Thiết kế hệ thống robot bám mục tiêu trên cơ sở xử lý ảnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG 621 - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ROBOT BÁM MỤC TIÊU TRÊN CƠ SỞ XỬ LÝ ẢNH Sinh viên thực : Nguyễn Đình Thân Lớp : 51K2 - ĐTVT MSSV : 1051080521 Giảng viên hướng dẫn : KS Đinh Văn Nam Nghệ An, năm 2015 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỂ TÀI 1.1.Giới thiệu đề tài 1.1.1 Lý chọn đề tài 1.1.2 Mục đích chọn đề tài 1.1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.1.4 Ý nghĩa đề tài 10 1.2 Tổng quan hệ thống Robot bám mục tiêu 10 1.2.1.Giới thiệu chung hệ thống Robot 10 1.2.2 Hệ thống Robot bắn bóng bám mục tiêu di động sở xử lý ảnh 14 1.3 Tổng quan công nghệ xử lý ảnh hệ thống phân loại ảnh 15 1.3.1 Tổng quan hệ thống xử lý ảnh 18 1.3.1.1 Phần thu nhận ảnh (Image Acquisition) 19 1.3.1.2 Tiền xử lý (Image Processing) 19 1.3.1.3 Phân đoạn (Segmentation) hay phân vùng ảnh 19 1.3.1.4 Biểu diễn ảnh (Image Representation) 19 1.3.1.5 Nhận dạng nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation 20 1.3.1.6 Cơ sở tri thức (Knowledge Base) 20 1.3.1.7 Mô tả (biểu diễn ảnh) 20 1.3.2 Giới thiệu đôi nét ảnh phân loại ảnh 22 1.3.2.1 Ảnh số 22 1.3.2.2 Biểu diễn ảnh số 23 1.3.2.3 Ảnh màu 23 1.3.2.4 Các định dạng ảnh xử lý ảnh 25 1.3.2.5 Pixel vấn đề liên quan 27 1.3.3 Giới thiệu LabView công cụ xử lý ảnh dùng LabView 29 1.3.3.1 Giới thiệu LabView 29 1.3.3.2 Công cụ xử lý ảnh IMAQ vision toolbox LabView 35 1.4 Giới thiệu thiết bị camera 40 CHƯƠNG THIẾT KẾ THI CÔNG PHẦN CỨNG, VÀ LẬP TRÌNH PHẦN MỀM CHO HỆ THỐNG ROBOT 42 2.1 Thiết kế thi cơng hệ thống khí 42 2.1.1 Thiết kế Hệ thống khí cho Robot 42 2.1.2 Loại Camera sử dụng 43 2.2 Thiết kế thi công mạch điều khiển 45 2.2.1 Lựa chọn linh kiện 45 2.2.2 Giới thiệu dòng vi điều khiển Arm Cortex M4 vi điều khiển STM32F429I- Discovery 46 2.2.2.1 Giới thiệu dòng vi điều khiển ARM Cortex M4 46 2.2.1.2 Giới thiệu kit STM32F429I- Discovery 47 2.2.2 Modul điều khiển động dùng IC L298 49 2.2.3 Khối nguồn 51 2.3 Lập trình phần mềm 52 2.3.1 Hệ điều hành thời gian thực RTOS 52 2.3.1.2 Đặc điểm chung Hệ điều hành 52 2.3.1.3 Định nghĩa Hệ điều hành thời gian thực RTOS 53 2.3.2 Các thành phần có RTOS 54 2.3.3 Các đối tượng ( Objects) RTOS: 54 2.3.4 Các đặc điêm RTOS 55 2.4 Hệ điều hành RTOS RTX 56 2.4.1 Sơ lược hệ điều hành RTOS RTX 56 2.4.2 Yêu cầu, chức 57 2.4.3 Lưu đồ thuật toán nhúng vi điều khiển máy tính 58 2.5 Thiết kế giao diện người dùng HMI 58 2.6 xây dựng chương trình cho vi điều khiển 63 CHƯƠNG CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM VÀ PHÁT TRIỂN 65 3.1 Các kết đạt 65 3.1.1 Hệ thống điều khiển 65 3.1.2 Text webcam 65 3.1.3 Xác định mục tiêu thông qua màu sắc 66 3.2 Đánh giá kết đạt 66 3.3 Định hướng phát triển đề tài 67 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 70 DANH MỤC HÌNH VẼ Bảng 1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển công nghệ Robot 11 Hình 1.2 Robot triển khai sử dụng công nghiêp 12 Hình1.3 Robot phát triển hệ thống máy vi điện tử ( MEMS) 13 Hình 1.4 Một số hệ thống Robot triển mạng nouron vào robot 13 Hình 1.5 Hệ thống robot triển khai thực tế 14 Hình 1.6 Tổng quan hệ thống Robot bám muc tiêu dựa sở xử lý ảnh 14 Hình 1.7 Các giai đoạn xử lý ảnh 15 Hình 1.8 Robot MMP-30 The Machine Lab 16 Hình 1.9 Robot sử dụng cơng nghệ in 3D 17 Hình 1.10 