CN201548829U - 视觉识别全自控擦板装置的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自动控制的黑板擦，尤其涉及自动控制黑板擦的控制系统，公开了一种视觉识别全自控擦板装置的控制系统，包括处理器、指令输入系统、X轴子系统、Y轴子系统和Z轴子系统；指令输入系统包括摄像头、数据缓存器和触摸输入系统；X轴子系统包括X轴电机、X轴编码盘和X轴光电开关；Y轴子系统包括Y轴电机、Y轴编码盘、Y轴光电开关、Y轴单片机和Y轴无线通信模块；Z轴子系统包括两个压力传感器、加法放大电路、Z轴电机、Z轴单片机和Z轴无线通信模块。本实用新型可实现擦拭黑板局部同时保留其他部分文字。

Description

视觉识别全自控擦板装置的控制系统

技术领域

本实用新型涉及自动控制的黑板擦，尤其涉及自动控制的黑板擦的控制系统。

背景技术

现有的自动控制的黑板擦已由名称为“全自动黑板擦”，申请人为“覃敏良”，申请日为“2002年7月15日”，申请号为“02242223.4”，授权公告日为“2003年5月28日”，授权公告号为“CN 2552727Y”的中国实用新型专利所公开。该专利包括板擦、电动机、拉索、导轨、控制电路、开关按钮，还包括上、下端行走压紧机构安装在上、下导轨上并能在导轨上水平移动，板擦上、下端安装在上、下端行走压紧机构上并压紧黑板面，黑板上方安装有限位开关，上端行走压紧机构上装有能与限位开关相撞的撞块，控制电路通过采集开关按钮和限位开关的信号来控制电动机的停止和正反转，从而使板擦就在黑板上水平左右移动，达到自动擦净黑板效果。该专利为能擦拭黑板的各个角落，需将板擦的高度设置的与黑板的高度相当。但是，在仅需要擦拭黑板局部同时保留其他部分文字时，该专利是无法实现的。

发明内容

本实用新型针对现有技术中存在的在仅需要擦拭黑板局部同时保留其他部分文字时无法实现的不足，提供了一种可实现擦拭黑板局部同时保留其他部分文字的视觉识别全自控擦板装置的控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

视觉识别全自控擦板装置的控制系统，包括处理器，还包括与处理器，相连的指令输入系统、X轴子系统、Y轴子系统和Z轴子系统；

指令输入系统包括摄像头，用于摄像头与处理器数据传输的数据缓存器，及用于记录输入指令的触摸输入系统；

X轴子系统包括控制板擦左右移动的X轴电机，及测量板擦水平位置的X轴编码盘和X轴光电开关；

Y轴子系统包括控制板擦上下移动的Y轴电机，测量板擦垂直位置的Y轴编码盘和Y轴光电开关，及控制Y轴电机正反转并接收Y轴光电开关的脉冲信号计算板擦当前位置的Y轴单片机，Y轴子系统通过Y轴无线通信模块接收处理器的指令；

Z轴子系统包括与板擦相连的两个压力传感器，将压力传感器的输出信号放大后传输给处理器的加法放大电路，及控制Z轴电机正反转的Z轴单片机，Z轴子系统通过Z轴无线通信模块接收处理器的指令。

作为优选，处理器为STM32系列处理器。

作为优选，数据缓存器为FIF0数据缓存器。

作为优选，Y轴单片机和Z轴单片机为AVR单片机。

按照本实用新型的技术方案，可实现擦拭黑板局部同时保留其他部分文字。

本实用新型涉及一种利用双摄像头进行平面定位并动态记录目标移动路径的技术。

传统的单摄像头平面定位方案具有几个致命弱点：

1.摄像头需要远离参考平面以获得全景，给设计安装带来巨大不变，在很多情况下客观条件甚至是不允许的。

2.对摄像头分辨率的要求很高，成本大幅上升。

3.大量的数据需要处理，对处理芯片的要求很高，进一步带动成本上升。为了解决这些问题，这里提出了双摄像头的定位技术。

每次捕捉画面都可以得到一个点(X，Y)坐标，如果系统以每秒5帧的速度运行，就可以通过拟合贝塞尔曲线，记录目标的移动路径。而对于本实用新型的主要使用产品来说，这样的速度和精度已经完全可以将目标移动路径所包围区域计算出来。

由于本方案数据吞吐量仅有单摄像方案的十分之一，所以无需使用价格高昂的DSP。而选择了意法半导体公司的STM32芯片。该芯片基于ARM-CORTEX-M3方案，价格低廉，性能对于本方案来说绰绰有余。同时如果要提升定位精度而升级摄像头，亦无须为了水涨船高的数据吞吐量而升级芯片。图四表示了电路的结构。

