專利名稱：視覺識(shí)別全自控擦板裝置的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自動(dòng)控制的黑板擦，尤其涉及自動(dòng)控制的黑板擦的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的自動(dòng)控制的黑板擦已由名稱為"全自動(dòng)黑板擦"，申請(qǐng)人為"覃敏良"，申請(qǐng) 日為"2002年7月15日"，申請(qǐng)?zhí)枮?02242223.4"，授權(quán)公告日為"2003年5月28日"，授 權(quán)公告號(hào)為"CN 2552727Y"的中國(guó)實(shí)用新型專利所公開。該專利包括板擦、電動(dòng)機(jī)、拉索、導(dǎo) 軌、控制電路、開關(guān)按鈕，還包括上、下端行走壓緊機(jī)構(gòu)安裝在上、下導(dǎo)軌上并能在導(dǎo)軌上水 平移動(dòng)，板擦上、下端安裝在上、下端行走壓緊機(jī)構(gòu)上并壓緊黑板面，黑板上方安裝有限位 開關(guān)，上端行走壓緊機(jī)構(gòu)上裝有能與限位開關(guān)相撞的撞塊，控制電路通過采集開關(guān)按鈕和 限位開關(guān)的信號(hào)來控制電動(dòng)機(jī)的停止和正反轉(zhuǎn)，從而使板擦就在黑板上水平左右移動(dòng)，達(dá) 到自動(dòng)擦凈黑板效果。該專利為能擦拭黑板的各個(gè)角落，需將板擦的高度設(shè)置的與黑板的 高度相當(dāng)。但是，在僅需要擦拭黑板局部同時(shí)保留其他部分文字時(shí)，該專利是無法實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的在僅需要擦拭黑板局部同時(shí)保留其他部分文 字時(shí)無法實(shí)現(xiàn)的不足，提供了一種可實(shí)現(xiàn)擦拭黑板局部同時(shí)保留其他部分文字的視覺識(shí)別 全自控擦板裝置的控制系統(tǒng)。 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案得以解決 視覺識(shí)別全自控擦板裝置的控制系統(tǒng)，包括處理器，還包括與處理器，相連的指令
輸入系統(tǒng)、X軸子系統(tǒng)、Y軸子系統(tǒng)和Z軸子系統(tǒng)； 指令輸入系統(tǒng)包括攝像頭，用于攝像頭與處理器數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)緩存器，及用于 記錄輸入指令的觸摸輸入系統(tǒng)； X軸子系統(tǒng)包括控制板擦左右移動(dòng)的X軸電機(jī)，及測(cè)量板擦水平位置的X軸編碼盤 和X軸光電開關(guān)； Y軸子系統(tǒng)包括控制板擦上下移動(dòng)的Y軸電機(jī)，測(cè)量板擦垂直位置的Y軸編碼盤
和Y軸光電開關(guān)，及控制Y軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)并接收Y軸光電開關(guān)的脈沖信號(hào)計(jì)算板擦當(dāng)前位
置的Y軸單片機(jī)，Y軸子系統(tǒng)通過Y軸無線通信模塊接收處理器的指令； Z軸子系統(tǒng)包括與板擦相連的兩個(gè)壓力傳感器，將壓力傳感器的輸出信號(hào)放大后
傳輸給處理器的加法放大電路，及控制Z軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)的Z軸單片機(jī)，Z軸子系統(tǒng)通過Z軸
無線通信模塊接收處理器的指令。 作為優(yōu)選，處理器為STM32系列處理器。 作為優(yōu)選，數(shù)據(jù)緩存器為FIFO數(shù)據(jù)緩存器。 作為優(yōu)選，Y軸單片機(jī)和Z軸單片機(jī)為AVR單片機(jī)。 按照本實(shí)用新型的技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)擦拭黑板局部同時(shí)保留其他部分文字。 本實(shí)用新型涉及一種利用雙攝像頭進(jìn)行平面定位并動(dòng)態(tài)記錄目標(biāo)移動(dòng)路徑的技術(shù)。
