非接觸物體尺寸形態(tài)測(cè)量

玉林師范學(xué)院物理與電信工程學(xué)院 廣西 玉林 537000

1 引言

目前市場(chǎng)而言，物體的尺寸測(cè)量需要人工進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于一些難測(cè)量、危險(xiǎn)性的物體則不宜采用人工測(cè)量且測(cè)量速度慢，所以我們想制造一個(gè)非接觸物體尺寸形態(tài)測(cè)量的裝置，該裝置就很好的解決了前面人工測(cè)量的不足，又因?yàn)槭菙?shù)字圖像處理，計(jì)算機(jī)識(shí)別，因而采集速度較快。通過STM32F407單片機(jī)接收攝像頭和測(cè)距模塊采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，需要搜索幾何位置時(shí)，單片機(jī)就發(fā)指令給二維云臺(tái)從而帶動(dòng)攝像頭、測(cè)距和激光，單片機(jī)再對(duì)傳回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后通過語音播報(bào)。不但構(gòu)思巧妙合理，而且作業(yè)效率高。該裝置具有很大的開發(fā)前景。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要以STM32F407單片機(jī)作為非接觸物體尺寸形態(tài)測(cè)量裝置的核心，STM32F407單片機(jī)對(duì)Open MV攝像頭采集傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，一旦識(shí)別到幾何形狀或物體就顯示在TFT液晶屏上并發(fā)送指令給語音系統(tǒng)，JQ8900語音系統(tǒng)執(zhí)行事先設(shè)計(jì)的流程運(yùn)行這是靜態(tài)幾何的執(zhí)行操作。VL53L1X測(cè)距模塊在整個(gè)過程一直都在采集數(shù)據(jù)同時(shí)一直反饋STM3232F407單片機(jī)再顯示在TFT液晶屏人可以在攝像頭配套的液晶屏上觀察所拍到的視野。如果是對(duì)于動(dòng)態(tài)幾何來說，可以通過STM32F407發(fā)指令給二維云臺(tái)系統(tǒng)帶動(dòng)攝像頭進(jìn)行幾何尋找。找到了幾何形狀后，云臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行靜態(tài)物體的執(zhí)行操作。通過給STM32F407單片機(jī)系統(tǒng)供5伏穩(wěn)壓直流電源，從而給攝像頭系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和語音系統(tǒng)供電。二維云臺(tái)則采用單獨(dú)12伏穩(wěn)壓直流電源進(jìn)行供電。

3 原理分析

當(dāng)按下測(cè)量鍵時(shí)Open MV攝像頭開始對(duì)中心線上的物體進(jìn)行識(shí)別捕處理，獲取到物體的尺寸、形狀和像素點(diǎn)，同時(shí)激光測(cè)距模塊向物體發(fā)射光脈沖得到測(cè)量頭中心點(diǎn)與被測(cè)物體之間的距離，再將這些信息通過串行通信傳輸?shù)絪tm32F407單片機(jī)處理，單片機(jī)再把信息發(fā)送到TFT液晶顯示。對(duì)于第三和第四，則需要通過舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來完成。當(dāng)物體放置在被測(cè)目標(biāo)放置區(qū)的任意位置，則當(dāng)按下測(cè)量鍵時(shí)，通過二維云臺(tái)帶動(dòng)攝像頭開始捕捉引導(dǎo)標(biāo)識(shí)所在圖像，然后用Open MV進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理算法處理圖像，獲得引導(dǎo)標(biāo)識(shí)在捕捉圖像中的位置，將位置傳送給STM32F407單片機(jī)，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整攝像頭，直到引導(dǎo)標(biāo)識(shí)處于圖像正中心時(shí)，測(cè)量被測(cè)物體的尺寸形狀顏色信息，完成非接觸識(shí)別的各項(xiàng)要求。

4 非接觸式物體尺寸、形狀測(cè)量方法

非接觸式物體尺寸、形狀測(cè)量通過Open MV在物體放置區(qū)任意位置對(duì)正方形、圓形和正三角形的尺寸、形狀和顏色進(jìn)行識(shí)別。先通過找最大線段的算法找出背景，然后在背景內(nèi)通過色塊的大小找出目標(biāo)的形狀，再之后用對(duì)應(yīng)的矩形和圓來畫出感性區(qū)同時(shí)標(biāo)出目標(biāo)的中心點(diǎn)。最后把形狀和中心坐標(biāo)反饋給stm32F407，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理顯示再液晶屏幕。

尺寸計(jì)算公式如下:

背景板的寬度已知為一米；被測(cè)物體選用35cm。

5 主控模塊

采用32位STM32F407單片機(jī)，STM32F407有256Kram，1M ROM，主頻也很高，達(dá)到168M，因此運(yùn)算能力十分強(qiáng)大。芯片上外設(shè)豐富，定時(shí)器多達(dá)14個(gè)或17個(gè)，PWM功能強(qiáng)大，其ADC精度也達(dá)到12位，還有DA模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘，較高檔次的還有浮點(diǎn)運(yùn)算單元。DSP功能特別是DMA控制器，將CPU從繁忙的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)中解脫出來另外還有FMSC內(nèi)存接口。

6 軟件設(shè)計(jì)流程

靜態(tài)時(shí)，開始→初始化各個(gè)函數(shù)→測(cè)量鍵是否按下→幾何判斷、進(jìn)行測(cè)距→對(duì)識(shí)別到的幾何進(jìn)行語音播報(bào)，TFT液晶顯示該幾何的尺寸和測(cè)量距離→結(jié)束。

動(dòng)態(tài)時(shí)，開始→初始化各個(gè)函數(shù)→測(cè)量鍵是否按下→幾何判斷、進(jìn)行測(cè)距→對(duì)識(shí)別不到到幾何→二維云臺(tái)→幾何判斷、進(jìn)行測(cè)距→對(duì)識(shí)別到的幾何進(jìn)行語音播報(bào)，TFT液晶顯示該幾何的尺寸和測(cè)量距離→結(jié)束。

7 結(jié)束語

在今年我國(guó)進(jìn)入創(chuàng)新型國(guó)家，2035年進(jìn)入科技創(chuàng)新型國(guó)家前列，2050年要成為世界科技強(qiáng)國(guó)，這一步步的實(shí)現(xiàn)，離不開我們每一個(gè)人辛苦付出。在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和改造的非接觸物體測(cè)量尺寸形態(tài)測(cè)量也是科技創(chuàng)新的一種，并且該技術(shù)的技術(shù)強(qiáng)，要求軟件編程能力十分扎實(shí)。該技術(shù)也是比較新，實(shí)用性強(qiáng)，可以應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，因此具有很好的發(fā)展前景。