激光传感器三维靶标检测系统的设计与研究

发布时间：2017-04-20 14:04

  本文关键词：激光传感器三维靶标检测系统的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：变量喷雾技术应用智能化方法和控制策略实现喷施对象的按需施药,能有效提高农药使用率、降低非靶标沉积、减少环境污染、促进精细农业的可持续发展。三维靶标信息的精确检测是智能变量喷雾执行的前提和依据,近年来随着实时传感器技术的发展,激光传感器相比于超声和红外等传感器具备检测精度高、性能稳定和不受采光影响等优点,因此,基于激光传感器的变量喷雾目标检测成为热点研究问题。本课题采用宽视角高速UTM-30LX型激光传感器作为三维靶标检测实时传感器,设计开发基于该激光传感器的室内滑台三维靶标检测系统和室外车载式三维靶标检测系统,研究激光传感器检测规则物体和树木等复杂三维靶标信息的精确性,主要研究工作内容如下所述:(1)设计室内滑台三维靶标检测系统,验证室内条件下激光传感器检测精度。系统采用直线滑台作为运动平台、伺服电机作为运动驱动装置。激光传感器安装在直线滑台的运动滑块上,通过伺服电机控制滑块运动实现对激光传感器运动速度、距离精确控制。以STM32F103VET6单片机为核心,完成控制系统硬件电路设计、软件程序编写。其中,硬件电路包括:单片机最小系统、电源转换、开关按键输入、数据通讯、伺服电机控制、光电测速等。软件包括:人机界面、系统初始化、开关按键输入、数据通讯、电机控制、滑块运动速度位置检测等单片机数据处理程序。(2)设计室外车载式三维靶标检测系统,模拟实际检测中存在的路面不平、机器振动等场景,进一步验证室外条件下激光传感器检测精度。系统采用电动实验车作为激光传感器实时扫描检测的动力设备,电动实验车在实验过程中的速度信息,通过实验前场地标定测试实验获得。(3)在室内、室外三维靶标检测系统的基础上,以规则物体、仿真树、实际树木为对象,分别设计不同间距、不同传感器移动速度下组合实验,实时扫描检测靶标物体,通过激光传感器数据采集软件UrgBenri读取、存储其轮廓特征数据信息,利用Matlab软件进行目标数据分析处理,重构靶标物体图像,并提取激光扫描测量的目标物体尺寸特征值。室内、室外实验条件下,与人工测量比较而言,激光传感器测得物体尺寸最大相对误差分别小于7.40%、6.50%。(4)另一方面,针对树形结构不规则现象,引入一种基于边界距离场相似性评估方法,定量分析激光传感器扫描重构后物体图像与照相机拍摄物体图像两者外形轮廓相似度。室内、室外实验条件下,两者图像轮廓相似度计算值分别大于0.9200、0.8900。(5)综合三维尺寸测量精确度以及轮廓相似度数据可知,在不同检测距离和传感器移动速度的室内、室外实验条件下,基于UTM-30LX型激光传感器的靶标检测精度、准确度较好,能为变量喷雾施药的执行提供有效喷雾量依据。
【关键词】：喷雾施药 激光传感器 靶标检测 最大相对误差 轮廓相似度
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274;TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景、目的及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 红外传感器检测技术11-13
• 1.2.2 超声波传感器检测技术13-15
• 1.2.3 二维激光传感器检测技术15-17
• 1.2.4 三维激光扫描仪检测技术17-18
• 1.3 国内外研究现状总结18-19
• 1.4 本文主要研究内容19
• 1.5 本章小结19-20
• 第二章 三维靶标检测系统整体方案设计20-31
• 2.1 三维靶标检测系统整体方案设计20-24
• 2.1.1 室内滑台三维靶标检测系统设计20-22
• 2.1.2 室外车载式三维靶标检测系统设计22-24
• 2.2 三维靶标检测系统主要部件24-30
• 2.2.1 直线滑台24
• 2.2.2 伺服电机24-25
• 2.2.3 伺服电机驱动器25-26
• 2.2.4 激光传感器26-28
• 2.2.5 滑台系统控制器28-29
• 2.2.6 触摸屏29-30
• 2.2.7 微型计算机30
• 2.2.8 电动实验车30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 三维靶标检测系统硬件电路实现和软件设计31-48
• 3.1 滑台控制系统硬件电路设计31-39
• 3.1.1 单片机处理单元32-34
• 3.1.2 电源转换模块34-36
• 3.1.3 开关按键输入模块36-37
• 3.1.4 通讯模块37
• 3.1.5 伺服电机控制模块37-38
• 3.1.6 光电测速模块38-39
• 3.2 滑台控制系统软件设计39-45
• 3.2.1 人机界面编写39-40
• 3.2.2 单片机处理程序40-45
• 3.3 激光传感器数据采集软件45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 激光传感器靶标检测实验48-62
• 4.1 室内实验48-49
• 4.1.1 室内实验目的及靶标对象48
• 4.1.2 室内实验方法48-49
• 4.2 室外实验49-51
• 4.2.1 室外实验目的及靶标对象49-50
• 4.2.2 室外实验车速度标定50-51
• 4.2.3 室外实验方法51
• 4.3 结果与分析51-60
• 4.3.1 靶标物体图像重构51-54
• 4.3.2 三维尺寸测量54-57
• 4.3.3 复杂树形轮廓激光扫描相似度评估57-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 总结与展望62-65
• 5.1 总结62-63
• 5.2 研究展望63-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-72
• 攻读硕士期间取得的成果72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王旭东;;基于Lab Windows/CVI7.1综合检测系统[J];今日电子;2007年08期

