CN110690844A - 一种传动设备的智能调速系统和方法 - Google Patents

一种传动设备的智能调速系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种传动设备的智能调速系统，包括：摄像头，用于拍摄传动设备上的设定区域，并将拍摄出的图像发送至控制器；与摄像头连接的控制器，用于在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，并按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的个数的电机转速；其中，对应关系中的个数与电机转速呈正相关；与控制器以及传动设备连接的电机，用于在控制器的控制下控制传动设备运动，且电机的转速符合控制器确定出的电机转速。应用本申请的方案，有利于进行传动设备运行的节能，本发明还公开了一种传动设备的智能调速方法，具有相应效果。

Description

一种传动设备的智能调速系统和方法
技术领域
本发明涉及传动设备控制技术领域，特别是涉及一种传动设备的智能调速系统和方法。
背景技术
传动设备被广泛地应用在生活的各个方面，通常是按照固定的速度进行移动。但是，经常会出现传动设备上没有人或者物体的情况，传动设备此时却一直在工作，造成较大的能量损耗。例如，手扶型电梯在无人的时候却一直空转，传送带上没有物体时仍旧一直空转。
特别是随着能源成本的提高，传动设备无意义的能量损耗愈发凸显。在部分场合中，也会有采用PLC和变频器进行调速的方案，通常用在工业生产现场。这样的方案需要人为观察，进而通过按键进行传动设备的转速档位的调整，一方面人力成本较高，另一方面也不利于实时调节，还容易受到主管因素的影响，使得节约的能源成本有限。
综上所述，如何有效地进行传动设备的节能，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种传动设备的智能调速系统和方法，以有效地进行传动设备的节能。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种传动设备的智能调速系统，包括：
摄像头，用于拍摄传动设备上的设定区域，并将拍摄出的图像发送至控制器；
与所述摄像头连接的所述控制器，用于在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，并按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的所述个数的电机转速；其中，所述对应关系中的个数与电机转速呈正相关；
与所述控制器以及所述传动设备连接的电机，用于在所述控制器的控制下控制所述传动设备运动，且所述电机的转速符合所述控制器确定出的电机转速。
优选的，还包括：与所述控制器连接的显示装置，用于显示统计出的所述个数以及所述控制器确定出的电机转速。
优选的，所述电机具体用于：
在所述控制器的闭环反馈控制下，控制所述传动设备运动，且所述电机的转速符合所述控制器确定出的电机转速。
优选的，所述控制器具体用于：
在将接收到的图像利用大津算法进行二值化之后，统计出黑色像素点的个数，并按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的所述个数的电机转速。
优选的，所述控制器还用于：
在接收到第一指令之后，控制所述电机的转速保持为预设的第一速度。
一种传动设备的智能调速方法，包括：
摄像头拍摄传动设备上的设定区域，并将拍摄出的图像发送至控制器；
控制器在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，并按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的所述个数的电机转速；其中，所述对应关系中的个数与电机转速呈正相关；
电机在所述控制器的控制下控制所述传动设备运动，且所述电机的转速符合所述控制器确定出的电机转速。
优选的，还包括：
显示装置显示统计出的所述个数以及所述控制器确定出的电机转速。
优选的，所述电机在所述控制器的控制下控制所述传动设备运动，且所述电机的转速符合所述控制器确定出的电机转速，包括：
所述电机在所述控制器的闭环反馈控制下，控制所述传动设备运动，且所述电机的转速符合所述控制器确定出的电机转速。
优选的，所述控制器在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，包括：
所述控制器在将接收到的图像利用大津算法进行二值化之后，统计出黑色像素点的个数。
优选的，还包括：
所述控制器在接收到第一指令之后，控制所述电机的转速保持为预设的第一速度。
