微型机器人的视觉传输和识别系统
|
摘要
随着人们对微小型设备需求的不断增长,微型无线图像传输系统成为当今科研领域的一大热点。它既可以应用于军事小区域战场侦查任务,又能应用于民用例如监控交通、勘察灾情以及地形地貌勘测等任务,还可应用于微型机器人的视觉监控和控制,在众多方面呈现巨大的应用前景。
多媒体图像监控是当今监控领域的发展主流,既可用于工业过程和交通管制中的监测与控制,又可用于安全防卫中的监视与报警。通常情况下,视频监控涉及的图像所包含的信息最为丰富和有用,但同时图像数字化、压缩、传输及处理也较为复杂。在技术进步推动信息传递日趋无线化的背景下,无线图像传输也就成为图像监控的关键任务之一。图像传输无线化打破了传统同轴电缆和光纤图像监控受制于硬件连接的不利局面,具有更强的灵活性和方便性。
ARM微处理器因其强大的处理能力、低功耗、较高的性价比成为当今应用开发的热点,该系统各项功能都通过ARM嵌入式系统得以实现,因此输入过程、传输过程和处理过程中,图像数据都将以数字信号形式存在,数字信号具有传输稳定,不易受外部信号干扰,以及易于被处理存储等优点。同时,无线互联网以及各种无线设备的兴起,又使得无线数据传输变得更易于实现,同时随着电子技术飞速发展,无线传输速率也得到飞速提升。
介绍了一种应用于微型机器人的视觉采集和传输系统,详细介绍系统硬件模块,以及各模块之间接口设计,驱动原理,程序算法,该系统采用CMOS图像传感芯片进行图像采集,在ARM芯片外部总线上扩展USB模块,上位机方面通过编程完成接收USB接口数据和显示动态图像的功能。该系统具有体积小,功耗低,传输速率较高,可应用到微型机器人视觉系统以及微装配系统中,通过实验验证上位机能实时显示所接受的图像,实现了预期的图像传输功能。
This thesis describes a vision grab and transmission system for microrobots based on 32-bit ARM microcontroller from the aspects of hardware and software, and present USB transmission methods onμC/OS-II and ARM micro controller. In addition, a GUI interface that can receive image from USB port and update the image was realized.
CMOS Sensor has been used in the Microrobot Vision System, with wireless transmitting and USB interface, which is innovative in design, flexible in application and stable in performance. nRF wireless technology is a Short Range Wireless transceiver that aimes to realize the 2.4GHz wireless application. It supports multipoint communication and receives the data from two different channels at the same time.
This thesis mainly explicates the theory of system realization and processes of the software and hardware realizations from the perspectives of wireless data transmission and USB interface system. The hardwares include the modules of power supply, signal acquisition, high-speed wireless multi-channel, USB interface, etc. The softwares include wireless data transmission, USB firmware, WDM driver procedure as well as upper PC application program. Based on the schematics of circuit design, the thesis addresses the anti-interference treatment and the preliminary debugging of the system. It can be concluded from the application that this data transmission system is characterized by low cost, small shape, easy operation and upgrading convenience of the firmware.
多媒体图像监控是当今监控领域的发展主流,既可用于工业过程和交通管制中的监测与控制,又可用于安全防卫中的监视与报警。通常情况下,视频监控涉及的图像所包含的信息最为丰富和有用,但同时图像数字化、压缩、传输及处理也较为复杂。在技术进步推动信息传递日趋无线化的背景下,无线图像传输也就成为图像监控的关键任务之一。图像传输无线化打破了传统同轴电缆和光纤图像监控受制于硬件连接的不利局面,具有更强的灵活性和方便性。
ARM微处理器因其强大的处理能力、低功耗、较高的性价比成为当今应用开发的热点,该系统各项功能都通过ARM嵌入式系统得以实现,因此输入过程、传输过程和处理过程中,图像数据都将以数字信号形式存在,数字信号具有传输稳定,不易受外部信号干扰,以及易于被处理存储等优点。同时,无线互联网以及各种无线设备的兴起,又使得无线数据传输变得更易于实现,同时随着电子技术飞速发展,无线传输速率也得到飞速提升。
介绍了一种应用于微型机器人的视觉采集和传输系统,详细介绍系统硬件模块,以及各模块之间接口设计,驱动原理,程序算法,该系统采用CMOS图像传感芯片进行图像采集,在ARM芯片外部总线上扩展USB模块,上位机方面通过编程完成接收USB接口数据和显示动态图像的功能。该系统具有体积小,功耗低,传输速率较高,可应用到微型机器人视觉系统以及微装配系统中,通过实验验证上位机能实时显示所接受的图像,实现了预期的图像传输功能。
This thesis describes a vision grab and transmission system for microrobots based on 32-bit ARM microcontroller from the aspects of hardware and software, and present USB transmission methods onμC/OS-II and ARM micro controller. In addition, a GUI interface that can receive image from USB port and update the image was realized.
CMOS Sensor has been used in the Microrobot Vision System, with wireless transmitting and USB interface, which is innovative in design, flexible in application and stable in performance. nRF wireless technology is a Short Range Wireless transceiver that aimes to realize the 2.4GHz wireless application. It supports multipoint communication and receives the data from two different channels at the same time.
This thesis mainly explicates the theory of system realization and processes of the software and hardware realizations from the perspectives of wireless data transmission and USB interface system. The hardwares include the modules of power supply, signal acquisition, high-speed wireless multi-channel, USB interface, etc. The softwares include wireless data transmission, USB firmware, WDM driver procedure as well as upper PC application program. Based on the schematics of circuit design, the thesis addresses the anti-interference treatment and the preliminary debugging of the system. It can be concluded from the application that this data transmission system is characterized by low cost, small shape, easy operation and upgrading convenience of the firmware.
