CN104521417B - 一种智能割草机系统 - Google Patents
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Abstract
一种智能割草机系统，包括：放置于割草区域外围的支架，支架顶端设有图像采集装置，图像采集装置与上位机连接，上位机包括客户端、图像处理模块与处理器，图像处理模块连接客户端与处理器；处理器通过Zig Bee无线通信模块连接割草机；割草机包括单片机，单片机上设有GPS模块，单片机连接障碍物监测模块、光电编码器、驱动模块和电压转换模块；光电编码器安装在驱动模块内部的电机齿轮上；所述单片机连接无线通讯模块；割草机顶盖为矩形顶盖，割草机顶盖沿割草机直行方向划分为两部分：前部与后部；所述割草机顶盖前部为第一材质制成；割草机顶盖后部为第二材质制成；第一材质与第二材质为不同的材质。它不需要边界电子围栏，覆盖面全。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动控制领域，尤其涉及一种智能割草机系统。
背景技术
随着经济的发展，城市绿化进程的加快，人们环保意识的逐渐提高，草坪业也得到了迅猛的发展。每年对园林、运动场地、校园、机场等大型公共绿地进行修剪和维护都需要消耗大量的人力、物力和财力。而且由于传统割草机自动化程度低、污染大，会对从业人员身心、健康产生影响。因此，传统的割草机正被智能割草机取代，智能割草机日益成为时代发展的标志。
通过对智能割草机几十年的研究和积累,取得了一定的成果，研发了一系列的智能割草机器人，并且已有了相关的专利(专利号：CN201210232224.6)。然而，现在的智能割草机大多数性能相近，部分需要人工干预来绕开障碍物，即使能够自主绕开障碍物，但不能保证完全覆盖所有区域，剩余的未割草坪由人工修剪。而且现在的智能割草机使用前需要用电缆将草坪边界即边界电子围栏、静止障碍物以及割草机不能进入的区域围起来构造边界电子围栏，形成工作区域，智能割草机器人通过感应电缆中的电信号进行导航。而非电缆确定的障碍物通过超声波传感器检测并简单绕行，但不能保证工作区域的遍历。因此，对于修剪草坪而言，我们需要一种更加自主、效率更高的装置来提高效率，降低成本。
现有技术是在对宽阔、平滑草坪的基础上展开设计的。其中的分割区域是通过繁琐的铺设电缆构造边界电子围栏进行划分的。可见，对于拥有水池、花圃等场地的草坪需要进行大量的铺设，不仅浪费了大量的人力、物力和财力，而且限制了智能割草机的机动性。此外，对当前局部范围内割草情况的认知主要是通过割草机顶部自带的摄像装置和各种传感器的数据融合，这样不仅限制了割草机的认知范围，造成不可避免的重复性，而且造成了数据处理的复杂性，不易达到区域全覆盖的效果。最后，现有技术方案很难按照人为的思想(比如想要在一块区域割出“中国梦”的字样)割出相应的图形。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种智能割草机系统，该割草机系统不需要铺设边界电子围栏，同时可以实现自主绕开障碍物，实现割草区域的完全覆盖。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种智能割草机系统，包括：放置于割草区域外围的支架，所述支架顶端设有图像采集装置，所述图像采集装置与上位机连接，所述上位机包括客户端、图像处理模块与处理器，所述客户端为人机交互界面，所述图像处理模块连接客户端与处理器；所述处理器通过ZigBee无线通信模块连接割草机；所述割草机包括单片机，所述单片机上设有GPS模块，所述单片机连接障碍物监测模块、光电编码器、驱动模块和电压转换模块；所述光电编码器安装在驱动模块内部的电机齿轮上；所述单片机连接无线通讯模块；所述割草机顶盖为矩形顶盖，所述割草机顶盖沿割草机直行方向划分为两部分：前部与后部；所述割草机顶盖前部为第一材质制成；所述割草机顶盖后部为第二材质制成；所述第一材质与第二材质为不同的材质。
所述单片机为MC9S12XS128，所述单片机连接有晶振电路、复位电路以及电源。
所述驱动模块包括：电机以及电机驱动电路，所述电机驱动电路分别连接在电机的两个端子上。
