高空智能图像采集仪论文

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1、参赛队号：梦翔队项目中文名：高空智能图像采集仪项目英文名：High-altitudeIntelligentImageAcquisitionInstrument摘要高空智能图像采集仪是一套用于在高空采集图像，通过无线数据传输模块将图像数据传回地面控制站并显示在PC机上的一个系统。现在的航拍设备很多，但是能达到稳定性高，操作简单而且价格便宜的不是很多。该系统则是利用廉价的设备加上PID控制算法，以及四轴飞行器的灵活性和稳定性等特点研究出一套可以方便操作，清晰摄像，但是价格便宜的设备。本系统使用TMS320F2812的DSP作

2、为飞行器的主控制芯片，使用OV7670作为图像传感器用于采集图像，使用陀螺仪和加速度传感器构成惯性导航系统来控制飞行器的飞行状态，使用NRF24L01作为无线数据传输的设备，使用舵机控制摄像头的方向，使用红外测距模块实现智能避障。在地面控制端使用STC89C52单片机作为NRF24L01模块与PC的数据转接，实现飞行器与PC机的通信。关键词：四轴飞行器，DSP2812，OV7670摄像头，PID算法，图像压缩。Abstract//需要加英文注释//需要加英文注释(一)系统方案：本系统使用TMS320F2812的DSP作为

3、飞行器的主控制芯片及图像采集芯片，使用OV7670作为图像传感器用于采集图像，使用陀螺仪来控制飞行器的飞行状态，维持飞行器的稳定，应用加速度传感器构成惯性导航系统，使用NRF24L01作为无线数据传输的设备，使用舵机控制摄像头的方向，使用红外测距模块实现智能避障。在地面控制端使用STC89C52单片机作为NRF24L01模块与PC的数据转接，实现飞行器与PC机的通信。在PC机上在VS环境下用C#语言编写一个用于显示图像和控制飞行器飞行的软件，构成良好的人机界面。飞行器的控制使用PID控制算法，图像采集到之后直接保存在图像

4、暂存区中，如果接受到拍照信号则通过NRF24L01将图像数据传回PC机。在地面控制端，如果有控制信号输入PC机，则控制信号通过51单片机转接后用24L01传送给DSP以控制dsp执行相关的操作。（二）功能与指标：本系统的功能就是在PC机上选定一个三维立体坐标，然后发送飞行指令，飞行器可以自动躲避遇到的障碍物到达指定的目的地。也可以在人为的控制下到达一个地点之后，采集图像，或别的操作。主要的任务就是可以以较高的精度到达指定的地点，飞行时要稳定，采集到的图像数据要相对清晰，传回来的数据要保证一定的准确度。在PC机上图像数据要

5、能正常显示，控制要能正常完成。（三）系统的实现：<一>飞行器的控制。飞行器的控制使用DSP2812芯片，用到的相关器件有ENC03-MB(陀螺仪)，MMA7260(三轴加速度传感器)，TLC1543（ADC模数转换芯片），无刷电调（用I2C协议驱动）。（1）dsp2812简介：TMS320F2812数字信号处理器是TI公司最新推出的32位定点DSP控制器，是目前控制器领域最先进的处理器之一。其频率高达150MHz，大大提高了控制系统的控制精度和芯片的处理能力。TMS320F2812芯片基于C/C++高效32位TMS320

6、F28XDSP内核，并提供浮点数学函数库，从而可以在定点处理器上方便的实现浮点运算。在高精度伺服控制、可变频电源、UPS电源等领域广泛的应用，同时是电机等数字化控制产品升级的最佳选择。TMS320F2812DSP集成了128KB的内存，可用于开发及岁现场软件升级时的简单再编程。优化过的时间管理器包括脉冲宽度调制（PWM）产生器、可编程通用计时器，以及捕捉译码器接口等；该器件还包括12位模数转换器（ADC），吞吐量每秒可达16.7MB的采样，其双彩样装置可实现控制环路的同步采样。片上标准通信端口可为主机、测试设备、显示器机

7、其他组件提供简单的通信端口。基于以上优势以及其他的原因，本系统的控制芯片采用此控制芯片。（2）控制功能的实现过程：四轴飞行器的控制原理主要还是空气力学。四个旋翼的旋转产生飞行器的升力，只要控制升力的大小以及四个旋翼的转速之间的关系，就可以控制飞行器上升、下降、飞行以及静止悬浮在空中。飞行器的旋翼旋转情况如下：相对的两个螺旋桨叶旋转方向相同，相邻的两个螺旋桨叶旋转方向相反。如图1所示：图1这样可以是每个螺旋桨旋翼旋转产生的扭力相互抵消，防止飞行器自旋。通过陀螺仪可以检测到飞行器是否有倾斜或自旋现象发生。陀螺仪是一种角速度传

8、感器，通过角速度传感器可以测量到当前的飞行器整个机身在X，Y，Z（系统的坐标系如图2所示）轴三个方向的角速度。图2对三个方向的角速度进行积分便可以得到飞行器在三个轴方向的旋转角度，将得到的数据反馈回控制器，控制器根据得到的信息调整四个桨的转速来调整机身，使其重新回到我们想要的状态。对于机身稳定的控制方法如下：如果机身