基于视觉定位的电机控制系统设计

摘要

近年来,随着计算机技术的迅速发展和微电子工艺水平的提高。工业控制领域中自动化及智能化程度水平越来越高。各种各样的新型技术的出现不断代替传统的控制理论。将视觉定位技术跟电机控制技术相结合引入工业控制领域就是其中的一种新的方法。本课题研究了与视觉定位技术相结合的一种新型的、智能型的电机控制系统。本系统集成了计算机电机控制技术、ARM技术、图像处理及分析等技术为一体的技术含量高的嵌入式系统。首先,通过将USB摄像头采集工控场景图像。然后,使用数字图像处理与分析的算法进行目标的识别与定位。最后,当识别出目标及确定其位置信息后,根据这些位置信息及一些参数的设置,进行对电机的控制,最终实现通过电机控制的物体对准目标位置。
　　 本文介绍在嵌入式ARM+Linux环境下基于视觉定位的电机控制系统的设计与实现。全文共分为6章。前二章分别是绪论部分和系统所涉及到的数字图像基础理论。第三章是对整个系统的总体设计,包括硬件结构和软件的总体设计。在第四章介绍了系统硬件三大模块的设计与实现,包括核心控制模块、视频图像采集模块、电机控制模块。第五章是系统的软件结构的设计与实现。最后一章是系统调试及其运行结果。基本上达到了预期的目标。
　　 本文的重点是系统的硬件和软件设计与实现。在硬件设计方面,首先,介绍了核心控制模块的CPU与存储器的硬件选型及其外围电路的电路设计与原理。系统采用S3C2410A作为中央微处理器,外围电路采用一些比较常用的电路设计。接着,详细讲述了图像采集模块的硬件设计,系统采用常用的zc0301pl芯片的摄像头,其强大的内置图象处理功能使这款芯片可提供高质量图象。最后,介绍了步进电机驱动控制电路的设计与实现,采用东芝公司生产TA8435H芯片来驱动步进电机,且电路简单,工作可靠。
　　 在软件设计方面,主要介绍了整个系统的各个模块的软件设计与实现。首先,介绍了嵌入式软件平台的搭建和嵌入式用户界面QTE/GUI相关方面的知识。然后,讲述了几个数字图像处理功能模块的软件设计与实现,包括图像采集、图像滤波、图像边缘检测、模板匹配等。本系统采用的基于图像边缘特征的模板匹配方法,相对于全局模板匹配的方法大大缩短了匹配的时间,能基本上满足系统实时性的要求。最后,介绍了电机控制模块和主控模块的软件设计与实现。