Các bước xử lý ảnh 19 Hình 1.11 Sơ đồ phân tích xử lý ảnh lưu đồ thông tin khối 22 Hình 1.12 Ảnh đen trắng ảnh màu 23 Hình 1.13 Các màu sở 24 Hình 1.14 Mơ hình màu RGB 25 Hình 1.15 Ảnh GIF 26 Hình 1.16 Ảnh dạng JPEG 27 Hình 1.17 Pixel p pixel lân cận p 28 Hình 1.18: Cơng cụ Lab View 30 Hình 1.19 Bảng giao diện( the front panel) 30 Hình 1.20 Thanh cơng cụ giao diện 31 Hình 1.21 Sơ đồ khối LabView 32 Hình 1.22 Một chương trình Lab View đơn giản 32 Hình 1.23 Các kiểu dây nối sơ đồ khối 33 Hình 1.24 Bảng Tools palette 33 Hình 1.25 Bảng điều khiển (controls palette) 34 Hình 1.26 Bảng Function 34 Hình1.27 Cấu trúc khối Vision Acquisition 35 Hình 1.28 Sử dụng IMAQ vision toolbox Vision Acquisition Express 36 Hình 1.29 RGB and Grayscale Image Acquisition 37 Hình 1.30 Biểu đồ ảnh xám 37 Hình 1.31 biểu đồ ảnh màu RGB 38 Hình 1.32 Sơ đồ khối lọc smoothing 38 Hình 1.33 Bộ lọc trung bình, a) Vision Express, b) Original Image, c) Sơ đồ khối, d) Hình ảnh làm mịn 39 Hình 1.34 Sơ đồ khối hệ thống nhận dạng mẫu 40 Hình 1.35: Sơ đồ hoạt động Camera thực tế 41 Hình 2.1 Tổng quan hệ thống Robot bám muc tiêu dựa sở xử lý ảnh 42 Hình 2.2: hệ thống khí Robot 43 Hình 2.3 loại Camera sử dụng đồ án 44 Hình 2.4 ARM STM32F4 46 Hình 2.5 Bộ kit STM32F429I-Discovery 47 Hình 2.6 Hình dạng thực bơ kit STM32F429I Discovery 48 Hình 2.7 Các chân tín hiệu modul điều khiển động dung IC L298 49 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý L298 50 Hình 2.9 Khối nguồn 3.3V 51 Hình 2.10 Kiến trúc hệ điều hành 52 Hình 2.11 Thời gian thực cứng thời gian thực mềm 53 Hình 2.12 Các đối tượng RTOS 54 Hình 2.13 Trạng thái phục vụ 55 Hình 2.14 Kiến trúc hệ điều hành RTX RTOS 56 Hình 2.15 Lưu đồ thuật toán vi điều khiển máy tính 58 Hìnhb 2.16 Vision Assistant 59 Hình 2.21 Thư viện Vision Development Module 60 Hình 2.18 Giao diện HMI 61 Hình 2.19: Bảng RECOGNIZE 61 Hình 2.20 Bảng thiết lập hoạt động 62 Hình 2.21 Ảnh biểu đồ hoạt động ảnh xám 62 Hình 2.22: Ảnh biểu đồ hoạt động ảnh màu 63 Hình 2.23 Bảng color location 63 Hình 3.1 Nhúng hệ điều hành cho kit STM32F429I DISCOVERY 65 Hình 3.2 Hình ảnh mục tiêu thu từ Webcame 65 Hình 3.3: Cửa sổ thiết lập nhận dạng mẫu 66 Hình 3.4 Sơ đồ khối nhận dạng màu Labview 66 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thầy, cô tận tụy giảng đường dạy cho em nhiều điều kiến thức kĩ năng, kiên nhẫn tìm tịi, đam mê học hỏi… không học tập mà sống Những tháng ngày học tập rèn luyện mái trường Đại Học Vinh thân yêu hành trang vào đời điều thầy cô dạy mà mang theo lĩnh tuổi trẻ mà ta có sau năm rèn luyện trường Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo K.S Đinh Văn Nam hướng dẫn tận tình, quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi mặt tinh thần, định hướng, kiến thức cho em thời gian qua, giúp đề tài hoàn thành tốt Em xin trân trọng cảm ơn thầy cô khoa Điện Tử Viên Thông, đơn vị liên quan trường Đại Học Vinh người tạo tảng,truyền đạt, hướng dẫn, trang bị cho em kiến thức quý báu góp phần to lớn trình nghiên cứu phát triển hồn thành đồ án Cuối em xin cảm ơn gia đình, thầy cơ, bạn bè động viên chia sẻ giúp đỡ nhiệt tình, đóng góp cho em ý kiến quan trọng Là người tạo động lực, tiếp thêm sức mạnh vơ hình cho em có ngày hơm Em nhận thấy, hạn chế mặt kinh nghiệm thực tiễn, khả thân, thời gian thực hiện, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, phương