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1、 基于ARM的智能机器人图像采集系统软件设计Softwore Design of Intelligent Robot Image Acquisition System Based on ARM总 计： 37 页表 格： 0 个插 图： 17 幅 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计论文 基于ARM的智能机器人图像采集系统软件设计Software Design of Intelligent Robot Image Acquisition System Based on ARM* Institute of Technology基于ARM的智能机器人图像采集系统软件设计自动化专业 *摘 要 本设计
2、以S3C2440微处理器和Linux操作系统为控制平台，以飞思卡尔比赛车模为控制对象，采用USB摄像头作为图像采集设备，控制智能小车沿赛道中心黑线行驶。根据工程需求裁剪内核文件下载到S3C2440控制器中，利用Linux下视频设备应用编程接口实现图像采集，通过libjpeg库解压采集到的jpeg图片，同时将解压后的图像进行二值化提取赛道中心线的位置，通过液晶屏实时显示，并编写控制程序成功控制小车沿赛道行驶。关键词 嵌入式；S3C2440；Linux；图像采集；智能小车Software Design of Intelligent Robot Image AcquisitionBased on A
3、RM Automation Specialty LIN Biao-wenAbstract: This design ,which chooses Freescale game cars as controlled member, uses microprocessor S3C2440 and linux Operating System as the control platform, and the USB camera as the image acquisition equipment to control the smart car driving along the black li
4、ne in the middle of the track. Download Kernel file to microprocessor S30C2440 according to the project needs.Use Linux video equipment application programming interface , image acquisition is realized.Jpeg image is collected by decoding from libjpeg.At the same time, the image is binarized to extra
5、ct the position in the middle of the track and is real-time revealed through LCD .Write control program to control the smart car run along the black line successfully. Key words: Embedded system; s3c2440;linux; image acquisition; smart car.目 录1 引言12 智能机器人图像采集系统硬件平台12.1 Micro2440开发板32.2 电源模块42.3 电机驱动
6、模块42.4 摄像头43 嵌入式Linux开发环境建立43.1 linux操作系统43.2 宿主机和主控板连接环境搭建53.3 建立交叉编译环境63.4 系统移植73.4.1 BootLoader73.4.2 内核定制73.4.3 根文件系统制作83.4.4 系统移植103.5 驱动程序设计103.5.1 Linux设备驱动程序103.5.2 PWM驱动程序设计113.5.3 驱动程序安装124 应用程序设计134.1 按键应用程序开发154.2 LCD液晶显示程序开发154.2.1 Linux的帧缓冲设备Framebuffer154.2.2 液晶显示流程164.3 图像采集174.3.1 V
7、ideo4Linux2174.3.2 V4L2视频采集流程184.4 图像处理204.4.1 Libjpeg库解压图像204.4.2 二值化方法22中心线确定方法234.5 控制策略274.5.1 舵机控制274.5.2 电机控制27结束语29参考文献30致谢31 1 引言嵌入式系统是指用于执行独立功能的专用计算机系统。它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理、等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为根底，
