臺灣博碩士論文加值系統

本文旨在於發展一套嵌入式視覺邊界顏色判別系統，並將之整合於電動割草機上。主要的核心分別為Beaglebone Black嵌入式系統和dsPIC30F4011數位信號處理器，嵌入式系統結合影像辨識技術，利用色彩空間轉換、直方圖強化及顏色篩選等步驟，來判別割草邊界之紅色圍籬線，並結合螺旋式牛耕田路徑演算法，將直流馬達控制命令透過UART通訊協定傳送至數位信號處理器，並在車輪及割草驅動系統採用反終結(anti-windup)積分比例控制策略作扭力控制，提升系統性能及消除變動負載干擾，防止馬達過載。

The purpose of this thesis is to develop a real-time embedded vision system which integrates into electrical lawn mower to decide the boundary color. The main core includes a Beaglebone Black embedded system and a dsPIC30F4011 digital signal processor. Image recognition techniques such as color space transformation, histogram equalization and color classification are used to detect the red mowing boundary line in the embedded system. The system also programs the spiral boustrophedon path algorithm to control the mower’s directions by sending DC motor control commands to the digital signal processor through the UART protocol. On the mower control, an anti-windup IP control is adapted for torque control to boost system efficiency and lower the disturbance of loading variations to prevent motor overloading.

中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 文獻回顧 2
1.3 論文架構 4
第二章 系統架構 5
2.1 割草機整體系統架構 5
2.1.1路徑規劃演算法 6
2.2 dsPIC30F4011微控器 8
2.3 Beaglebone Black嵌入式系統 10
2.4 串列通訊控制UART 12
2.4.1 UART(通用非同步收發傳輸器) 12
2.4.2 UART模組相關暫存器 13
2.4.3 資料的傳送單位 14
2.4.4 資料的封包格式 14
第三章 影像處理技術探討 16
3.1 長條圖強化 17
3.2 顏色篩選 19
3.2.1 正規化RGB(Normalized RGB)彩色空間 19
3.2.2 HSV彩色空間 20
3.3 雜點濾除 23
3.3.1 侵蝕 24
3.3.2 中間值濾波 25
3.3.3 膨脹 25
3.4 連接元區域標定 26
3.5 影像顏色位置判別 27
第四章 直流馬達硬體電路與控制器設計 29
4.1 直流馬達之特性 29
4.1.1 直流馬達模型 29
4.1.2 馬達等效電路 33
4.2 馬達硬體驅動架構 34
4.2.1 DC BUS電路 35
4.2.2 電流感測電路 36
4.2.3 PWM(脈波寬度調變)原理 37
4.2.4 半橋式驅動器原理分析 39
4.2.5 全橋式驅動器原理分析 41
4.3 馬達扭力控制器設計 47
4.3.1 直流馬達電氣特性分析 49
4.3.2 反終結控制策略 51
4.2.3 反終結積分比例控制技術 51
第五章 實作結果 57
5.1 整體電動割草機之架構 57
5.2 整合之實體電路 58
5.3 影像處理演算法及UART通訊的實驗結果 60
5.3.1 割草邊界顏色篩選 60
5.3.2 可能邊界區域判別 62
5.3.3 UART控制命令格式 62
5.4 直流馬達電流迴路實驗 64
5.4 電動割草機邊界判別實驗結果 65
第六章 結論與建議 67
6.1 結論 67
6.2 建議事項 67
參考文獻 69

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