基于OPENMV的室內掃地小車

趙飛翔+車彥潔

摘 要：本文基于開源的OPENMV機器視覺模塊設計了一種智能的掃地小車系統。該系統包括：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復雜環境的視覺識別任務處理模塊、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。經過一系列的室內測試之后證明，本系統可以極大程度的提高室內清潔的效率，減小使用者的家務勞動工作量。

關鍵詞：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勞動的效率。當前，機器視覺學科高速發展，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合，必定能誕生一些提高人們生活質量的產品，有可能產生巨大的社會效益和經濟效益。本文將開源的OPENMV機器視覺模塊引入智能家居領域，創造了一款智能掃地機器車，這是一次創新智能家居領域的有效嘗試。

1、智能小車的硬件結構

1.1 硬件結構概述

本系統主要包括四個部分：小車的主控部分、機器視覺模塊、動作執行處理模塊和人機交互模塊。其中動作執行模塊包括移動機構和吸塵系統。系統的主要構成方框圖如下圖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，復位電路，預留的SPI、IIC、UART接口等。

1.3 OPENMV的硬件結構

本系統采用的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用各種PYTHON語言編寫的函數，實現自己想要的機器視覺功能，為自己的產品和發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環境OpenMVIDE，協助完成編程、調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成。電腦上位機或者APP按照一定的通信協議發送工作指令，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行機構發送相應的指令，順利完成工作。

2、智能小車的軟件設計

2.1 機器視覺的圖像處理

機器視覺系統主要由三部分組成：圖像的獲取、圖像的處理和分析、相應指令的輸出和執行。

圖像的獲取實際上是將被測物體的可視化圖像和內在特征轉換成能被計算機處理的一系列數據，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主要依賴于圖像處理方法，它包括圖像增強、數據編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識別與理解等內容。經過這些處理后，輸出圖像的質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，通過該模塊上的攝像頭對設定區域進行采集，然后通過模式識別算法和形狀識別算法判斷圖像內物體是否為垃圾，若判斷為真，則向主控發送清掃指令。

2.2 系統的軟件工作流程

系統在上電之后，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發送工作指令，系統在工作時可以根據采集到的圖像自動進行掃地的路徑優化，選擇最佳的行進路徑，同時系統具有路徑記錄功能，在一次工作流程中不會多次經過已清潔的路徑。

該系統的應用程序流程如圖2所示。

3、結束語

本文提供了一種基于機器視覺的智能掃地小車設計。可以實現對室內垃圾的識別與處理，節省了用戶的家務勞動時間，提高了用戶的生活質量。同時可以看到，機器視覺當前的應用領域還比較局限，本設計作為機器視覺交叉領域的一次嘗試，是較為成功的，希望更多的研究者可以涉足到這個領域來。

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