所述电机的第一端子上的驱动电路包括：第一高速光电耦合器6n137，所述第一高速光电耦合器6n137的AN端通过电阻R3接电压转换模块输出端，所述第一高速光电耦合器6n137的VCC端接+12V电压源，所述第一高速光电耦合器6n137的GND端接地，所述第一高速光电耦合器6n137的GND端与VCC端之间接电容C4，所述第一高速光电耦合器6n137的VO端与VCC端接电阻R5，所述第一高速光电耦合器6n137的VO端通过电阻R1接第一驱动芯片BTS7960的IN端，所述第一驱动芯片BTS7960的INH端通过电阻R2接+12V电压源，所述第一驱动芯片BTS7960的SR端通过电阻R4接地，所述电阻R4并联连接电容C5，所述第一驱动芯片BTS7960的IS端通过电阻R6接地，所述第一驱动芯片BTS7960的OUT端与VS端之间正向连接二极管D2，所述第一驱动芯片BTS7960的VS端接+12V的电压源，所述第一驱动芯片BTS7960的OUT端连接电机的第一端子；所述电机的第二端子上的驱动电路包括：第二高速光电耦合器6n137，所述第二高速光电耦合器6n137的AN端通过电阻R10接电压转换模块输出端，所述第二高速光电耦合器6n137的VCC端接+12V电压源，所述第二高速光电耦合器6n137的GND端接地，所述第二高速光电耦合器6n137的GND端与VCC端之间接电容C18，所述第二高速光电耦合器6n137的VO端与VCC端接电阻R14，所述第二高速光电耦合器6n137的VO端通过电阻R7接第二驱动芯片BTS7960的IN端，所述第二驱动芯片BTS7960的INH端通过电阻R8接+12V电压源，所述第二驱动芯片BTS7960的SR端通过电阻R9接地，所述第二电阻R9并联连接电容C17，所述第二驱动芯片BTS7960的IS端通过电阻R11接地，所述第二驱动芯片BTS7960的OUT端与VS端之间正向连接二极管D2，所述第二驱动芯片BTS7960的VS端接+12V的电压源，所述第二驱动芯片BTS7960的OUT端连接电机的第二端子。
所述障碍检测模块包括：若干个触觉传感器与若干个超声波传感器；所述触觉传感器均匀的设置在割草机的外侧壁上；所述超声波传感器均匀的设置在割草机的外侧壁上；所述触觉传感器的输出信号连接单片机的中断信号端。
所述Zig Bee无线通信模块的驱动芯片为CC2530。
所述割草机还包括防倾倒模块，所述防倾倒模块包括：倾倒传感器，所述防倾倒传感器的VCC端接+5V电压源，所述传感器的接地端接地，所述传感器的输出端接放大器A1的反相输入端，所述放大器A1的正相输入端通过电阻R42接+5V电压源，所述放大器A1的正相输入端通过电阻R45接地，所述放大器A1的反相输入端通过电阻R44接地，所述放大器A1的输出端通过电阻R43接+5V电压源，所述放大器A1的电源端接电压源，所述放大器A1的接地端接地，所述放大器A1的输出端为防倾倒模块的输出端，所述防倾倒模块的输出端接单片机的中断引脚。
所述单片机与Zig Bee无线通信模块之间的连接有串口转USB接口，所述串口转USB接口的驱动芯片为PL2303。
所述第一材质表面上覆有第一涂层，所述第二材质表面上覆有第二涂层，所述第一涂层与第二涂层颜色不同。
本发明的有益效果为：
1、通过摄像机采集割草现场的图像信息并经过图像分析软件分析、处理，在电脑上位机上通过鼠标划定割草的区域或想要构造的图案，通过Zig Bee无线通讯发送给割草机的动作命令，指导割草机进行割草，从而达到经济、方便和区域全覆盖的效果。
2、省去了边界电子围栏的铺设，使整个割草过程快速高效；
3、割草机具有速度检测、防倾倒功能，使得割草机系统智能化更高，使用更加方便。
4、本发明可以按照物主需求在草坪上裁剪出任意文字或图案。
附图说明
图1本发明系统图；
图2本发明系统具体框图；
图3单片机最小系统图；
图4电压转换模块电路图；
图5电机驱动电路图；
图6 Zig Bee无线通讯电路图；
图7串口转USB电路图；
图8防倾倒模块电路图。
其中，1支架；2图像采集装置；3待割草区域边界线。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1与图2所示，一种智能割草机系统，包括：放置于割草区域外围的支架，所述支架顶端设有图像采集装置，所述图像采集装置与上位机连接，所述上位机包括客户端、图像处理模块与处理器，所述客户端为人机交互界面，所述图像处理模块连接客户端与处理器；所述处理器通过Zig Bee无线通信模块连接割草机；所述割草机包括单片机，所述单片机上设有GPS模块，所述单片机连接障碍物监测模块、光电编码器、驱动模块和电压转换模块；所述光电编码器安装在驱动模块内部的电机齿轮上；所述单片机连接无线通讯模块；所述割草机顶盖为矩形顶盖，所述割草机顶盖沿割草机直行方向划分为两部分：前部与后部；所述割草机顶盖前部为第一材质制成；所述割草机顶盖后部为第二材质制成；所述第一材质与第二材质为不同的材质。将割草机顶盖设置成不同的材质目的在于图像处理方便，本发明的图像处理为纹理识别处理。