引文
[1] Leeper, D.G., “A long-term view of short-range wireless,” Computer, Volume 34, Issue 6, Page(s): 39-44 June 2001.
[2] 王红智,周云,严国萍. 基于 IrDA 标准的红外无线通信原理及设计,通信技术与设备,2000 年第五期, pp:15-18
[3] http://grouper.ieee.org/
[4]周立功.深入浅出 ARM7[M] 北京:北京航天航空大学出版社,2005
[5] 袁新燕. 计算机外设与接口简明教程,北京航空航天大学出版社,2005 年 8月,pp:7-13;203-247
[6]Universal Serial Bus Specification V1.1, http://www.usb.org
[7]萧世文. USB2.0 硬件设计, 清华大学出版社,2003 年 1 月,pp:230-235
[8]周立功. PDIUSBD12 USB 固件编程与驱动开发,北京航空航天大学出版社,2003 年 2 月,pp:1-196
[9]Nordic Semiconductor ASA, nRF2401rev1_1.pdf
[10]PDIUSBD12 Datasheet
[11]Jean J.Labrosse.嵌入式实时操作系统μC/OS-II[M] 北京:北京航天航空大学出版社,2003
[12]Jean J. Labrosse, MicroC/OS-II The Real-Time Kernel Second Edition, CMP books. 2002, pp:34-71.
[13]武安河. Windows 2000/XP WDM 设备驱动程序开发,电子工业出版社,2005年 5 月,pp:82-94
[14]杜春雷.ARM 体系结构与编程[M] 北京:清华大学出版社,2003
[15]陈佳品 李振波 唐晓宁 毫米级全方位移动机器人及其微装配系统研究[D].上海:上海交通大学 2005
[16]Philips Semiconductors. Firmware Programming Guide for PDIUSBD12 [S] Asia Product Innovation Centre 1998
[17]www.nxp.com/acrobat_download/various/PDIUSBD12_PROGRAMMING_GUIDE.pdf
[18]PixArt Imaging Inc.PAS109B Datasheet[S], Taiwan:PixArt Inc. 2002 www.pixart.com.tw/upload/PAS109B_V11B_20051121171740.pdf
[19]边海龙,贾少华. USB2.0 设备的设计与开发,人民邮电出版社,2004 年 1月,pp:217-250
[20]Chris Cant. Windows WDM 设备驱动程序开发指南,机械工业出版社,2005年 4 月,pp:325-352
[21]杜春雷. ARM 体系结构与编程,清华大学出版社,2003 年,pp:1.
[22]袁新燕. 计算机外设与接口简明教程,北京航空航天大学出版社,2005 年 8月,pp:7-13;203-247
[23]李肇庆,朱险峰. IEEE 1394 接口技术,国防工业出版社,2004 年 7 月,pp:7-27
[2] 王红智,周云,严国萍. 基于 IrDA 标准的红外无线通信原理及设计,通信技术与设备,2000 年第五期, pp:15-18
[3] http://grouper.ieee.org/
[4]周立功.深入浅出 ARM7[M] 北京:北京航天航空大学出版社,2005
[5] 袁新燕. 计算机外设与接口简明教程,北京航空航天大学出版社,2005 年 8月,pp:7-13;203-247
[6]Universal Serial Bus Specification V1.1, http://www.usb.org
[7]萧世文. USB2.0 硬件设计, 清华大学出版社,2003 年 1 月,pp:230-235
[8]周立功. PDIUSBD12 USB 固件编程与驱动开发,北京航空航天大学出版社,2003 年 2 月,pp:1-196
[9]Nordic Semiconductor ASA, nRF2401rev1_1.pdf
[10]PDIUSBD12 Datasheet
[11]Jean J.Labrosse.嵌入式实时操作系统μC/OS-II[M] 北京:北京航天航空大学出版社,2003
[12]Jean J. Labrosse, MicroC/OS-II The Real-Time Kernel Second Edition, CMP books. 2002, pp:34-71.
[13]武安河. Windows 2000/XP WDM 设备驱动程序开发,电子工业出版社,2005年 5 月,pp:82-94
[14]杜春雷.ARM 体系结构与编程[M] 北京:清华大学出版社,2003
[15]陈佳品 李振波 唐晓宁 毫米级全方位移动机器人及其微装配系统研究[D].上海:上海交通大学 2005
[16]Philips Semiconductors. Firmware Programming Guide for PDIUSBD12 [S] Asia Product Innovation Centre 1998
[17]www.nxp.com/acrobat_download/various/PDIUSBD12_PROGRAMMING_GUIDE.pdf
[18]PixArt Imaging Inc.PAS109B Datasheet[S], Taiwan:PixArt Inc. 2002 www.pixart.com.tw/upload/PAS109B_V11B_20051121171740.pdf
[19]边海龙,贾少华. USB2.0 设备的设计与开发,人民邮电出版社,2004 年 1月,pp:217-250
[20]Chris Cant. Windows WDM 设备驱动程序开发指南,机械工业出版社,2005年 4 月,pp:325-352
[21]杜春雷. ARM 体系结构与编程,清华大学出版社,2003 年,pp:1.
[22]袁新燕. 计算机外设与接口简明教程,北京航空航天大学出版社,2005 年 8月,pp:7-13;203-247
[23]李肇庆,朱险峰. IEEE 1394 接口技术,国防工业出版社,2004 年 7 月,pp:7-27