8、强调硬件软件的协同性和整合性，软件与硬件可裁剪，以满足系统对功能、本钱、体积和功耗等要求，至今为止无论是消费电子领域还是工业领域、航空领域、军事国防领域到处到能见到嵌入式的身影，它的开展已经深入到人们的生活中了1 。设计一个专用系统，传统的开发过程如下：首先是用户需求分析，看看用户需要解决哪些问题；然后是选择处理器和相应的硬件平台；随后是硬件的设计包括原理图和PCB调试，先看硬件是否可以正常工作；接着是软件调试，包括处理器的初始化、中断、外设等，都需要自己编程控制，根本上每一次开发都需要经历这个流程。而对于一个嵌入式系统，根本的处理器和核心电路是固定的，操作系统是已经移植好的。做产品所需要做的
9、工作就是看看是否要添加外设，然后编写所添加外设的驱动程序，最后就是编写应用程序。传统开发过程和嵌入式开发过程比照可以看出，一个成熟的嵌入式系统，可以防止重复劳动，缩短开发周期1，嵌入式系统具有通过系统调度实现多任务同时进行的功能，这是其他处理器所无法比较的。本课题通过开发基于ARM的智能机器人图像采集系统，控制智能小车沿着赛道黑线行驶，旨在深入了解基于ARM和Linux的嵌入式系统的开发流程，为进一步学习嵌入式翻开大门。 2 智能机器人图像采集系统硬件平台智能机器人图像采集系统硬件结构主要由七局部组成：1以S3C2440、Mega1280为核心的两块开发板；2电源管理模块。3USB摄像头。4按
10、键。5串口。6LCD液晶显示器。7智能小车。系统硬件结构图如图1所示：图1 系统硬件结构图整体设计实物如图2所示：Mega1280控制板赛 道S3c2440控制板USB摄像头图2 整体设计实物图2.1 Micro2440开发板Micro2440开发板由核心板Micro2440和底板Micro2440SDK组成。Micro2440核心板是一个最小系统板，它具有最根本的系统配置：(1) CPU 三星S3C2440，运行于400Mhz。(2) NOR FLASH 2M，内部已烧录bootloader，主要用于裸机开发和引导系统移植(3) NAND FLASH 64M 可升级到128M-1G。(4)
11、SDRAM-64M，片外同步动态随机存储器，由2片16-bit宽度的32M SDRAM组成。Micro2440核心板如图3所示。图3 Micro2440核心板图4 Micro2440SDK底板Micro2440SDK底板是基于Micro2440核心板的功能测试底板，上面有各种常用的接口，如标准RJ-45网络、音频输入输出、USB、SD卡座、串口、CMOS摄像头、LCD、按键等等。丰富的接口为学习嵌入式提供了很大的便利。Micro2440SDK底板如图4所示。2.2 电源模块 智能机器人使用7.2V镍镉电池供电，系统中控制板和舵机使用的电源电压为5V，电机驱动直接使用电池作为输入电压，为了使舵机
12、工作时不对开发板供电产生干扰，使用两片5V稳压芯片L7805和LM2576分别给舵机和开发板供电。L7805具有纹波小电压稳定的特点，允许输出最大电流为1.5A，LM2576输出电压纹波比较大但是允许输出电流可以到达3A，舵机需要稳定的电源，L7805完全能够满足需求。两块控制板耗电量大，采用L7805会导致过度发热，选用LM2576作为其电源转换芯片。2.3 电机驱动模块智能机器人采用BTS7960芯片作为电机驱动模块，BTS7960是半桥驱动芯片，电流最高43A，内阻小，发热量少，是一款理想的电机驱动芯片，由于智能车在行驶过程中不需要倒车，所以只用一片BTS7960。2.4 摄像头智能机器
13、人的感知模块采用中星微ZC301芯片的USB摄像头，这种摄像头价格廉价，使用方便，采用硬件压缩,直接获取的是jpeg图片。3 嵌入式Linux开发环境建立3.1 linux操作系统Linux操作系统核心最早是由芬兰的Linus Torvalds 1991年8月在芬兰赫尔辛基大学上学时发布的，后来经过众多世界顶尖的软件工程师的不断修改和完善，Linux得以在全球普及开来，在效劳器领域及个人桌面版得到越来越多的应用，在嵌入式开发方面更是具有其它操作系统无可比较的优势2，具体如下：(1) Linux开放源代码，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发者的强大技术支持。(2)
14、Linux的内核小、效率高，内核的更新速度很快而且可以根据工程需求定制内核以减小内核。(3) Linux是免费的OS，在价格上极具竞争力。(4) Linux适应于多种CPU和多种硬件平台，是一个跨平台的系统。(5) Linux性能稳定，裁剪性好。(6) Linux支持多用户、多任务、多线程。3.2 宿主机和主控板连接环境搭建要使用宿主机即PC机和主控板进行通讯等操作，必须要使用串口连接线等工具把PC机和主控板的外部接口连接起来，利用PC机上的相应软件，建立宿主机和主控板的连接环境。分别使用连接线将主控板的串口0、网络接口、USB Slave接口和PC机的串口、网口、USB口连接起来，建立起宿主机和主控板的硬件连接环境。为了通过串口连接主控板，必须使用一个模拟终端程序，本次设计使用WindowsXP系统自带的超级终端程序。超级终端程序通常位于开始-程序-附件-通讯中，选择运行该程序，构建主控板和PC机的串口连接环境。超级终端设置步骤如下：(1) 翻开超级终端程序。(2) 按超级终端向导提示，分别在“默认Telnet程序和“位置信息对话框选“否选项，并确认操作。(3) 在“新建连接对话框输入新建连接的名称并选择图标，确认操作。(4) 在接下来弹出的对话框中根据自己的串口使用情况选择连接的串口，确认操作。(5) 设置串口参数，注意假设此处串口参数设置错误，串口通讯将不