本系统采用螺旋收缩式路径的移动方式。这种移动方式可以保证割草机能够自主的移动到割草区域内的每一块场地。
图像采集装置选用的是深圳迈德威视公司产的MV-U300工业相机，该相机是COMS彩色相机，分辨率为300万像素，传输速度快为480Mb/s，镜头接口为CS接口，曝光时间为0.0556—683ms，其拍摄出的图像清晰度可以达到所需要求。
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，主要由光栅盘和光电检测装置组成。光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转.经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
光电编码器实时测量出割草机的速度单片机根据光电编码测出的速度调节割草机的运行速度，从而维持割草机稳定的运行速度。
如图3所示，割草机的单片机为MC9S12XS128，所述单片机连接有晶振电路、复位电路以及电源。MC9S12XS128是智能割草机的“大脑”，XS128单片机是飞思卡尔公司推出的S12XS系列单片机中的一款增强型16位单片机。工作电压为5V，存储器具有128KB FLASH，2KB EEPROM，8KB RAM；16通道模数转换器，可选8位、10位和12位的精度；8位8通道或16位4通道的PWM；2个异步串行通讯SCI和2个同步串行设备接口SPI；CRG时钟和复位发生器：锁相环、看门狗、实时中断，增强型捕捉定时器。XS128单片机是具有低功耗，超快的运算速度、强大的功能、低廉的价格等优势，是智能割草机的首选。
振荡电路原理：振荡电路的两个30pF电容起并联谐振的作用，两个电容值的选取一般是相同的，如果相差太大，极易造成谐振不平衡，致使停振或者根本不起振。
复位电路原理：手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。在XS128单片机复位电路中100R电阻的作用是限制电流的大小，当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。
如图4所示，电压转换模块电路图，单片机的主控板上芯片、超声波等需要5V电压，而单片机的驱动板上6n137和Zig Bee等需要3.3V电压，因此需要电压转换。利用LM7805得到5V的稳压电源，Ams1117-3.3得到3.3V稳压电源。7805系列为3端正稳压电路,TO-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广，内含过流、过热和过载保护电路，带散热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。Ams1117-3.3是一个正向低压降稳压器，在1A电流下压降为1.2V，内部集成过热保护和限流电路，是电池供电和便携式计算机的最佳选择。
如图5所示，电机驱动电路，驱动模块包括：电机以及电机驱动电路，所述电机驱动电路分别连接在电机的两个端子上。电机的两个端子分别为第一端子与第二端子，所述电机的第一端子上的驱动电路包括：第一高速光电耦合器6n137，所述第一高速光电耦合器6n137的AN端通过电阻R3接电压转换模块输出端，所述第一高速光电耦合器6n137的VCC端接+12V电压源，所述第一高速光电耦合器6n137的GND端接地，所述第一高速光电耦合器6n137的GND端与VCC端之间接电容C4，所述第一高速光电耦合器6n137的VO端与VCC端接电阻R5，所述第一高速光电耦合器6n137的VO端通过电阻R1接第一驱动芯片BTS7960的IN端，所述第一驱动芯片BTS7960的INH端通过电阻R2接+12V电压源，所述第一驱动芯片BTS7960的SR端通过电阻R4接地，所述电阻R4并联连接电