个子系统工作原理

A.指令输入：

a)图像跟踪方式：摄像头开始工作，传输数据流至FIFO芯片缓冲，由STM32芯片读入进行计算处理，以大于5帧|/秒的速度计算出当前目标的(X.Y)坐标。

b)触摸板输入方式：触摸输入子系统记录用户输入的按键指令后传输给主芯片STM32。

B.X轴子系统：

编码盘和光电开关组成廉价增量旋转编码器，主芯片STM32接收光电开关的脉冲信号计算当前位置，并控制X轴电机的正反转来运行至目标位置。

C.Y轴子系统：

a)该子系统自成体系，通过无线通信模块接收主芯片STM32发来的指令；

b)MCU芯片AVR通过接收光电开关的脉冲信号计算当前位置；

c)AVR控制Y轴电机的正反转以运行至目标位置。

D.z轴子系统：

a)该子系统自成体系，通过无线通信模块接收主芯片STM32发来的指令；

b)两只压力传感器对板刷头的压力进行观测，其输出信号在加法放大电路放大后传输给控制芯片；

c)AVR控制Z轴步进电机的正反转来调节黑板刷头的压力。

控制系统工作流程：

1.指令输入阶段：两种方式皆可，输入完成后主芯片计算生成运行轨迹；

2.主芯片STM32通过无线方式向Y轴控制芯片写入本轮擦除工作的Y轴起止点坐标序列；

3.X轴受主芯片STM32控制运行至起点；

4.Y轴控制芯片和Z轴控制芯片收到主芯片STM32发来的开动指令后进行边线区域清理流程(注)；

5.黑板擦完全压在黑板上，Z轴子系统将维持其压力在设定范围内；

6.Y轴子系统将一直运行至本次擦除终点，并向主芯片发送完成报告；

7.Y轴子系统和Z轴子系统在接受到主芯片的指令后进行边线区域清理流程；

8.黑板擦完全抬起，X轴运行至下一个清理地点；

9.重复3-8的流程直至所有的预定路线擦除完成；

10.X轴运行，返回原点，所有子系统进行回到原点的操作。

边线清理流程：

黑板擦的毛刷部分是梯形或者类似的形状，在朝右擦拭的过程中，刷头将被缓缓压入，毛刷部分与黑板的接触面积越来越大，但其左边线却没有移动。如此就能够在不越过边线的情况下对边线附近的区域进行有效的擦除。

主芯片与Y轴子之间的通信协议：

子系统识别码(8位)+{起点坐标(16位)+终点坐标(16位)}*N

这样可以防止其他教室的设备接收错误的指令(当然一般来说其他教室的设备接收不到信号)。

以下解释本方案的原理。

左上角和右上角是摄像头。通过检测某点与边线所成的角度a与β，利用三角形原理就可以得到笛卡尔直角坐标系坐标x，y与边长L的关系。而边长L在给定的系统里是个给定值。所以只要能够利用摄像头测出a与β就能够得到某点在平面上的坐标。

以下解释摄像头检测角度的原理。

摄像头的任务就是捕捉一条扁而长的图像。为了进一步降低运算强度和提高检测稳定性，目标点用红色发光二极管来表示。在捕捉到图像，处理芯片读取这组RGB565数据并保存于内存中。然后通过计算得出红色发光二极管的光斑在图像中的位置，例如位置为180。进而利用这个值计算出角度。两个摄像头做相同的工作，分别得到a与β。实际上，(a，β)已经构成一个坐标系。

附图说明

图1为本实用新型实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

实施例

视觉识别全自控擦板装置的控制系统，包括处理器5，还包括与处理器5相连的指令输入系统1、X轴子系统2、Y轴子系统3和Z轴子系统4；

指令输入系统1包括摄像头11、14，用于摄像头11、14与处理器数据传输的数据缓存器12、13，及用于记录输入指令的触摸输入系统15；

X轴子系统2包括控制板擦左右移动的X轴电机23，及测量板擦水平位置的X轴编码盘21和X轴光电开关22；

Y轴子系统3包括控制板擦上下移动的Y轴电机31，测量板擦垂直位置的Y轴编码盘34和Y轴光电开关33，及控制Y轴电机31正反转并接收Y轴光电开关33的脉冲信号计算板擦当前位置的Y轴单片机32，Y轴子系统3通过Y轴无线通信模块35接收处理器5的指令；

Z轴子系统4包括与板擦相连的两个压力传感器44、45，将压力传感器44、45的输出信号放大后传输给处理器5的加法放大电路43，及控制Z轴电机41正反转的Z轴单片机42，Z轴子系统4通过Z轴无线通信模块46接收处理器5的指令。

其中：处理器5为STM32系列处理器。数据缓存器12、13为FIFO数据缓存器。Y轴单片机32和Z轴单片机42为AVR单片机。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims (4)

1.视觉识别全自控擦板装置的控制系统，包括处理器(5)，其特征在于：还包括与处理器(5)相连的指令输入系统(1)、X轴子系统(2)、Y轴子系统(3)和Z轴子系统(4)；

指令输入系统(1)包括摄像头(11、14)，用于摄像头(11、14)与处理器数据传输的数据缓存器(12、13)，及用于记录输入指令的触摸输入系统(15)；

X轴子系统(2)包括控制板擦左右移动的X轴电机(23)，及测量板擦水平位置的X轴编码盘(21)和X轴光电开关(22)；

Y轴子系统(3)包括控制板擦上下移动的Y轴电机(31)，测量板擦垂直位置的Y轴编码盘(34)和Y轴光电开关(33)，及控制Y轴电机(31)正反转并接收Y轴光电开关(33)的脉冲信号计算板擦当前位置的Y轴单片机(32)，Y轴子系统(3)通过Y轴无线通信模块(35)接收处理器(5)的指令；

Z轴子系统(4)包括与板擦相连的两个压力传感器(44、45)，将压力传感器(44、45)的输出信号放大后传输给处理器(5)的加法放大电路(43)，及控制Z轴电机(41)正反转的Z轴单片机(42)，Z轴子系统(4)通过Z轴无线通信模块(46)接收处理器(5)的指令。

2.根据权利要求1所述视觉识别全自控擦板装置的控制系统，其特征在于：处理器(5)为STM32系列处理器。

3.根据权利要求1或2所述视觉识别全自控擦板装置的控制系统，其特征在于：数据缓存器(12、13)为FIFO数据缓存器。

4.根据权利要求3所述视觉识别全自控擦板装置的控制系统，其特征在于：Y轴单片机(32)和Z轴单片机(42)为AVR单片机。

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