án chưa tốt, cần tranh luận góp ý để phát triển Vì vậy, em hy vọng nhận nhiều lời khuyên, định hướng, góp ý từ Thầy Cô Em xin chân thành cảm ơn! MỞ ĐẦU Hiện cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, gọn nhẹ, tiện lợi…) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị điều khiển giám sát có camera Nhận thức xu hướng chung, với ưu điểm mà camera mang lại, việc đầu tư vào lĩnh vực cần thiết, quan trọng nhà khoa học, doanh nghiệp, sách định hướng, quan tâm nhà nước Lĩnh vực vậy, để phát triển bền vững, vươn lên tầm cao mới, điều kiện tiên cần phải đôi xây dựng sở khoa học làm tảng, cập nhật, ứng dụng công nghệ đại, triển khai thành sản phẩm ứng dụng phù hợp nhu cầu thực tế Theo tinh thần tiêu chí trên, đề tài lựa chọn bước đáp ứng: xây dựng hệ thống phương trình động học, động lực học, thiết kế hệ thống chuyển động băng chuyền, nghiên cứu công nghệ xử lý ảnh, thiết kế, thi cơng hệ thống khí, mạch điều khiển, lập trình phần mềm cho hệ thơng Robot, chạy thử nghiệm, đánh giá định hướng để tốt hơn, đáp ứng thực tế tiêu chí khoa học Đề tài thực hiện: “Thiết kế hệ thống Robot bám mục tiêu sở xử lý ảnh” Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo K.S Đinh Văn Nam hướng dẫn tận tình, quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi mặt tinh thần, định hướng, kiến thức cho em thời gian qua, giúp đề tài hoàn thành tốt Em nhận thấy, hạn chế mặt kinh nghiệm thực tiễn, khả thân, thời gian thực hiện, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, phương án chưa tốt, cần tranh luận góp ý để phát triển Vì vậy, em hy vọng nhận nhiều lời khuyên, định hướng, góp ý từ Thầy Cô Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Thân TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án trình bày hệ thống Robot bám mục tiêu sở xử lý ảnh Nội dung đồ án nghiên cứu thiết kế hệ thống Robot nhận diện màu sắc bám theo màu sắc lập trình trước người lập trình Để thực đồ án phải nắm nguyên tắc hoạt động, cấu trúc, số kiến thức quan trọng Camera, Vi Điều Khiển ARM CORTEX M4, Modul điều khiển động sử dụng IC L298N, Các động chiều Ngoài kiến thức xử lí ảnh, cách sử dụng phần mềm Lab View Lập trình cho Vi Điều Khiển… yếu tố cốt lõi để Robot hoạt động theo ý muốn, ổn định Trên sở ta đưa lý thuyết ảnh, Xử lý ảnh, kiến thức liên quan để áp dụng vào đồ án, sau sâu vào phân tích sâu vào thiết kế cấu trúc hệ thống, chức nhiệm vụ thành phần hệ thống Thiết kế phần khí phần mềm cho hệ thống Robot bám mục tiêu sở xử lý ảnh PROJECT SUMMARY This project presented the Robot cling target system based on image processing Contents are research projects designed robot system can recognize colors and color can follow preprogrammed by a programmer To make the scheme we have to grasp the operating principle, structure, and some important knowledge about Camera, ARM CORTEX M4 microcontrollers, motor control modules using IC L298N, The DC motors Also the knowledge of image processing, using software Lab View and Programming for Microcontrollers… is the core element for Robot operation is desired, stable On that basis we made the image theory, image processing, and the relevant knowledge so that we can apply to the scheme, then go into deep analysis into the design of the system structure, functions and duties of the components in the system Designing mechanical components and software