趙飛翔+車彥潔

摘 要：本文基于開源的OPENMV機器視覺模塊設(shè)計了一種智能的掃地小車系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：中控板、圖像集成了一顆200萬像素的OV7670攝像頭，可以極高的效率完成室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的視覺識別任務(wù)處理模塊、移動模塊、吸塵模塊、人機交互模塊。中控板采用瑞薩電子的R5F523T系列32位高性能MCU，圖像的采集與處理采用開源的OPENMV2機器視覺模塊，該模塊以STM32F427作為核心，集。經(jīng)過一系列的室內(nèi)測試之后證明，本系統(tǒng)可以極大程度的提高室內(nèi)清潔的效率，減小使用者的家務(wù)勞動工作量。

關(guān)鍵詞：機器視覺 OPENMV R5F523T

0、引言

隨著社會的進步，都市工作生活節(jié)奏的加快，人們迫切希望有一款集成度、智能化程度高的家用掃地機器人來提高家務(wù)勞動的效率。當前，機器視覺學科高速發(fā)展，各種開源的機器視覺模塊層出不窮。將機器視覺與智能家居這一概念相結(jié)合，必定能誕生一些提高人們生活質(zhì)量的產(chǎn)品，有可能產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。本文將開源的OPENMV機器視覺模塊引入智能家居領(lǐng)域，創(chuàng)造了一款智能掃地機器車，這是一次創(chuàng)新智能家居領(lǐng)域的有效嘗試。

1、智能小車的硬件結(jié)構(gòu)

1.1 硬件結(jié)構(gòu)概述

本系統(tǒng)主要包括四個部分：小車的主控部分、機器視覺模塊、動作執(zhí)行處理模塊和人機交互模塊。其中動作執(zhí)行模塊包括移動機構(gòu)和吸塵系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要構(gòu)成方框圖如下圖1所示：

1.2 主控部分

主控部分采用瑞薩電子的R5F523T系列的32位高性能單片機作為核心，外圍電路包括時鐘電路，復(fù)位電路，預(yù)留的SPI、IIC、UART接口等。

1.3 OPENMV的硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用的OPENMV機器視覺模塊的核心為STM32F427單片機，圖像采集由OV7670完成。OPENMV是一個開源，低成本，功能強大的機器視覺模塊。在小巧的硬件模塊上，用C語言高效的實現(xiàn)了核心機器視覺算法，提供了PYTHON語言的編程接口。使用者可以方便的調(diào)用各種PYTHON語言編寫的函數(shù)，實現(xiàn)自己想要的機器視覺功能，為自己的產(chǎn)品和發(fā)明增加有特色的競爭力。OpenMV采用的STM32F427擁有豐富的硬件資源，引出UART，I2C，SPI，PWM，ADC，DAC以及GPIO等接口方便擴展外圍功能。USB接口用于連接電腦上的集成開發(fā)環(huán)境OpenMVIDE，協(xié)助完成編程、調(diào)試和更新固件等工作。TF卡槽支持大容量的TF卡，可以用于存放程序和保存照片等。

1.4 人機交互部分

本系統(tǒng)的人機交互部分由自制的電腦上位機和APP，掃地機器車上的WIFI無線通信模塊和串口液晶顯示屏構(gòu)成。電腦上位機或者APP按照一定的通信協(xié)議發(fā)送工作指令，掃地機器車通過WIFI模塊將指令接收并在主控中進行處理，主控再向圖像處理模塊和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)送相應(yīng)的指令，順利完成工作。

2、智能小車的軟件設(shè)計

2.1 機器視覺的圖像處理

機器視覺系統(tǒng)主要由三部分組成：圖像的獲取、圖像的處理和分析、相應(yīng)指令的輸出和執(zhí)行。

圖像的獲取實際上是將被測物體的可視化圖像和內(nèi)在特征轉(zhuǎn)換成能被計算機處理的一系列數(shù)據(jù)，它主要由三部分組成：照明、圖像聚焦形成、圖像確定和形成攝像機輸出信號。視覺信息的處理技術(shù)主要依賴于圖像處理方法，它包括圖像增強、數(shù)據(jù)編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識別與理解等內(nèi)容。經(jīng)過這些處理后，輸出圖像的質(zhì)量得到相當程度的改善，既改善了圖像的視覺效果，又便于計算機對圖像進行分析、處理和識別。

本視覺識別部分采用OPENMV來實現(xiàn)，通過該模塊上的攝像頭對設(shè)定區(qū)域進行采集，然后通過模式識別算法和形狀識別算法判斷圖像內(nèi)物體是否為垃圾，若判斷為真，則向主控發(fā)送清掃指令。

2.2 系統(tǒng)的軟件工作流程

系統(tǒng)在上電之后，用戶可以通過手機上的APP或者電腦的配套上位機來向系統(tǒng)發(fā)送工作指令，系統(tǒng)在工作時可以根據(jù)采集到的圖像自動進行掃地的路徑優(yōu)化，選擇最佳的行進路徑，同時系統(tǒng)具有路徑記錄功能，在一次工作流程中不會多次經(jīng)過已清潔的路徑。

該系統(tǒng)的應(yīng)用程序流程如圖2所示。

3、結(jié)束語

本文提供了一種基于機器視覺的智能掃地小車設(shè)計?？梢詫崿F(xiàn)對室內(nèi)垃圾的識別與處理，節(jié)省了用戶的家務(wù)勞動時間，提高了用戶的生活質(zhì)量。同時可以看到，機器視覺當前的應(yīng)用領(lǐng)域還比較局限，本設(shè)計作為機器視覺交叉領(lǐng)域的一次嘗試，是較為成功的，希望更多的研究者可以涉足到這個領(lǐng)域來。

參考文獻

[1]潘麗靜，張虹波，周婷婷.全自動模擬目標搜救系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2016，（12）：178-180.

[2]黃杰勇.基于瑞薩SH7137的嵌入式控制系器設(shè)計[D].四川?。弘娮涌萍即髮W，2010.16-25.

[3]田茂，潘永才.SPI模式下SD卡驅(qū)動的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2009（14）.

[4]莊嬋飛，盛仲英.基于OV7620的視頻信息采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].浙江工業(yè)大學學報.2006（03）.

[5]方方.單片微機原理及應(yīng)用[M]北京：清華大學出版社，2007.7.

[6]劉火良.STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南[M]北京：機械工業(yè)出版社2013.5.

[7]朱巖.基于STM32的車輛綜合無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[D].太原理工大學2012.endprint