2 本刊编辑部;;科技期刊不端文献检测系统使用情况通报[J];电讯技术;2009年10期

3 张立平;;空调生产线检测系统的设计和应用[J];自动化与信息工程;2010年02期

4 刘成军;;浅谈云计算的木马检测系统设计[J];计算机光盘软件与应用;2012年24期

5 郑春瑞;检测系统今后的课题——面向未来探索基本要点[J];组合机床与自动化加工技术;1985年12期

6 徐大庆;多媒体检测系统设计与实现的一种方法[J];计算机应用;1997年03期

7 程仁洪;一种实用的倾斜角检测系统[J];基础自动化;1997年05期

8 蒋晓松;张在德;杨志平;许世宏;张庆海;;无线电综合检测系统[J];电子测量技术;2002年05期

9 刘琪,马殙;天津轻轨列车出入库检测系统[J];移动通信;2003年11期

10 何祥林;;检测系统中的干扰分析与抑制[J];大众科技;2006年08期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 马丰岭;黄波;;智能型闸盘偏摆检测系统的设计研究[A];第24届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第6届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C];2014年

2 唐宇;王洪;唐孟培;;新型激光诱导荧光光纤检测系统的研制[A];第一届中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C];2007年

3 陈牡丹;周光明;;超声C扫描检测系统性能校核研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

4 王振华;吕华;陆祖宏;;单分子荧光涨落检测系统的研制[A];中国生物医学工程学会医学物理分会第十次学术年会、中华医学会医学工程学分会第一次医疗设备科学管理研讨会论文集[C];1998年

5 陈志强;高文焕;康克军;张丽;;大型集装箱检测系统的新型客户／服务器网络模型[A];第9届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C];1998年

6 韩疆;刘晓星;潘接林;张建平;颜永红;张鹏远;吕萍;刘建;;一种网络信息安全中的语音关键词检测系统[A];全国网络与信息安全技术研讨会’2004论文集[C];2004年

7 邓延;;SDI-5420 Delta X大型超声C-扫描检测系统[A];陕西省第九届无损检测年会陕西省机械工程学会无损检测分会论文集[C];2004年

8 陈宋宋;郭延凯;钟鸣;;移动式电力能效检测系统及方法[A];2013年中国电机工程学会年会论文集[C];2013年

9 向新程;周立业;张颜民;灻毅斌;王立强;李富荣;高宝增;张玉爱;苗积臣;刘锡明;;组合移动式钴-60集装箱检测系统的研制[A];第十届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C];2000年

10 钟文勇;唐胜江;杨新文;;电子学系统涂层检测系统开发[A];第二届全国信息与电子工程学术交流会暨第十三届四川省电子学会曙光分会学术年会论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 齐泽萍;治超不停车检测系统在我省启用[N];山西经济日报;2008年

2 蒋梦恬 记者 王春;手机安全检测系统令“流氓”软件无处遁形[N];科技日报;2013年

3 郭晓;郑州建设简易工况检测系统[N];中国环境报;2006年

4 马晓艳;全省高速公路57个治超点启用不停车检测系统[N];山西经济日报;2008年

5 孙宏;先进光学3D板坯表面 质量检测系统[N];世界金属导报;2012年

6 谢昌民;运城高速全部实现不停车超限超载检测[N];山西日报;2008年

7 本报记者 张海瑞;创新科技治超 步入长效轨道[N];太原日报;2011年

8 方通;网络入侵检测系统——构筑全方位保障[N];中国水利报;2003年

9 刘永春;阳高县科技治超效果好[N];大同日报;2011年

10 可可;特诺恩转炉喷溅检测系统技术获奖[N];中国冶金报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 黎耀;IPv6环境下异常检测系统的关键技术研究[D];华中科技大学;2006年

2 熊俊;单细胞离子光电联合检测系统的研究与设计[D];华中科技大学;2007年

3 苏波;集成光纤的毛细管电泳芯片检测系统的研制[D];中国科学院研究生院（电子学研究所）;2006年

4 胡文静;用于金属探测的混沌振子系统研究[D];山东大学;2012年

5 贺惠新;燃机异常检测系统的关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 韩浩;基于WSN农作物生理参数检测系统的设计与研究[D];宁夏大学;2015年

2 王磊;基于DM642的人脸检测系统[D];苏州大学;2015年

3 倪生冬;维语版《士兵职业基本适应性检测系统》的编制与信效度检验[D];第四军医大学;2015年

4 钱云鹏;基于CCD的血浆乳糜度检测系统设计[D];大连理工大学;2015年

5 张鹤;高速、低噪声太赫兹检测系统[D];南京大学;2014年

6 宋智明;模块化实时人脸检测系统的设计[D];大连理工大学;2015年

7 葛楠;宁波移动公司基站维护检测系统的设计与实现[D];电子科技大学;2014年

8 王刚;基于多传感器的可穿戴跌倒检测系统的设计与实现[D];北京工业大学;2015年

9 张岩;圆网壁纸印刷机套印检测系统的研究[D];西安工程大学;2015年

10 朱旭;高速公路超限检测系统设计[D];太原理工大学;2012年

  本文关键词：激光传感器三维靶标检测系统的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：318812