基于OpenCV的智能車設(shè)計

焦翌

摘要：本設(shè)計是一個自動搬運機器人智能控制系統(tǒng)。本設(shè)計采用一片STC15W4K56S4作為核心處理器、控制的物品分揀搬送裝置，以步進電機為驅(qū)動電機，單片機功能包括步進電機運動控制，舵機方向的控制、信號采集與處理，進而控制小車運動；本系統(tǒng)實現(xiàn)了控制電動車無引導線運動尋找目標運送入庫的功能，顯示目標對車距離、攝像頭、微型計算機與STC15W4K56S4之間等交互功能。

關(guān)鍵詞：STC15W4K56S4；OPENCV采樣分析；電源模塊；驅(qū)動模塊；微型計算機

中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0168-01

1 方案論證（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方法論證）

1.1 機器功能設(shè)計

我們采取3輪小車結(jié)構(gòu)，用2個減速電機分別控制個車輪部分。單個牛眼萬向輪推動，從而保持結(jié)構(gòu)的平衡。使車身無需轉(zhuǎn)向。車身下層底板安裝了電源電路以及驅(qū)動電路，攝像頭采集數(shù)據(jù)發(fā)送至微型計算機分析數(shù)據(jù)之后通過串口通信發(fā)送至STC控制這兩個部分、實現(xiàn)定位。前側(cè)舵機控制收集模塊，對木塊或者乒乓球采取有效的抓取以及推動傳送。實現(xiàn)有收集模塊以推動的形式進行。小車的其他一側(cè)，有高處架置攝像頭，微型計算機用于圖像采集和處理以識別物體和定位。

1.2 機械模塊與單片機模塊的論證與選擇

采用以STC15W4K56S4單片機為核心設(shè)計了一種用于自動識別不同顏色物體，并能夠運送到相應(yīng)地點的裝置。通過高掛在場地上方的攝像頭來采集圖像，傳送到微型計算機中，通過無線通信發(fā)送接收信息，結(jié)合電機驅(qū)動和電源以及機械模塊，組成了一個智能小車，能夠完美的實現(xiàn)物品的識別以及搬運要求。

2 機械結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計

2.1 機械結(jié)構(gòu)

2.1.1 機構(gòu)設(shè)置思路和功能簡介

裝置功能主要依托移動的小車推動物品來實現(xiàn)。

（1）由于場地較小和運送物品較小等要求，本裝置采用了三輪小車，兩個普通車輪，和一個小萬向輪，保持小車結(jié)構(gòu)平衡的同時使小車移動更加靈活。（2）小車前方有金屬手臂，可以將物品夾在中間搬運而不滑出去。機械臂與小車車身之間裝有一個舵機，用于控制機械臂，通過控制機械臂的旋轉(zhuǎn)角度來控制開合程度，使符合大量一次性搬運以及分揀搬運的不同要求。（3）由于小車身子小的限制，車身下層底板安裝了電源電路以及驅(qū)動電路，中層放置單片機最小系統(tǒng)，上層放置裝有顏色識別貼片的頂棚。

2.1.2 重要零件

舵機主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機發(fā)出訊號給舵機，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動無核心馬達開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經(jīng)到達定位。

2.1.3 電路板安裝位置分析

第一層底盤安裝為電源，以及前側(cè)裝有驅(qū)動電路以便能夠有效直接的控制兩端輪子的驅(qū)動，前端裝有舵機控制金屬手臂的方向行動操作。其次電源上側(cè)有電源電路，直接與電源在最短的距離內(nèi)相連，方便布線以及節(jié)省了空間。在第二層有著STC單片機電路板，中央芯片與個個電路能夠有效相連。

2.2 電路設(shè)計

2.2.1 電路功能設(shè)計

裝置功能要求描述：

（1）能夠自動搬運正方體和乒乓球到指定區(qū)域，完成任務(wù)后指示燈亮，蜂鳴器響起。

（2）能夠識別不同顏色的物體，并只搬運指定顏色物品，完成任務(wù)后指示燈亮，蜂鳴器響起。

2.2.2 主控芯片、微型計算機選擇

（1）STC15W4K56S4核心處理器。

相比其他類型單片機。運算速度快，有效分析控制各類模塊。占用空間小。適合相對較小的機械系統(tǒng)。

（2）微型計算機GB-BXI5-5200。

參數(shù)設(shè)置：CPU類型：Intel/英特爾酷睿i5最大內(nèi)存容量：16GB機箱類型：mini配置類型：HTPC。

優(yōu)勢：大容量，分析能力強。適合Opencv的圖像處理分析。對小木塊與乒乓球顏色分析能力強。

3 物品辨識及搬運機構(gòu)運動控制方法

3.1 物品辨識方法

物品辨識主要是采用了openvc軟件：（1）圖像分割技術(shù)。把圖像分成若干個特定的、具有獨特性質(zhì)的區(qū)域并提出感興趣目標的技術(shù)和過程。（2）軟件優(yōu)勢。openCV提供的視覺處理算法非常豐富，并且它部分以C語言編寫，加上其開源的特性，處理得當，不需要添加新的外部支持也可以完整的編譯鏈接生成執(zhí)行程序。

3.2 物品搬運機構(gòu)運動控制方法

物品搬運主要依靠了機械臂和舵機來推動物品。單片機通過控制電機和電源來控制小車的啟動、停止、前進和后退，通過控制舵機來控制機械臂開口大小。

小車前方裝有一個一塊約1.5厘米的鐵片，寬度和小車前側(cè)保持一致，貼片兩側(cè)是裝了舵機的可旋轉(zhuǎn)機械臂。通過將物品包圍在鐵片和機械臂中進行搬運。

當遇到物品貼壁時，也可以通過調(diào)整機械臂的角度，先側(cè)面推，物體脫離緊靠墻壁的狀態(tài)后，再進行同樣的運輸。

4 總結(jié)與心得

本次設(shè)計開發(fā)過程有利于我們學習能力的提高。這里所說的學習能力包括獲取資料的能力、理解前人思路的能力、系統(tǒng)設(shè)計能力、動手能力、分析排除故障能力、表達能力等很多方面。與此同時有利于我們應(yīng)變能力的提高。要求我們在規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定的題目，時間急迫會出現(xiàn)各種意想不到的結(jié)果，所以我們必須在盡可能短的時間內(nèi)解決問題，這就需要在平時的訓練中提高應(yīng)變能力。