傳統(tǒng)的單攝像頭平面定位方案具有幾個(gè)致命弱點(diǎn) 1.攝像頭需要遠(yuǎn)離參考平面以獲得全景，給設(shè)計(jì)安裝帶來巨大不變，在很多情況 下客觀條件甚至是不允許的。 2.對(duì)攝像頭分辨率的要求很高，成本大幅上升。 3.大量的數(shù)據(jù)需要處理，對(duì)處理芯片的要求很高，進(jìn)一步帶動(dòng)成本上升。為了解決 這些問題，這里提出了雙攝像頭的定位技術(shù)。 每次捕捉畫面都可以得到一個(gè)點(diǎn)(X， Y)坐標(biāo)，如果系統(tǒng)以每秒5幀的速度運(yùn)行，就
可以通過擬合貝塞爾曲線，記錄目標(biāo)的移動(dòng)路徑。而對(duì)于本實(shí)用新型的主要使用產(chǎn)品來說，
這樣的速度和精度已經(jīng)完全可以將目標(biāo)移動(dòng)路徑所包圍區(qū)域計(jì)算出來。 由于本方案數(shù)據(jù)吞吐量?jī)H有單攝像方案的十分之一，所以無需使用價(jià)格高昂的
DSP。而選擇了意法半導(dǎo)體公司的STM32芯片。該芯片基于ARM-C0RTEX-M3方案，價(jià)格低廉，
性能對(duì)于本方案來說綽綽有余。同時(shí)如果要提升定位精度而升級(jí)攝像頭，亦無須為了水漲
船高的數(shù)據(jù)吞吐量而升級(jí)芯片。圖四表示了電路的結(jié)構(gòu)。 個(gè)子系統(tǒng)工作原理 A.指令輸入 a)圖像跟蹤方式攝像頭開始工作，傳輸數(shù)據(jù)流至FIFO芯片緩沖，由STM32芯片
讀入進(jìn)行計(jì)算處理，以大于5幀1/秒的速度計(jì)算出當(dāng)前目標(biāo)的(X.Y)坐標(biāo)。 b)觸摸板輸入方式觸摸輸入子系統(tǒng)記錄用戶輸入的按鍵指令后傳輸給主芯片
STM32。 B. X軸子系統(tǒng) 編碼盤和光電開關(guān)組成廉價(jià)增量旋轉(zhuǎn)編碼器，主芯片STM32接收光電開關(guān)的脈沖 信號(hào)計(jì)算當(dāng)前位置，并控制X軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來運(yùn)行至目標(biāo)位置。 C. Y軸子系統(tǒng) a)該子系統(tǒng)自成體系，通過無線通信模塊接收主芯片STM32發(fā)來的指令； b)MCU芯片AVR通過接收光電開關(guān)的脈沖信號(hào)計(jì)算當(dāng)前位置； c) AVR控制Y軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以運(yùn)行至目標(biāo)位置。 D. z軸子系統(tǒng) a)該子系統(tǒng)自成體系，通過無線通信模塊接收主芯片STM32發(fā)來的指令； b)兩只壓力傳感器對(duì)板刷頭的壓力進(jìn)行觀測(cè)，其輸出信號(hào)在加法放大電路放大后
傳輸給控制芯片； c)AVR控制Z軸步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)黑板刷頭的壓力。 控制系統(tǒng)工作流程 1.指令輸入階段兩種方式皆可，輸入完成后主芯片計(jì)算生成運(yùn)行軌跡； 2.主芯片STM32通過無線方式向Y軸控制芯片寫入本輪擦除工作的Y軸起止點(diǎn)坐
標(biāo)序列； 3. X軸受主芯片STM32控制運(yùn)行至起點(diǎn)； 4. Y軸控制芯片和Z軸控制芯片收到主芯片STM32發(fā)來的開動(dòng)指令后進(jìn)行邊線區(qū) 域清理流程(注)；[0040] 5.黑板擦完全壓在黑板上，Z軸子系統(tǒng)將維持其壓力在設(shè)定范圍內(nèi)； 6.Y軸子系統(tǒng)將一直運(yùn)行至本次擦除終點(diǎn)，并向主芯片發(fā)送完成報(bào)告； 7. Y軸子系統(tǒng)和Z軸子系統(tǒng)在接受到主芯片的指令后進(jìn)行邊線區(qū)域清理流程； 8.黑板擦完全抬起，X軸運(yùn)行至下一個(gè)清理地點(diǎn)； 9.