for robot grip system on the basis of the target image processing CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỂ TÀI 1.1.Giới thiệu đề tài 1.1.1 Lý chọn đề tài Nhận thức xu hướng tương lai lĩnh vực Robot, tâm điểm cách mạng lớn sau Internet, với ưu điểm mà Robot mang lại tạo cho thân em hấp dẫn thu hút muốn tự thân tìm hiểu nguyên tắc hoạt động, cấu chấp hành, thành phần tạo nên nó,… lý chủ yếu mà em chọn đề tài “Xây dựng hệ thống Robot bắn bóng bám mục tiêu dựa sở xử lý ảnh” Lý thứ hai Robot luồng xu hướng nghiên cứu nước ta giới, phát triển nhanh chónggiúp em có tảng kiến thức vững mặt lý thuyết thực tiễn để tiến sâu trình nghiên cứu phát triển Robot tương lai Lý lại nhận thấy phát triển ứng dụng rộng rãi thiết bị Camera vào đời sống sinh hoạt người, hoạt động máy móc cơng nghiệp chí lĩnh vực an ninh, quân thám hiểm vũ trụ 1.1.2 Mục đích chọn đề tài Mục đích đề tài xây dưng “hệ thống Robot bắn bóng bám mục tiêu di động sở xử lý ảnh” hiểu sở lý thuyết, nguyên tắc hoạt động, cách sử dụng phát triển,… Để từ có tảng sở để phát triển nghiên cứu hệ thống khác địi hỏi tính thực tiễn mặt đáp ứng khoa học kỹ thuật cao Tạo cho ta khản tự tìm tịi tiếp thu kiến thức mới, niềm đam mê nghiên cứu khoa học kỹ thuật để phát triển thân không kiến thức ta học được, mà cịn tinh thần ý chí nghị lực sống, kiên trì nhẫn nại thân 1.1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chung đồ án hệ thống phân Robot bám mục tiêu di động sở xử lý ảnh - Nghiên cứu tìm hiểu phần mềm LABVIEW để xử lý ảnh Xây dựng hệ thống điều khiển với điều khiển sử dụng ứng dụng phần mềm lập trình đồ họa LabView - Tìm hiểu chức nguyên lý hoạt động Camera - công nghệ xử lý ảnh, xây dựng ứng dụng thị giác máy tính - Nghiên cứu thiết kế cấu bắn bóng lấy bóng động - Nghiên cứu thiết kế mô hình Robot di chuyển động 1.1.4 Ý nghĩa đề tài Ý nghĩa đề tài gồm ý nghĩa mặt ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn  Ý nghĩa mặt khoa học: xây dựng hệ thống phương trình động học, động lực học, thiết kế hệ thống Robot, nghiên cứu công nghệ xử lý ảnh, thiết kế, thi cơng hệ thống khí, mạch điều khiển, lập trình phần mềm cho hệ thơng phân loại sản phẩm Đó sở cần thiết, quan trọng để tiếp tục phát triển hệ thống phức tạp hơn, đại  Ý nghĩa mặt thực tiễn: Đề tài phần đưa khung cho trình xây dựng phát triển hệ thống Robot Nó sở cho trình phát triển, ứng dụng sản phẩm thực tế Đã có vận dụng cơng nghệ đại: công nghệ xử lý ảnh thử nghiệm thuật tốn thơng minh Là tảng cho hệ thống phức tạp thông minh đại 1.2 Tổng quan hệ thống Robot bám mục tiêu 1.2.1 Giới thiệu chung hệ thống Robot  Đinh nghĩa: (hiện có nhiều định nghĩa Robot Và sau định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR Pháp) “Robot cấu chuyển động tự động lập trình, lặp lại chương trình, tổng hợp chương trình đặt trục tọa độ, có khả định vị, định hướng, di chuyển đối tượng vật chất: chi tiết, dao cụ, gá lắp… theo hành trình thay đổi chương trình hóa nhằm thực nhiệm vụ cơng nghệ khác nhau.”  