应用本发明实施例所提供的技术方案，实现了对传动设备的速度的自适应调节。具体的，摄像头可以拍摄传动设备上的设定区域，并将拍摄出的图像发送至控制器。控制器在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，就可以按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的个数的电机转速，对应关系中的个数与电机转速呈正相关，即个数越多，电机转速越快。而当个数较少时，说明传动设备上的物体少，相应地也就选用较低的电机转速，因此有利于节能。此外，本申请的方案中通过摄像头、控制器以及电机实现了传动设备的智能调速，方案的结构简单，抗干扰性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中一种传动设备的智能调速系统的结构示意图；
图2为本发明中一种传动设备的智能调速方法的实施流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种传动设备的智能调速系统，有利于节能，且方案的结构简单，抗干扰性强。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明中一种传动设备的智能调速系统的结构示意图，该传动设备的智能调速系统包括：
摄像头10，用于拍摄传动设备上的设定区域，并将拍摄出的图像发送至控制器20。
摄像头10需要拍摄传动设备上的设定区域，因此摄像头10需要进行固定。并且需要说明的是，在后续运行的过程中，通常不改变摄像头10的位置。此外还需要指出的是，由于本申请的方案中，控制器20需要根据接收的图像进行黑色像素点的统计，而摄像头10的位置、拍摄的场景均相同时，不同分辨率的摄像头10也会影响控制器20统计出的黑色像素点的个数，因此通常也不会改变摄像头10的型号。当然，如果实际应用中需要调整摄像头10的拍摄位置或者型号时，则需要重启调整个数与电机转速之间的对应关系。
摄像头10通常会实时地将拍摄出的图像发送至控制器20，或者按照较短的周期将拍摄出的图像发送至控制器20。
摄像头10的具体型号也可以根据需要进行设定和选取，例如一种具体场合中，摄像头10采用的是MT96032摄像头10。
与摄像头10连接的控制器20，用于在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，并按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的个数的电机转速。其中，对应关系中的个数与电机转速呈正相关；
针对在任意时刻接收到的图像，控制器20均会将该图像进行二值化，具体采用的二值化方法可以根据需要进行设定和调整，例如可以选用运算速度较快，适用于像素质量较高的图像中的Kittle算法，又如在本发明的一种具体实施方式中，选用应用场景较广的大津算法。即控制器20可以具体用于：在将接收到的图像利用大津算法进行二值化之后，统计出黑色像素点的个数，并按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的个数的电机转速。
大津算法是指：统计灰度图像的灰度值，并建立0-255之间的直方图。算出总灰度和总像素点数后，再利用阈值将图像分为前景和后景。通过循环计算，可以得出一个最佳阈值能使前景和后景差别最大。得到这个最佳阈值后，就将图像中灰度值小于该最佳阈值的像素点的灰度值赋值为0，而大于该最佳阈值的像素点的灰度值赋值为255，从而实现二值化。具体的推导如下：
可以设前景点数占整张图像比例为ω0，平均灰度为u0，后景点数占整张图像比例为ω1，平均灰度为u1。
则整张图像的总平均灰度u为：u＝ω0×u0+ω1×u1
前景和后景的图像方差可以表示为：
g＝ω0×(u0-u)2+ω1×(u1-u)2＝ω0×ω1×(u0-u1)2
通过循环计算的方式，当寻找到方差最大时，此时就可以得到最佳阈值，表示为：Best＝ω0×ω1×(u0-u1)×(u1-u0)
得出最佳阈值之后，便可以将图像从灰度图像变为二值化图像。
控制器20在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，然后需要按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的个数的电机转速。而该对应关系需要预先进行设定，当然也可以根据需要进行调整。
还需要指出的是，在该预设的对应关系中，考虑到更为精确地进行传动设备的速度控制有利于节能，因此可以为不同的个数配置不同的电机转速，即每一个个数对应一个电机转速，且这些电机转速均互不相同。
当然，在部分场合中，考虑到频繁调节传动设备的速度可能对电机30造成损耗，以及设置对应关系的方便性，也可以按照个数所处的范围进行对应的电机转速的配置，即建立分阶段的对应关系。例如当个数为0至30时，对应的电机转速为0r/s，个数为31至60时，对应的电机转速为60r/s。
