本发明可以在人夜间离开仪表房间后，自动随着路面轨迹并扫描到仪表柜前的轨迹边上的二维码打开摄像头，扫描仪扫描到的二维码含有当前的仪表柜设备正常时仪表灯亮的个数以及仪表柜的位置信息，一旦图像处理检测到仪表灯个数异常就利用无线通信模块发送给检测人员，起到夜间在无人状态下自主检测仪表柜仪表显示灯的工作情况，提高了监测效果以及减少人员工作量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统,属于仪表监测领域。
背景技术
随着社会科技的飞速发展，仪表柜设备仪器在夜间的监测一直需要人去检查检修，而大量的仪表柜上的仪表灯多,人眼长时间检查整个房间的仪表柜会出现眼花从而出现误检，尤其是大企业、大公司的仪表柜，可能达数百个，一旦仪表柜出现问题却没及时发现，可能导致仪器损坏，甚至带来更严重的经济损失。
本发明由国家自然科学基金项目（61562051）资助研究，主要在于探索CPS等实时嵌入式控制软件时序建模方法在图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车控制装置上的应用与推广，在此理论方法支撑下，可以在夜间人眼能见度问题以及仪表灯多眼花的情况下，采取图像处理来代替人工检查，夜间小车上的轨迹识别传感器在车前LED灯的照耀下识别地板上的黑条，引着黑条缓慢行驶一旦车上的扫描仪扫描到仪表柜地板前的二维码，提取里面的仪表柜上的亮灯数目以及仪表柜的位置信息，同时打开摄像头获取仪表柜图片并进行图片处理才而获取仪表柜上真实的亮灯数。一旦与二维码里的信息不合就利用无线通信方式传输出去,从而大大提高了监测效果以及减少人员工作量。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统，用来解决大型仪表室仪表设备亮灯数的误检问题的。
本发明的技术方案是：一种基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统，其特征在于：包括小车、路面黑条轨迹18、地面二维码19，路面黑条轨迹18设置在小车前端地面上，地面二维码19设置在路面黑条轨迹18一侧；
小车包括车轮1、车轮电机2、飞凌ARM开发板模块3、滑板4、步进电机升降装置、摄像头7、LED灯8、扫描仪9、单片机控制模块12、分层板13、电源14、车前LED灯16、轨迹识别传感器17、比较电路20、无线通信模块21；
车轮电机2安装在车轮1上并与单片机控制模块12连接，单片机控制模块12同时与车前LED灯16、轨迹识别传感器17、比较电路20连接，飞凌ARM开发板模块3安装在分层板13上方，单片机控制模块12安装在分层板13下方，飞凌ARM开发板模块3上方安装有滑板4、扫描仪9，滑板4上方安装有步进电机升降装置、摄像头7，步进电机升降装置、无线通信模块21、扫描仪9、摄像头7均与飞凌ARM开发板模块3连接，扫描仪9上安装有LED灯8，电源14与单片机控制模块12、飞凌ARM开发板模块3连接，轨迹识别传感器17安装在小车前端且与比较电路20连接。如图2、图6所示，本发明的车轮电机2的数量为2个，分别安装在两个车轮1上。
具体地，所述的比较电路20包括：电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、LM399电压比较芯片，所述的轨迹识别传感器17包括红外发射管28、红外接收管29，电阻R2的一段接地，另一端与红外发射管28连接，电阻R3一端接红外接收管29，另一端接地，红外发射管28、红外接收管29的上端连接电源，电阻R5一端与电阻R4连接，电阻R4另一端接地，电阻R5另一端与电阻R6连接并接电源，LM399芯片负极与红外接收管29下端连接，正极连接电阻R5，另一端与电阻R6下端连接并接单片机控制模块12。
