基于OpenCV的智能車設計

焦翌

摘要：本設計是一個自動搬運機器人智能控制系統。本設計采用一片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；本系統實現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。

關鍵詞：STC15W4K56S4；OPENCV采樣分析；電源模塊；驅動模塊；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（系統結構及實現方法論證）

1.1 機器功能設計

我們采取3輪小車結構，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，從而保持結構的平衡。使車身無需轉向。車身下層底板安裝了電源電路以及驅動電路，攝像頭采集數據發送至微型計算機分析數據之后通過串口通信發送至STC控制這兩個部分、實現定位。前側舵機控制收集模塊，對木塊或者乒乓球采取有效的抓取以及推動傳送。實現有收集模塊以推動的形式進行。小車的其他一側，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單片機為核心設計了一種用于自動識別不同顏色物體，并能夠運送到相應地點的裝置。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，通過無線通信發送接收信息，結合電機驅動和電源以及機械模塊，組成了一個智能小車，能夠完美的實現物品的識別以及搬運要求。

2 機械結構及電路設計

2.1 機械結構

2.1.1 機構設置思路和功能簡介

裝置功能主要依托移動的小車推動物品來實現。

（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，保持小車結構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動電路，中層放置單片機最小系統，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成。其工作原理是由接收機發出訊號給舵機，經由電路板上的IC判斷轉動方向，再驅動無核心馬達開始轉動，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，以及前側裝有驅動電路以便能夠有效直接的控制兩端輪子的驅動，前端裝有舵機控制金屬手臂的方向行動操作。其次電源上側有電源電路，直接與電源在最短的距離內相連，方便布線以及節省了空間。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 電路設計

2.2.1 電路功能設計

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域，完成任務后指示燈亮，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。

（2）微型計算機GB-BXI5-5200。

參數設置：CPU類型：Intel/英特爾酷睿i5最大內存容量：16GB機箱類型：mini配置類型：HTPC。

優勢：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。把圖像分成若干個特定的、具有獨特性質的區域并提出感興趣目標的技術和過程。（2）軟件優勢。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行程序。

3.2 物品搬運機構運動控制方法

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，寬度和小車前側保持一致，貼片兩側是裝了舵機的可旋轉機械臂。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，也可以通過調整機械臂的角度，先側面推，物體脫離緊靠墻壁的狀態后，再進行同樣的運輸。

4 總結與心得

本次設計開發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、系統設計能力、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變能力的提高。要求我們在規定時間內完成規定的題目，時間急迫會出現各種意想不到的結果，所以我們必須在盡可能短的時間內解決問題，這就需要在平時的訓練中提高應變能力。