与控制器20以及传动设备连接的电机30，用于在控制器20的控制下控制传动设备运动，且电机30的转速符合控制器20确定出的电机转速。
具体地，电机30在控制器20的控制下，控制传动设备运动，且电机30的转速需要符合控制器20通过统计出黑色像素点的个数进而确定出的电机转速，即控制器20发出的电机控制信号不同时，传动设备的运动速度会相应地不同。
在本发明的一种具体实施方式中，电机30具体用于：
在控制器20的闭环反馈控制下，控制传动设备运动，且电机30的转速符合控制器20确定出的电机转速。
考虑到闭环反馈控制有利于进行电机转速的准确调节，因此该种实施方式中选用了闭环反馈的方式进行电机转速的控制。PID是常用的闭环反馈控制方式。当然，在采用该种实施方式时，需要设置用于进行电机转速检测的相关传感器，并将监测出的转速发送至控制器20，以使得控制器20实现针对电机转速的闭环控制。
在采用PID进行电机转速的闭环控制时，首先需要进行PID变量结构体的定义，代码可以为：
struct_pid{
Float SetSpeed；//定义设定值
float ActualSpeed；//定义实际值
float err；//定义偏差值
float err_last；//定义上一个偏差值
float Kp,Ki,Kd；//定义比例、积分、微分系数
float voltage；//定义电压值(控制执行器的变量)
float integral；//定义积分值
}pid；
本申请的控制算法中所需要的参数可以在一个结构体中统一定义，方便后面的使用。
之后需要统一初始化变量，特别是Kp，Ki，Kd三个参数，在调试过程当中，可以通过调节这三个量，实现控制效果的调整。
控制算法的代码可以如下：
float PID_realize(float speed){
pid.SetSpeed＝speed；
pid.err＝pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed；
pid.integral+＝pid.err；
pid.voltage＝pid.Kp*pid.err+pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pid.err_last)；
pid.err_last＝pid.err；
pid.ActualSpeed＝pid.voltage*1.0；
return pid.ActualSpeed；
}
此时，设置的三个参数Kp＝1,Ki＝1,Kd＝1。
本申请的控制器20的具体型号也可以根据需要进行设定和调整，例如考虑到K60具备可扩展性和高精度的adc检测，同时K60引脚多且基本都具有复用功能，此外也有摄像头10配套的引脚，且K60也包含大量的库函数。因此在一种具体实施方式中控制器20的信号可以为K60。
应用本发明实施例所提供的技术方案，实现了对传动设备的速度的自适应调节。具体的，摄像头10可以拍摄传动设备上的设定区域，并将拍摄出的图像发送至控制器20。控制器20在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，就可以按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的个数的电机转速，对应关系中的个数与电机转速呈正相关，即个数越多，电机转速越快。而当个数较少时，说明传动设备上的物体少，相应地也就选用较低的电机转速，因此有利于节能。此外，本申请的方案中通过摄像头10、控制器20以及电机30实现了传动设备的智能调速，方案的结构简单，抗干扰性强。
在本发明的一种具体实施方式中，还可以包括：与控制器20连接的显示装置，用于显示统计出的个数以及控制器20确定出的电机转速。
显示装置可以采用OLED等类型的显示装置，通过对控制器20统计出的个数以及控制器20确定出的电机转速的显示，有利于相关工作人员通过显示器便可以直观且方便地了解传动设备的运行情况。
在本发明的一种具体实施方式中，控制器20还可以用于：
在接收到第一指令之后，控制电机30的转速保持为预设的第一速度。
可以通过成本较低的拨码开关来实现第一指令的输入，也可以通过相关输入装置进行输入，例如键盘，触屏等。
考虑到部分场合，用户有传动设备保持为固定速度的需求，因此本申请的该种实施方式中，实现了两种模式的兼容，即控制器20在接收到第一指令之后，说明用户此时不想要对传动设备进行自适应调速，而是希望是固定速度的模式，因此控制器20控制电机30的转速保持为预设的第一速度。
此外还需要指出的是，该种实施方式中，控制器20控制电机30的转速保持为预设的第一速度。在其他场合中，在固定速度的模式下，也可以设置有多个不同的档位，以满足用户的不同需求，例如在一种场合中设置了固定速度的模式下的3个档位，分别是1档时电机转速为126r/s，2档时电机转速为215r/s，3档时电机转速为350r/s。