Lịch sử đời phát triển robot Robot loại máy lập trình điều khiển tự động máy tính ( máy tính hiểu vi điều khiển máy tính PC) để thực di chuyển, cầm nắm vật, hoàn thành công việc tác động môi trường Thường robot sử dụng để thực công việc lặp lặp lại, công việc dễ gây nhàm chán, cho kết xác thực người Gần nửa kỷ tiếp theo, khái niệm Robot liên tục phát triển, đóng góp thêm nhiều nhà nghiên cứu, nhiều công ty chuyên lĩnh vực Robot Dưới bảng tóm tắt q trình lịch sử hình thành phát triển công nghệ chế tạo Robot, tác động khoa học xã hội thời kỳ 10 Giao diện HMI, chương trình xử lý ảnh tính tốn xây dựng môi trường Lapview 2014 sử dụng công cụ IMAQ vision toolbox, bao gồm phần sau: Hình 2.18 Giao diện HMI - Bảng RECOGNIZE: cho phép người dùng vận hành tạm dừng hệ thống camera, dộng Robot bảng cịn có chức nhận dạng màu vàng, đỏ, xanh chúng qua tọa độ thiết lập sẵn Hình 2.19: Bảng RECOGNIZE 61 - Bảng thiết lập hoạt động: cho phép người dùng thiết lập cổng com kết nối máy tính với vi điều khiển, thiết lập tần số hoạt động, bit liệu, thời gian hoạt động, số ảnh thu - -  Hình 2.20 Bảng thiết lập hoạt động COM I/O: thiết lập cổng giao tiếp tính vi điều khiển ARM cotext M4 STM32F429I   Baud rate: thiết lập tần số hoạt động Data bits: chế độ hiển thị liệu hình ảnh ta chọn hiển thị chế độ bits  Parity: trạng thái hoạt động  Date, time: ngày, tháng, thời gian vận hành hệ thống Ứng với hệ thống thời gian thực tế Hình ảnh biểu độ hoạt động ảnh xám: hiển thị hình ảnh thu từ webcam chế độ bít ảnh đen trắng biểu đồ hoạt động Hình 2.21 Ảnh biểu đồ hoạt động của ảnh xám Hình ảnh biểu độ hoạt động ảnh màu (histogram): hiển thị hình ảnh thực từ webcam biểu đồ hoạt động 62 Hình 2.22: Ảnh biểu đồ hoạt động của ảnh màu Các bảng color location (yellow): hiển thị giá trị gửi từ vi điều - khiển: vị trí, angle, scale, score sản phẩm có màu vàng qua Hình 2.23 Bảng color location 2.6 xây dựng chương trình cho vi điều khiển Được lập trình phần mềm Keil uVision4, Keil có hổ trợ biên dịch chương trình nạp chương trình xuống Vi điều khiển Dự án xây dựng có tên “MainCode”, gồm có phần chính: phần Source, phần Library  Phần Source có chứa file sau:  “MainRun.c”: chứa vịng chạy main hệ thống  “General.c”: chứa hàm định nghĩa định nghĩa chân I/O, cấu hình hệ thống ( cài đặt Clock cho tồn hệ thống, cho modun GPIO) “General.h”: phần khai báo biến toàn cục, hàm  “TransCeive.c”: chứa hàm cấu hình UART, hàm phục vụ đóng gói, truyền nhận liệu vi điều khiển máy tính qua chuẩn truyền 63 thơng RS232 “TransCeive.h”: chứa khai báo biến sử dụng, hàm tương ứng định nghĩa phần  “GenPWMs.c”: chứa hàm cấu hình, định nghĩa phục vụ tạo tín hiệu độ rộng xung PWM, cung cấp xuống Drivers điều khiển động “GenPWMs.h”: chứa khai báo biến sử dụng, hàm tương ứng định nghĩa phần  Phần Library: có chứa file thư viện hỗ trợ nhà cung cấp phần mềm, gồm có:  “gpio.c”, “gpio.h”: chứa định nghĩa chân I/O tương ứng với địa vật lý, biến tương ứng giá trị ghi, khai báo định nghĩa hàm xử lý liên quan đến I/O  “interrupt.c”, “interrupt.h”: chứa khai báo, định nghĩa hàm phục vụ xử lý vấn đề liên quan đến ngắt  “sysctl.c”, “sysctl.h”: khai báo, định nghĩa biến, hàm phục vụ xử lý liên quan đến xung Clock  “timer.c”, “timer.h”: khai báo, định nghĩa biến, hàm phục vụ xử lý liên quan đến Timer  “cpu.c”, “cpu.h”: khai báo, định nghĩa biến, hàm phục vụ xử lý liên quan đến CPU  “uart.c”, “uart.h”: khai báo, định nghĩa biến, hàm phục vụ xử lý liên quan đến UART  “pwm.c”, “pwm.h”: khai báo, định nghĩa biến, hàm phục vụ xử lý liên quan đến PWM 64 CHƯƠNG CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM VÀ PHÁT TRIỂN 3.1 Các kết đạt 3.1.1 Hệ thống điều khiển Hình 3.1 Nhúng hệ điều hành cho kit STM32F429I DISCOVERY 3.1.2 