重復(fù)3-8的流程直至所有的預(yù)定路線擦除完成； IO.X軸運(yùn)行，返回原點(diǎn)，所有子系統(tǒng)進(jìn)行回到原點(diǎn)的操作。 邊線清理流程 黑板擦的毛刷部分是梯形或者類似的形狀，在朝右擦拭的過程中，刷頭將被緩緩 壓入，毛刷部分與黑板的接觸面積越來越大，但其左邊線卻沒有移動(dòng)。如此就能夠在不越過 邊線的情況下對(duì)邊線附近的區(qū)域進(jìn)行有效的擦除。 主芯片與Y軸子之間的通信協(xié)議 子系統(tǒng)識(shí)別碼(8位)+ {起點(diǎn)坐標(biāo)(16位)+終點(diǎn)坐標(biāo)(16位)} *N 這樣可以防止其他教室的設(shè)備接收錯(cuò)誤的指令(當(dāng)然一般來說其他教室的設(shè)備
接收不到信號(hào))。 以下解釋本方案的原理。 左上角和右上角是攝像頭。通過檢測(cè)某點(diǎn)與邊線所成的角度a與|3 ，利用三角形 原理就可以得到笛卡爾直角坐標(biāo)系坐標(biāo)x， y與邊長(zhǎng)L的關(guān)系。而邊長(zhǎng)L在給定的系統(tǒng)里是 個(gè)給定值。所以只要能夠利用攝像頭測(cè)出a與13就能夠得到某點(diǎn)在平面上的坐標(biāo)。 以下解釋攝像頭檢測(cè)角度的原理。 攝像頭的任務(wù)就是捕捉一條扁而長(zhǎng)的圖像。為了進(jìn)一步降低運(yùn)算強(qiáng)度和提高檢測(cè) 穩(wěn)定性，目標(biāo)點(diǎn)用紅色發(fā)光二極管來表示。在捕捉到圖像，處理芯片讀取這組RGB565數(shù)據(jù) 并保存于內(nèi)存中。然后通過計(jì)算得出紅色發(fā)光二極管的光斑在圖像中的位置，例如位置為 180。進(jìn)而利用這個(gè)值計(jì)算出角度。兩個(gè)攝像頭做相同的工作，分別得到a與13。實(shí)際上， (a， 13)已經(jīng)構(gòu)成一個(gè)坐標(biāo)系。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述 實(shí)施例 視覺識(shí)別全自控擦板裝置的控制系統(tǒng)，包括處理器5，還包括與處理器5相連的指 令輸入系統(tǒng)1、 X軸子系統(tǒng)2、 Y軸子系統(tǒng)3和Z軸子系統(tǒng)4 ; 指令輸入系統(tǒng)1包括攝像頭11 、 14，用于攝像頭11 、 14與處理器數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)緩 存器12、13，及用于記錄輸入指令的觸摸輸入系統(tǒng)15 ; X軸子系統(tǒng)2包括控制板擦左右移動(dòng)的X軸電機(jī)23，及測(cè)量板擦水平位置的X軸 編碼盤21和X軸光電開關(guān)22 ; Y軸子系統(tǒng)3包括控制板擦上下移動(dòng)的Y軸電機(jī)31，測(cè)量板擦垂直位置的Y軸編 碼盤34和Y軸光電開關(guān)33，及控制Y軸電機(jī)31正反轉(zhuǎn)并接收Y軸光電開關(guān)33的脈沖信號(hào)計(jì)算板擦當(dāng)前位置的Y軸單片機(jī)32， Y軸子系統(tǒng)3通過Y軸無線通信模塊35接收處理器5 的指令； Z軸子系統(tǒng)4包括與板擦相連的兩個(gè)壓力傳感器44、45，將壓力傳感器44、45的輸 出信號(hào)放大后傳輸給處理器5的加法放大電路43，及控制Z軸電機(jī)41正反轉(zhuǎn)的Z軸單片機(jī) 42， Z軸子系統(tǒng)4通過Z軸無線通信模塊46接收處理器5的指令。 其中處理器5為STM32系列處理器。數(shù)據(jù)緩存器12、 13為FIFO數(shù)據(jù)緩存器。Y 軸單片機(jī)32和Z軸單片機(jī)42為AVR單片機(jī)。 