基于图像检测的自校准水平仪设计与实现

摘要

水平检测技术在工业生产中有重要的应用价值。随着检测技术的不断进步，对水平检测装置的自动化、智能化程度提出了更高的要求。
　　为了提高现有水平仪在读数和校零等操作中的自动化程度，本文提出一种基于图像检测的新型水平仪。以传统气泡式水准器作为敏感元件，利用高性能嵌入式计算机系统进行图像检测，捕捉气泡位置进而得出读数;同时，在设计上增加了电机驱动的回转平台，使水平仪具备自动校准能力。以像素作为基本单位进行测量，弥补了人眼读数主观性较高的不足，提高了气泡式水准器的分辨率。采用移动终端读取水平信号，使新型水平仪适用于操作人员不可达的检测场合。
　　本文的主要工作如下:
　　1.概述了水平检测技术的发展历史和水平测量仪器的测量原理，分析了现有水平检测技术的基本应用和它们的优缺点。在此基础上，研究并给出了一种基于图像检测的新型水平仪，对系统进行了总体设计和模块功能划分。
　　2.参照传统气泡式水平仪的基本设计，提出了新型水平仪的机械结构，将其按功能分为上下两个不同的舱室。
　　3.针对系统的应用要求进行了嵌入式系统硬件设计，对相关元器件根据性能、功耗、经济性等指标进行了选型并设计制作了PCB电路板。
　　4.基于Linux操作系统，设计了新型水平仪所需硬件的驱动程序，包括电机控制驱动和照明装置驱动，研究分析了Linux下的摄像头驱动程序，在此基础上开发了应用程序，实现了图像检测算法、电机和照明控制、蓝牙通信。
　　5.选用Android设备作为数据接收端，研究了Android平台应用开发方法和蓝牙通信相关的API，设计并实现了新型水平仪系统Android客户端。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景

1．1．1 水平仪概述

1．1．2 嵌入式技术发展和现状

1．2 课题研究意义与内容

1．3 论文结构安排

1．4 本章小结

第2章 新型水平仪的总体设计和结构设计

2．1 水准器读数原理

2．2 图像检测原理

2．3 水平仪校准原理

2．4 新型水平仪的总体方案

2．5 机械结构设计

2．5．1 水准器舱

2．5．2 传动装置舱

2．5．3 完整机械结构

2．6 本章小结

第3章 新型水平仪的硬件设计

3．1 水平仪的核心控制单元

3．1．1 Cortex A8架构简介

3．1．2 FET210D核心板

3．2 水准器单元

3．2．1 水准器选型

3．2．2 水准器照明装置设计

3．3 蓝牙通信模块

3．3．1 蓝牙技术概述

3．3．2 HC-06蓝牙模块

3．4 图像传感器

3．4．1 图像传感器基本原理

3．4．2 OV3640 CMOS图像传感器模块

3．4．3 图像传感器硬件接口

3．5 直流电机控制装置

3．5．1 转动方向控制

3．5．2 转动限位装置

3．6 其他组件

3．6．1 电源

3．6．2 调试串口

3．6．3 温度传感器

3．7 PCB板

3．8 本章小结

第4章 新型水平仪的软件设计

4．1 构建嵌入式Linux软件开发环境

4．2 嵌入式Linux裁剪

4．3 水平仪驱动程序设计

4．3．1 Linux驱动程序概述

4．3．2 LED照明装置驱动设计

4．3．3 电机控制驱动程序设计

4．3．4 OV3640驱动程序分析

4．4 水平仪应用程序设计

4．4．1 应用程序框架

4．4．2 主线程

4．4．3 水平仪图像处理模块

4．4．4 数据通信模块

4．5 本章小结

第5章 水平仪的Android客户端应用软件设计

5．1 Android应用开发概述

5．1．1 Android平台简介

5．1．2 搭建Android开发环境

5．2 Android应用组件

5．3 Android UI设计

5．3．1 Android UI设计方法

5．3．2 主界面设计

5．3．3 蓝牙连接界面设计

5．4 Android应用逻辑设计

5．4．1 蓝牙工作逻辑

5．4．2 主要按键工作逻辑

5．4．3 数据的接收

5．5 本章小结

第6章 新型水平仪系统安装与调试

6．1 水平仪机械结构安装

6．1．1 水准器和照明装置

6．1．2 摄像头的安装

6．1．3 完成组装的内部机械结构

6．2 水平仪硬件电路及安装

6．3 新型水平仪调试

6．4 本章小结

第7章 结束语

7．1 全文总结

7．2 问题与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间学术成果与所获奖项