Text webcam Hình 3.2 Hình ảnh mục tiêu thu từ Webcame Khi mục tiêu xuất tọa độ , bảng RECOGNIZE , đèn led YELLOW chuyển màu vàng , đồng thời nút mục tiêu bật màu vàng Qua cho thấy hoạt động ổn định Webcame sử dụng 65 3.1.3 Xác định mục tiêu thông qua màu sắc Để phân xác định mục tiêu thông qua màu sắc, trước tiên ta cần nhận dạng mục tiêu cho hệ thống cách giao diện HMI nhấp chon window>>show block diagram Ở đây, sơ đồ khối giao diện HMI ra, ta nhấp vào vision assistant sau có cửa sổ để thiết lập nhận dạng mẫu hình Hình 3.3: Cửa sổ thiết lập nhận dạng mẫu Nhấp vào ô color location 1, 2, cửa sổ để thiết lập mẫu cần làm mục tiêu Hình 3.4 Sơ đồ khối nhận dạng màu Labview 3.2 Đánh giá kết đạt Đề tài xây dựng hệ thống Robot phân loại mục tiêu, đối tượng sở xử lý ảnh, từ việc xây dựng sở lý thuyết, việc xây dựng hệ thống xử lý ảnh sử dụng IMAQ vision toolbox LapVIEW, xây dựng hệ thống điều 66 khiển cho đối tượng, đến phần thực nghiệm, thiết kế, thi cơng khí, bo mạch điều khiển, lẫn chương trình phần mềm giao diện điều khiển HMI, hệ thống Robot bắn bóng bắn mục tiêu đối tượng có màu vàng, hoạt động phân loại tốt, ổn định điều kiện ánh sáng tốt webcam xử lý tốt mục tiêu đề tài hướng tới việc đưa công nghệ xử lý ảnh vào công nghiệp dựa hệ thống camera thông minh, đưa thuật tốn điều khiển thơng minh vào thử nghiệm ứng dụng, làm sở khoa học để phát triển nghiên cứu, đưa vào ứng dụng hệ thống bắn thực tế đặc biệt Quân sự, nhằm tiết kiệm sức lao động chi phí sản xuất Hạn chế hệ thống Robot phân loại mục tiêu theo màu, phân loại chậm, chưa ý nhiều đến phần nhận dạng tính tốn khác hình dạng, góc cạnh, lỡ … Tuy nhiều vấn đề cần nâng cấp, hệ thống em thu kết chấp nhận ổn định Các vần đề tồn khắc phục thời gian 3.3 Định hướng phát triển đề tài - Hoàn thiện xử lí ảnh với thuật tốn chất lượng cao : lọc Kalman…và kết hợp thuật tốn khác để tối ưu hóa đem lại hiệu cao chất lượng, kinh tế thời gian - Nghiên cứu giải pháp tăng tốc độ phân loại, cải tiến hệ thống nhận dạng, đo lường: nhận dạng hình dạng màu sắc, đặc điểm đặc trưng khác… với kết xác cao - Nghiên cứu ứng dụng thuật toán điều khiển ứng dụng vào thực tiễn đáp ứng nhu cầu khoa học cao - Nghiên cứu, chuyển giao công nghệ, phát triển thành phẩm ứng dụng công nghiệp đời sống 67 KẾT LUẬN Trong thời gian vừa qua, với định hướng hướng dẫn nhiệt tình mặt Thầy giáo K.S Đinh Văn Nam, em hoàn thành đề tài Đây qng thời gian học tập khơng kiến thức mà kĩ thực hành, kinh nghiệm làm việc… công việc thực tạo tảng sở trang bị cho em kiến thức cần thiết bổ ích sau em trường Lúc bắt tay làm đồ án lúc em nhận thấy bỡ ngỡ từ việc đặt mua linh kiện, đến phần chế tạo phần khí cho Robot, thiết kế mạch điều khiển … cơng việc địi hỏi khơng tính sáng tạo mà cịn đỏi hỏi kiên nhẫn tỉ mỉ khơng phần xác Sau giúp đỡ nhiệt tình giáo viên hướng dẫn khơng kiến thức mà kinh nghiệm làm việc phần giúp em có động lực để giải khó khăn để em tiếp tục hồn thành đồ án minh Đề tài đạt vấn đề sau: Thiết kế hệ thống điều khiển chuyển động ứng dụng thuật toán điều khiển thong qua điều khiển cấu động cơ, nghiên cứu công nghệ xử lý ảnh, thiết kế, thi công hệ thống khí, mạch điều khiển, lập trình phần mềm cho hệ thống phân loại sản phẩm, chạy thử nghiệm, đánh giá định hướng để tốt hơn, đáp ứng thực tế tiêu chí khoa học Tuy nhiên, em phải thừa nhận rằng, khơng thể có hồn hảo nhất, ln tồn