具体地，所述的飞凌ARM开发板模块3包括： CMOS摄像头接口22、蜂鸣器23、USB插口24、电源接口25、UART接口26、LCD端口27，CMOS摄像头接口22与摄像头7连接，USB插口24分别与扫描仪9、步进电机升降装置连接，LED灯8与飞凌ARM开发板模块3的LCD端口27连接，无线通信模块21采取的是通用的2.4G无线通讯模块，与飞凌ARM开发板模块3的UART接口26连接，蜂鸣器23遇到异常发出警告，电源接口25连接电源。
具体地，所述的步进电机升降装置包括：步进电机5、升降支架6、固定板块15、轮滑铁珠31、齿轮32、直条齿轮33，滑板4内部有上下排的轮滑铁珠31，步进电机5的尾端30夹在滑板4的轮滑铁珠31里，另一端套一个齿轮32，齿轮32安装在直条齿轮33上，步进电机5上安装升降支架6地端的一端，升降支架6地端的另一端安装在固定板块15上，升降支架6的上端安上摄像头7。
具体地，所述的单片机控制模块12包括单片机、电机驱动芯片11、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、晶振Y1，所述的单片机采用STC89C52RC单片机，车轮电机2连接在电机驱动芯片11的OUT1、OUT2引脚，电机驱动芯片11的GND引脚接地，VSS引脚接12V电压，VCC引脚接单片机的VCC引脚，电机驱动芯片11的EN12、IN1、IN2、EN34、IN3、IN4引脚与单片机的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5引脚连接，单片机的复位电路中电容C1一端接5V电压，另一端接电阻R1的上端并接单片机RST引脚，电阻R1的下一端接地，晶振电路中电容C2，C3下端接地，上端分别接晶振Y1的两端和单片机的XTAL2，XTAL1引脚，单片机的GND引脚接地。单片机的P2.1引脚接车前LED灯16，单片机的P0.0引脚接比较电路20的输出端。
优选地，所述的扫描仪9通过支架10安装在飞凌ARM开发板模块3上方。
本发明的工作原理是：
当前仪表室的仪表柜检查是根据仪表柜上的亮灯情况，人眼检查仪表柜上的仪表灯从而可以知道仪表柜控制的仪器设备是否正常工作，但是这样存在的问题就是人要定期的或者不间断的进仪表室进行检查检修，同样存在的问题就是大型仪表室里大量的仪表柜就会有大量的仪表灯，人眼长期的巡查会导致眼花从而增加了检修人员的误检，根据本发明，首先在仪表室里的一排排仪表柜前的地板上贴上连续的同宽度黑条，黑条贴在白板上，然后仪器贴在地板上，使黑条从头到尾围绕所有的仪表柜，同样黑条的尾端要连接到黑条的首端，这样小车在行驶的时候会随着这条黑条可以循环的围绕着一排排的仪表柜，而识别地板上的黑条是采取一种基于红外传感器的轨迹识别传感器17，轨迹识别传感器17是由红外发射管28和红外接收管29组成的，红外发射管28不断地发射红外线，当遇到不同颜色的物体时，地板上的黑条与白板颜色就是不同的颜色，当然也可以贴上其他有区与地板颜色的跳板就可以，红外接收管29获得的信号强弱就会不同。轨迹识别传感器17把这些信号转换为电信号，经过比较电路20后再传给STC89C52RC单片机控制系统，随后单片机控制系统经过电机驱动芯片11后驱动前轮的车轮电机2，让小车沿着黑条轨迹行驶，同时在制作这些行驶黑条时，在每一个仪表柜前的黑条旁印上一个地面二维码19，里面包含的信息有当前二维码对着的仪表柜的位置信息以及仪表柜上的仪表灯亮灯的数目，且扫描仪9是夹在支架10上的，可以调整角度，从而可以调整角度扫描到黑条旁边的地面二维码19，一旦角度调整好后引着黑条缓慢行驶扫描到了二维码后，将这些信息传送给了飞凌ARM开发板模块3，飞凌ARM开发板模块3通过驱动步进电机5，进而控制升降支架6的升降来控制摄像头7，一旦打开摄像头7将仪表柜图片传送给飞凌ARM开发板模块3进行图片处理，之所以采取开发板进行图像处理是因为处理速度快，由于是夜间的仪表柜这样获取的图片亮灯就很显目，同时也降低了仪表柜上一些干扰图像，当然为了更大的加强处理的准确率，本发明设计了一个自动升降装置，由于升降支架6底端的一端固定在了步进电机5上，另一端固定在了固定板块15上，飞凌ARM开发板模块