總之，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍所 作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本實(shí)用新型專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求視覺識(shí)別全自控擦板裝置的控制系統(tǒng)，包括處理器(5)，其特征在于還包括與處理器(5)相連的指令輸入系統(tǒng)(1)、X軸子系統(tǒng)(2)、Y軸子系統(tǒng)(3)和Z軸子系統(tǒng)(4)；指令輸入系統(tǒng)(1)包括攝像頭(11、14)，用于攝像頭(11、14)與處理器數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)緩存器(12、13)，及用于記錄輸入指令的觸摸輸入系統(tǒng)(15)；X軸子系統(tǒng)(2)包括控制板擦左右移動(dòng)的X軸電機(jī)(23)，及測(cè)量板擦水平位置的X軸編碼盤(21)和X軸光電開關(guān)(22)；Y軸子系統(tǒng)(3)包括控制板擦上下移動(dòng)的Y軸電機(jī)(31)，測(cè)量板擦垂直位置的Y軸編碼盤(34)和Y軸光電開關(guān)(33)，及控制Y軸電機(jī)(31)正反轉(zhuǎn)并接收Y軸光電開關(guān)(33)的脈沖信號(hào)計(jì)算板擦當(dāng)前位置的Y軸單片機(jī)(32)，Y軸子系統(tǒng)(3)通過Y軸無線通信模塊(35)接收處理器(5)的指令；Z軸子系統(tǒng)(4)包括與板擦相連的兩個(gè)壓力傳感器(44、45)，將壓力傳感器(44、45)的輸出信號(hào)放大后傳輸給處理器(5)的加法放大電路(43)，及控制Z軸電機(jī)(41)正反轉(zhuǎn)的Z軸單片機(jī)(42)，Z軸子系統(tǒng)(4)通過Z軸無線通信模塊(46)接收處理器(5)的指令。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述視覺識(shí)別全自控擦板裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于處理器(5) 為STM32系列處理器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述視覺識(shí)別全自控擦板裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù) 緩存器(12、 13)為FIFO數(shù)據(jù)緩存器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述視覺識(shí)別全自控擦板裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于Y軸單片機(jī) (32)和Z軸單片機(jī)(42)為AVR單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及自動(dòng)控制的黑板擦，尤其涉及自動(dòng)控制黑板擦的控制系統(tǒng)，公開了一種視覺識(shí)別全自控擦板裝置的控制系統(tǒng)，包括處理器、指令輸入系統(tǒng)、X軸子系統(tǒng)、Y軸子系統(tǒng)和Z軸子系統(tǒng)；指令輸入系統(tǒng)包括攝像頭、數(shù)據(jù)緩存器和觸摸輸入系統(tǒng)；X軸子系統(tǒng)包括X軸電機(jī)、X軸編碼盤和X軸光電開關(guān)；Y軸子系統(tǒng)包括Y軸電機(jī)、Y軸編碼盤、Y軸光電開關(guān)、Y軸單片機(jī)和Y軸無線通信模塊；Z軸子系統(tǒng)包括兩個(gè)壓力傳感器、加法放大電路、Z軸電機(jī)、Z軸單片機(jī)和Z軸無線通信模塊。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)擦拭黑板局部同時(shí)保留其他部分文字。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201548829SQ200920315259
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者王思遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:王思遠(yuǎn)