智能化粮库粮面高度测量研究及应用

发布时间：2020-08-06 18:01

【摘要】：粮食是人民生活的必需品,是社会和谐稳定和国家安全的重要保障。粮库的监测主要体现在质与量两个方面,体积监管是粮食数量监管的重要方式之一,而体积监管关键是粮面高度的监控,本文在粮库监测和测距技术研究的基础上,提出了一种由变焦镜头获得焦距与像距双脉冲数,利用神经网络预测物距的单目视觉测距新方法,设计了一种基于摄像技术的粮面高度测量装置,在对粮库环境进行实时监控的前提下,实现粮面高度的测量。论文具体研究工作包括:(1)以粮库粮面高度测量研究现状和粮库计量关键技术为前提,对粮面高度测量装置总体结构进行设计。在总体结构的基础上,阐述系统的工作过程,并对图像采集模块和电机控制模块进行硬件设计。图像采集模块选择CMOS为图像传感器,以变焦USB摄像头进行图像采集,然后通过无线收发器进行图像传输。电机控制模块选用两相四线步进电机,并通过芯片L9110s进行驱动,控制核心采用Cortex-M3处理器,由集成在控制板的红外模块实现数据传输,最后对相关模块进行硬件电路设计。(2)通过实验对比空域内典型的图像清晰度算法,采用Brenner函数为图像质量评价函数;通过分析一维搜索算法和二维搜索算法,选择适合本系统的模式搜索算法,给出算法步骤和流程图;对电机控制模块进行设计,以8拍方式驱动,确定步进电机的励磁顺序,设定步进电机分为五级进行控制,确定每一级的步距角参数,并对红外模块进行设计,设定红外遥控器按键功能。(3)分析焦距、像距和物距之间的对应关系,对以大量实验为基础建立的数据库数据进行处理,采用曲线拟合法确定满足要求的分段函数表达式,并进行误差对比分析;分析数据库二维输入与一维输出的映射关系,通过神经网络描述两者的非线性关系,训练神经网络。(4)通过标识物实验和粮库模拟实验验证系统可行性。在实验用的标识物下进行实验,确定10-200cm范围内的80组距离,分别通过曲线拟合法和神经网络预测法计算相对误差,曲线拟合法相对误差不超过10%,神经网络预测法相对误差严格控制在3%以内,满足精确度要求;进行10-200cm范围内10组距离的重复性实验,计算结果中最大方差值为2.615,满足稳定性要求。为验证本系统对于粮库环境的适用性,建立粮库模型进行实验,精确度实验中计算5组距离下的相对误差,其最大值为2.875%,重复性实验中计算5组距离下的方差,其最大值为1.85,满足精确度要求和稳定性要求。本文以粮库测距研究现状为基础,对粮面高度测量装置进行软硬件设计,最后通过大量实验验证系统满足精确度和稳定性要求,验证本系统在粮库环境下的可行性。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S379.3;TP391.41
【图文】：

本装置图像采集模块选择TTQ品牌下即插即用的USB摄像头，并且带有红外模块，可以实现夜间的拍摄与监控，实物图如图3-2所示。其中，镜头角度范围为15~50°，分辨率为640*480，放大倍数为10倍，F1.6（6mm~60mm），镜头像素为30万，内置麦克风。图 3-2 摄像头实物图Figure3-2 Camera physical map其中，该装置的摄像头为三可变镜头，实物图如图 3-3 所示。通过镜头上的变焦环、聚焦环和光圈实现焦距、像距和亮度的调节。本次研究中固定光圈

乘法、6~12 个时钟周期、具有 STM32 芯片的作用是实现步进电/O 口进行了定义，并设置为引出的硬件电路图如图 3-8 所示。通过稳输入电压转变为 3.3V，通过 PA2输出。5VD81R50GND+C85C87IN OUTGOU T+C86C88-3 24-3GNDV2104图 3-8 电源模块电路图Figure3-8 Power module circuit diagram-9 所示，通过按下 K1 按键实现手

a）红外发光二极管 b）红外接收头图 3-10 红外收发装置Figure3-10 Infrared transceiverIR1OUTVssVdd+3.3V1 2 3IRGND图 3-11 红外线模块电路图Figure3-11 Infrared module circuit diagram至片上外设VDD开/关开/关模拟输入复用功能输入器读出

【参考文献】

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本文编号：2782768