3控制步进电机5随着直条齿前后移动，这样就将固定在步进电机5上的升降支架6可以上下伸缩，这样就相当于调整了摄像头7的上下拍摄区域，使摄像头7可以在调整上下拍摄角度，从而摄像头7可以拍摄到整个仪表柜的仪表灯图样，通过以上环境的因素以及自动升降装置提高了识别的准确性，一旦识别出仪表柜图像上的亮灯数后，与扫描地面二维码19获取的亮灯数的数据信息进行对比，一旦识别的亮灯数与二维码里的亮灯数不一致，就通过通用的2.4G无线通讯模块21进行无线通信，将异常以及二维码读取的仪表柜的位置信息传送给监测人员，同时也将传送小车的电源电量情况，从而在异常以及电力不足情况下，检测人员就可以进行检修仪器以及更换电源，从而检测人员就不用不间断的进入仪表室利用人眼去一个仪表柜一个仪表柜的进行检查检修，不但会存在人眼花误检的可能，夜间人也不会如白天长期不间断的进仪表室进行检修检查，那么一旦在仪表室地板上搭建好了黑条轨迹以及调整好扫描仪9的扫描角度以及摄像头7的角度后，小车随着黑条缓慢的进行轨迹的导航以及扫描黑条旁的地面二维码19就可以智能的识别仪表柜上的仪表灯数。
本发明的有益效果是：本发明方法清晰，结构简单，成本低廉，可以在夜间人眼能见度问题以及仪表灯多眼花的情况下，采取图像处理来代替人工检查，夜间小车上的轨迹识别传感器在车前LED灯的照耀下识别地板上的黑条，引着黑条缓慢行驶一旦车上的扫描仪9扫描到仪表柜地板前的地面二维码19，提取里面的仪表柜上的亮灯数目以及仪表柜的位置信息，同时打开摄像头7获取仪表柜图片并进行图片处理才而获取仪表柜上真实的亮灯数。一旦与二维码里的信息不合就利用无线通信方式传输出去，从而大大提高了监测效果以及减少人员工作量。
附图说明：
图1是本发明的小车侧面图；
图2是本发明的小车底层控制结构图；
图3是本发明的飞凌ARM开发板模块3与各装置结构连接图；
图4是本发明的小车轨迹识别传感器17与比较电路20的连接图；
图5是本发明的步进电机升降装置结构图；
图6是本发明的单片机控制模块12的电路图。
图中各标号为：车轮电机-2、飞凌ARM开发板模块-3、滑板-4、步进电机-5、升降支架-6、摄像头-7、LED-灯8、扫描仪-9、支架-10、电机驱动芯片-11、单片机控制模块-12、分层板-13、电源-14、固定板块-15、车前LED灯-16、轨迹识别传感器-17、路面黑条轨迹-18、地面二维码-19、比较电路-20、无线通信模块-21、CMOS摄像头接口-22、蜂鸣器-23、USB端口-24、电源端口-25、UART接口-26、LCD接口-27、红外发射管-28，红外接收管-29、步进电机的尾端-30、轮滑铁珠-31、齿轮-32、直条齿轮33。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-6所示，一种基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统，包括小车、路面黑条轨迹18、地面二维码19，路面黑条轨迹18设置在小车前端地面上，地面二维码19设置在路面黑条轨迹18一侧；
小车包括车轮1、车轮电机2、飞凌ARM开发板模块3、滑板4、步进电机升降装置、摄像头7、LED灯8、扫描仪9、单片机控制模块12、分层板13、电源14、车前LED灯16、轨迹识别传感器17、比较电路20、无线通信模块21；
车轮电机2安装在车轮1上并与单片机控制模块12连接，单片机控制模块12同时与车前LED灯16、轨迹识别传感器17、比较电路20连接，飞凌ARM开发板模块3安装在分层板13上方，单片机控制模块12安装在分层板13下方，飞凌ARM开发板模块3上方安装有滑板4、扫描仪9，滑板4上方安装有步进电机升降装置、摄像头7，步进电机升降装置、无线通信模块21、扫描仪9、摄像头7均与飞凌ARM开发板模块3连接，扫描仪9上安装有LED灯8，电源14与单片机控制模块12、飞凌ARM开发板模块3连接，轨迹识别传感器17安装在小车前端且与比较电路20连接，轨迹识别传感器17对地面的路面黑条轨迹18进行光学感应后转换成电路信号。