khuyết điểm, hạn chế, thiếu sót xảy ra, phương án lựa chọn chưa tốt Do đó, góp ý tập thể, Thầy Cô giáo cần thiết Và hội để em có thêm kinh nghiệm, định hướng phát triển sau bảo vệ đề tài Cuối cùng, thêm lần nữa, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy giáo K.S Đinh Văn Nam tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Thân 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO STmicroelectronis, STM32F429I_Reference + manual, 2011 STmicroelectronis, STM32F429I-STMicroelectronics-datasheet, 2011 http://www.st.com http://www.arm.vn National Instruments LabVIEW home page [Online]http://www.ni.com/labview Kring, J Travis and J LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun 3rd Upper Saddle River : Prentice Hall PTR, 2006 Image Processing with LabVIEW and IMAQ Vision [Online]http://tailieu.vn/doc/image-processing-with-labview-and-imaq-vision1278529.html Giáo trình truyền động điện, P.GS.TS.Bùi Đình Tiếu 69 PHỤ LỤC Giao tiếp USART chip STM32 Bộ thu phát nối tiếp đồng không đồng (USART) cung cấp linh hoạt phương thức trao đổi liệu full-duplex với thiết bị bên ngồi theo chuẩn cơng nghiệp, định dạng liệu NRZ nối tiếp không đồng USART cung cấp phạm vi rộng tốc độ Baud sử dụng phát tốc độ Baud Nó hỡ trợ phương thức giao tiếp đồng phương thức giao tiếp half-duplex one-wire Nó hỡ trợ LIN (mạng liên kết nội bộ),SmartCard Protocol IrDA (kết nối liệu hồng ngoại) SIR ENDEC chi tiết kỹ thuật, hoạt động modem (CTS/RTS) Nó cho phép truyền thông đa xử lý Truyền liệu tốc độ cao cách sử dụng DMA cho cấu hình multibuffer Tính USART    Song công, truyền thông không đồng Định dạng chuẩn NRZ (Mark / Space) Hệ thống phận phát tốc độ baud  Thơng thường tốc độ Baud lập trình truyền nhận lên đến 4,5 Mbits/s      Chiều dài word liệu lập trình (8 bit) Cấu hình bit Stop - hỡ trợ cho bit Stop Phát xung clock ngõ để truyền đồng IrDA SIR Decoder Encoder Hỗ trợ cho 3/16 bit thời gian cho chế độ bình thường o Smartcard Emulation Capability  Giao diện thông minh hỗ trợ giao thức Smartcards không đồng   o o Như quy định tiêu chuẩn ISO 7816-3 0.5, 1.5: Stop Bits cho hoạt động Smartcard Truyền thơng dây Half-Duplex Cấu hình truyền thơng multibuffer cách sử dụng DMA (truy cập nhớ trực tiếp)  Buffering nhận / byte truyền SRAM dành riêng cách sử dụng tập trung DMA : - Riêng bit cho phép phát nhận - Các cờ phát chuyển liệu:  Bộ đệm nhận đầy 70    Bộ đệm phát trống  Các cờ kết thức việc truyền Điều khiển Parity: - Truyền bit chẵn lẻ - Kiểm tra tính chẵn lẻ byte liệu nhận Bốn cờ phát lỗi: - Lỗi tràn - Lỗi nhiễu - Lỗi khung - Lỗi parity  Mười nguồn ngắt với cờ:  Thay đổi CTS  Phát LIN ngừng  Thanh ghi truyền liệu trống  Truyền tải hoàn thành  Thanh ghi nhận liệu đầy  Rỗi đường nhận  Lỗi tràn  Lỗi khung  Lỗi nhiễu  Lỗi parity  Truyền thông đa xử lý - nhập vào chế độ tắt địa phù hợp không xuất  Đánh thức từ chế độ im lặng (phát đường dây rỗi phát địa mask)  Đánh thức hai chế độ thu: bit địa (MSB, bit), đường dây rỗi  Mô tả chức USART Giao tiếp kết nối bên với thiết bị khác ba chân Bất kỳ giao tiếp USART hai chiều địi hỏi phải có tối thiểu hai chân: Nhận liệu vào (RX) Truyền liệu (TX): RX: Tiếp nhận liệu ngõ vào liệu nối tiếp Kỹ thuật lấy mẫu sử dụng cho liệu thu hồi để chọn lọc liệu đến hợp lệ đến nhiễu TX: Truyền liệu ngõ Khi phát bị vơ hiệu hóa, chân ngõ trở cấu hình cổng I/O Khi phát kích hoạt