相应于上面的系统实施例，本发明实施例还提供了一种传动设备的智能调速方法，可与上文描述的传动设备的智能调速系统相互对应参照。可参阅图2，位本发明中一种传动设备的智能调速方法的实施流程图，包括：
步骤S101：摄像头拍摄传动设备上的设定区域，并将拍摄出的图像发送至控制器；
步骤S102：控制器在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，并按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的个数的电机转速；其中，对应关系中的个数与电机转速呈正相关；
步骤S103：电机在控制器的控制下控制传动设备运动，且电机的转速符合控制器确定出的电机转速。
在本发明的一种具体实施方式中，还包括：
显示装置显示统计出的个数以及控制器确定出的电机转速。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤S103具体为：
电机在控制器的闭环反馈控制下，控制传动设备运动，且电机的转速符合控制器确定出的电机转速。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤S102中描述的控制器在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，可以具体包括：
控制器在将接收到的图像利用大津算法进行二值化之后，统计出黑色像素点的个数。
在本发明的一种具体实施方式中，还可以包括：
控制器在接收到第一指令之后，控制电机的转速保持为预设的第一速度。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种传动设备的智能调速系统，其特征在于，包括：
摄像头，用于拍摄传动设备上的设定区域，并将拍摄出的图像发送至控制器；
与所述摄像头连接的所述控制器，用于在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，并按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的所述个数的电机转速；其中，所述对应关系中的个数与电机转速呈正相关；
与所述控制器以及所述传动设备连接的电机，用于在所述控制器的控制下控制所述传动设备运动，且所述电机的转速符合所述控制器确定出的电机转速。
2.根据权利要求1所述的传动设备的智能调速系统，其特征在于，还包括：与所述控制器连接的显示装置，用于显示统计出的所述个数以及所述控制器确定出的电机转速。
3.根据权利要求1所述的传动设备的智能调速系统，其特征在于，所述电机具体用于：
在所述控制器的闭环反馈控制下，控制所述传动设备运动，且所述电机的转速符合所述控制器确定出的电机转速。
4.根据权利要求1所述的传动设备的智能调速系统，其特征在于，所述控制器具体用于：
在将接收到的图像利用大津算法进行二值化之后，统计出黑色像素点的个数，并按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的所述个数的电机转速。
5.根据权利要求1至4任一项所述的传动设备的智能调速系统，其特征在于，所述控制器还用于：
在接收到第一指令之后，控制所述电机的转速保持为预设的第一速度。
6.一种传动设备的智能调速方法，其特征在于，包括：
摄像头拍摄传动设备上的设定区域，并将拍摄出的图像发送至控制器；
控制器在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，并按照预设的个数与电机转速之间的对应关系确定出对应于统计出的所述个数的电机转速；其中，所述对应关系中的个数与电机转速呈正相关；
电机在所述控制器的控制下控制所述传动设备运动，且所述电机的转速符合所述控制器确定出的电机转速。
7.根据权利要求6所述的传动设备的智能调速方法，其特征在于，还包括：
显示装置显示统计出的所述个数以及所述控制器确定出的电机转速。
8.根据权利要求6所述的传动设备的智能调速方法，其特征在于，所述电机在所述控制器的控制下控制所述传动设备运动，且所述电机的转速符合所述控制器确定出的电机转速，包括：
所述电机在所述控制器的闭环反馈控制下，控制所述传动设备运动，且所述电机的转速符合所述控制器确定出的电机转速。
9.根据权利要求6所述的传动设备的智能调速方法，其特征在于，所述控制器在将接收到的图像进行二值化之后统计出黑色像素点的个数，包括：
所述控制器在将接收到的图像利用大津算法进行二值化之后，统计出黑色像素点的个数。
10.根据权利要求6至9任一项所述的传动设备的智能调速方法，其特征在于，还包括：
所述控制器在接收到第一指令之后，控制所述电机的转速保持为预设的第一速度。
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