进一步地，所述的比较电路20包括：电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、LM399电压比较芯片，所述的轨迹识别传感器17包括红外发射管28、红外接收管29，电阻R2的一段接地，另一端与红外发射管28连接，电阻R3一端接红外接收管29，另一端接地，红外发射管28、红外接收管29的上端连接电源，电阻R5一端与电阻R4连接，电阻R4另一端接地，电阻R5另一端与电阻R6连接并接电源，LM399芯片负极与红外接收管29下端连接，正极连接电阻R5，另一端与电阻R6下端连接并接单片机控制模块12。
进一步地，所述的飞凌ARM开发板模块3包括： CMOS摄像头接口22、蜂鸣器23、USB插口24、电源接口25、UART接口26、LCD端口27，CMOS摄像头接口22与摄像头7连接，USB插口24分别与扫描仪9、步进电机升降装置连接，LED灯8与飞凌ARM开发板模块3的LCD端口27连接，无线通信模块21采取的是通用的2.4G无线通讯模块，与飞凌ARM开发板模块3的UART接口26连接，蜂鸣器23遇到异常发出警告，电源接口25连接电源。
进一步地，所述的步进电机升降装置包括：步进电机5、升降支架6、固定板块15、轮滑铁珠31、齿轮32、直条齿轮33，滑板4内部有上下排的轮滑铁珠31，步进电机5的尾端30夹在滑板4的轮滑铁珠31里，另一端套一个齿轮32，齿轮32安装在直条齿轮33上，步进电机5上安装升降支架6地端的一端，升降支架6地端的另一端安装在固定板块15上，升降支架6的上端安上摄像头7，步进电机5与飞凌ARM开发板模块3中的USB插口24连接。
进一步地，所述的单片机控制模块12包括单片机、电机驱动芯片11、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、晶振Y1，所述的单片机采用STC89C52RC单片机，车轮电机2连接在电机驱动芯片11的OUT1、OUT2引脚，电机驱动芯片11的GND引脚接地，VSS引脚接12V电压，VCC引脚接单片机的VCC引脚，电机驱动芯片11的EN12、IN1、IN2、EN34、IN3、IN4引脚与单片机的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5引脚连接，单片机的复位电路中电容C1一端接5V电压，另一端接电阻R1的上端并接单片机RST引脚，电阻R1的下一端接地，晶振电路中电容C2，C3下端接地，上端分别接晶振Y1的两端和单片机的XTAL2，XTAL1引脚，单片机的GND引脚接地。单片机的P2.1引脚接车前LED灯16，单片机的P0.0引脚接比较电路20的输出端。
进一步地，所述的扫描仪9通过支架10安装在飞凌ARM开发板模块3上方。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统，其特征在于：包括小车、路面黑条轨迹（18）、地面二维码（19），路面黑条轨迹（18）设置在小车前端地面上，地面二维码（19）设置在路面黑条轨迹（18）一侧；
小车包括车轮（1）、车轮电机（2）、飞凌ARM开发板模块（3）、滑板（4）、步进电机升降装置、摄像头（7）、LED灯（8）、扫描仪（9）、单片机控制模块（12）、分层板（13）、电源（14）、车前LED灯（16）、轨迹识别传感器（17）、比较电路（20）、无线通信模块（21）；