khơng có truyền đi, TX pin mức cao Trong chế độ single-wire Smartcard, Các I/O sử 71 dụng để truyền nhận liệu (tại USART, liệu sau nhận SW_RX) Mơ tả ký tự USART Chiều dài Word lựa chọn bit cách lập trình bit M ghi USART_CR1 Các chân TX trạng thái thấp bit Start Nó trạng thái cao bit Stop Một Ký tự rỗi hiểu khung tồn sơ "1" sau bit Start – bit Start khung liệu - (Các số "1" bao gồm bit Stop) Một Ký tự ngừng hiểu việc tiếp nhận số "0 " thời gian khung liệu Vào cuối khung ngừng truyền chèn bit Stop (bit "1") để xác nhận bit Start Truyền nhận điều khiển phát tốc độ baud, xung clock cho mỗi tạo bit cho phép thiết lập tương ứng cho truyền phát nhận Hình pl Độ dài Word lập trình Transmitter Bộ phát gửi word liệu hay bit tùy thuộc vào trạng thái bit M Khi truyền tải bit cho phép (TE) thiết lập, liệu ghi dịch 72 truyền tải đưa chân TX xung đồng hồ tương ứng đưa chân SCLK Ký tự truyền Trong truyền USART, liệu dịch bit có ý nghĩa chân TX Trong chế độ này, ghi USART_DR bao gồm đệm (TDR) bus nội ghi truyền Mỗi ký tự ưu tiên bit Start có mức logic thấp chu kỳ bit Các ký tự kết thúc cấu hình bit Stop Lưu ý: - Các bit TE không nên reset trình truyền liệu Reset bit TE truyền dẫn bị hỏng liệu chân TX như đếm tốc độ baud Các liệu truyền bị - Một khung rỗi gửi sau bit TE kích hoạt Cấu hình bit Stop Số bit stop truyền với mỗi ký tự lập trình ghi điều khiển 2, bit 13,12  bit Stop  bit Stop modem : Đây giá trị mặc định số bit Stop : Hỗ trợ cho USART thông thường, chế độ single-wire  0.5 bit Stop : Được sử dụng nhận liệu chế độ SmartCard  1.5 bit Stop : Được sử dụng truyền liệu chế độ SmartCard 73 Hình pl Cấu hình bit Stop Các thủ tục phát USART: - Bật USART cách ghi bit UE ghi USART_CR1 lên - Lập trình bit M USART_CR1 để xác định độ dài từ - Lập trình số bit Stop ghi USART_CR2 “1” - Chọn DMA cho phép (DMAT) USART_CR3 đệm đa truyền thơng cịn trống Cấu hình ghi DMA giải thích giao tiếp multibuffer - Thiết lập bit TE USART_CR1 để gửi khung rỗi với lần truyền - Chọn tốc độ truyền mong muốn cách sử dụng ghi USART_BRR - Ghi liệu để gửi vào ghi USART_DR (điều xóa bit TXE) Lặp lại cho mỗi liệu truyền trường hợp có đệm Receiver Các USART nhận word liệu hay bit tùy thuộc vào bit M ghi USART_CR1 Phát bit Start 74 Trong USART, bit Start phát trình tự cụ thể mẫu cơng nhận Trình tự là: 1 X X 0X 0X X 0X Hình pl Phát bit Start Lưu ý: Nếu trình tự khơng hồn chỉnh, bit Start phát hủy bỏ nhận trả trạng thái rỗi (cờ không set) chờ cạnh xuống Nếu có bit mức (lấy mẫu bit thứ 3, lấy mẫu vào bit thứ 8, 10), bit Start xác nhận bit cờ nhiễu NE set Các bit Start xác nhận mẫu cuối mức (lấy mẫu bit thứ 8, 9, 10 bit) Ký tự tiếp nhận Trong nhận USART, liệu dịch bit có nghĩa qua chân RX Trong chế độ này, ghi USART_DR bao gồm đệm (RDR) bus nội ghi dịch nhận 75 ... chung hệ thống Robot 10 1.2.2 Hệ thống Robot bắn bóng bám mục tiêu di động sở xử lý ảnh 14 1.3 Tổng quan công nghệ xử lý ảnh hệ thống phân loại ảnh 15 1.3.1 Tổng quan hệ thống xử lý. .. số hệ thống Robot triển mạng nouron vào robot 13 1.2.2 Hệ thống Robot bắn bóng bám mục tiêu di động sở xử lý ảnh Hình 1.5 Hệ thống robot triển khai thực tế tổng quan hệ thống Robot bám mục tiêu. .. CHO HỆ THỐNG ROBOT 2.1 Thiết kế thi công hệ thống khí Từ tổng quan hệ thống Robot bám mục tiêu di động : Hình 2.1 Tổng quan hệ thống Robot bám muc tiêu dựa sở xử lý ảnh Tổng quan hệ thống Robot