车轮电机（2）安装在车轮（1）上并与单片机控制模块（12）连接，单片机控制模块（12）同时与车前LED灯（16）、轨迹识别传感器（17）、比较电路（20）连接，飞凌ARM开发板模块（3）安装在分层板13上方，单片机控制模块（12）安装在分层板（13）下方，飞凌ARM开发板模块（3）上方安装有滑板（4）、扫描仪（9），滑板（4）上方安装有步进电机升降装置、摄像头（7），步进电机升降装置、无线通信模块（21）、扫描仪（9）、摄像头（7）均与飞凌ARM开发板模块（3）连接，扫描仪（9）上安装有LED灯（8），电源（14）与单片机控制模块（12）、飞凌ARM开发板模块（3）连接，轨迹识别传感器（17）安装在小车前端且与比较电路(20)连接。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统，其特征在于：所述的比较电路（20）包括：电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、LM399电压比较芯片，所述的轨迹识别传感器（17）包括红外发射管（28）、红外接收管（29），电阻R2的一段接地，另一端与红外发射管（28）连接，电阻R3一端接红外接收管（29），另一端接地，红外发射管（28）、红外接收管（29）的上端连接电源，电阻R5一端与电阻R4连接，电阻R4另一端接地，电阻R5另一端与电阻R6连接并接电源，LM399芯片负极与红外接收管（29）下端连接，正极连接电阻R5，另一端与电阻R6下端连接并接单片机控制模块（12）。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统，其特征在于：所述的飞凌ARM开发板模块（3）包括： CMOS摄像头接口（22）、蜂鸣器（23）、USB插口（24）、电源接口（25）、UART接口（26）、LCD端口（27），CMOS摄像头接口（22）与摄像头（7）连接，USB插口（24）分别与扫描仪（9）、步进电机升降装置连接，LED灯（8）与飞凌ARM开发板模块（3）的LCD端口（27）连接，无线通信模块（21）采取的是通用的2.4G无线通讯模块，与飞凌ARM开发板模块（3）的UART接口（26）连接，蜂鸣器（23）遇到异常发出警告，电源接口（25）连接电源。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统，其特征在于：所述的步进电机升降装置包括：步进电机（5）、升降支架（6）、固定板块（15）、轮滑铁珠（31）、齿轮（32）、直条齿轮（33），滑板（4）内部有上下排的轮滑铁珠（31），步进电机（5）的尾端（30）夹在滑板（4）的轮滑铁珠（31）里，另一端套一个齿轮（32），齿轮（32）安装在直条齿轮（33）上，步进电机（5）上安装升降支架（6）地端的一端，升降支架（6）地端的另一端安装在固定板块（15）上，升降支架（6）的上端安上摄像头（7）。
5.根据权利要求1所述的基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统，其特征在于：所述的单片机控制模块（12）包括单片机、电机驱动芯片（11）、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、晶振Y1，所述的单片机采用STC89C52RC单片机，车轮电机（2）连接在电机驱动芯片（11）的OUT1、OUT2引脚，电机驱动芯片（11）的GND引脚接地，VSS引脚接12V电压，VCC引脚接单片机的VCC引脚，电机驱动芯片（11）的EN12、IN1、IN2、EN34、IN3、IN4引脚与单片机的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5引脚连接，单片机的复位电路中电容C1一端接5V电压，另一端接电阻R1的上端并接单片机RST引脚，电阻R1的下一端接地，晶振电路中电容C2，C3下端接地，上端分别接晶振Y1的两端和单片机的XTAL2，XTAL1引脚，单片机的GND引脚接地；单片机的P2.1引脚接车前LED灯（16），单片机的P0.0引脚接比较电路（20）的输出端。
6.根据权利要求5所述的基于嵌入式图像处理仪表柜亮灯的自控需迹小车系统，其特征在于：所述的扫描仪（9）通过支架（10）安装在飞凌ARM开发板模块（3）上方。
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