容C5，所述第一驱动芯片BTS7960的IS端通过电阻R6接地，所述第一驱动芯片BTS7960的OUT端与VS端之间正向连接二极管D2，所述第一驱动芯片BTS7960的VS端接+12V的电压源，所述第一驱动芯片BTS7960的OUT端连接电机的第一端子；所述电机的第二端子上的驱动电路包括：第二高速光电耦合器6n137，所述第二高速光电耦合器6n137的AN端通过电阻R10接电压转换模块输出端，所述第二高速光电耦合器6n137的VCC端接+12V电压源，所述第二高速光电耦合器6n137的GND端接地，所述第二高速光电耦合器6n137的GND端与VCC端之间接电容C18，所述第二高速光电耦合器6n137的VO端与VCC端接电阻R14，所述第二高速光电耦合器6n137的VO端通过电阻R7接第二驱动芯片BTS7960的IN端，所述第二驱动芯片BTS7960的INH端通过电阻R8接+12V电压源，所述第二驱动芯片BTS7960的SR端通过电阻R9接地，所述第二电阻R9并联连接电容C17，所述第二驱动芯片BTS7960的IS端通过电阻R11接地，所述第二驱动芯片BTS7960的OUT端与VS端之间正向连接二极管D2，所述第二驱动芯片BTS7960的VS端接+12V的电压源，所述第二驱动芯片BTS7960的OUT端连接电机的第二端子。
6n137是一款用于单通道的高速光耦合器，非常适合于XS128高频单片机。信号从脚CA和脚AN输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏置的光敏管光照后导通，经电流-电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端，当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时，输出高电平，但这个逻辑高是集电极开路的，可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。智能功率芯片BTS7960是应用于电机驱动的大电流半桥高集成芯片，它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动Ic，电流最高43A，其内阻很小，所以散热不是很厉害，非常适合于割草机长时间的工作。
6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。BTS7960是NovalithIC家族三个独立的芯片的一部分:一是p型通道的高电位场效应晶体管，二是一个n型通道的低电位场效应晶体管，结合一个驱动晶片,形成一个完全整合的高电流半桥,效率高、发热少。
所述障碍检测模块包括：若干个触觉传感器与若干个超声波传感器；所述触觉传感器均匀的设置在割草机的外侧壁上；所述超声波传感器均匀的设置在割草机的外侧壁上；所述触觉传感器的输出信号连接单片机的中断信号端。
接触传感器属于触觉传感器,一般成组使用,以阵列的形式设置于割草机外壁周围，割草机在车身上设置接触传感器组,当与物体发生碰撞时,用于发生中断信号，主控芯片收到消息之后，停止割草并且启动超声波。在本系统中,接触传感器均布于自动割草机器人的四周,用于碰撞检测。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。通过超声波的测距功能，可以检测控制障碍物与割草机的距离，从而围绕障碍物割草得到区域全覆盖的效果。
如图6所示，Zig Bee无线通信模块的驱动芯片为CC2530。
Zig Bee技术其实是基于IEEE802.15.4标准的功耗比较低的个域网协议，它是一种低功耗，低成本，短距离，低复杂度，低利率，高容量，安全性高，免执照频段的双向无线通信技术。对于我们割草机和上位机之间的通信，数据传输率不是很高，要抵抗外界的干扰，还需要组网，功耗要求较低，需要控制其成本，这些Zigbee技术都可以满足，所以说Zigbee技术很好的解决了割草机和上位机之间的通信，是其最佳的选择。
Zig Bee无线通讯系统中用到的芯片是CC2530，它集单片机、ADC、无线通信模块于一身，提高了通信的可靠性，支持最新的Zig Bee协议和其他的芯片比较性价比更高。其中AVDD1引脚到AVDD6引脚接的是2V到3.6V的电源，此处选用的是3.3V模拟电源；RESET_N为数字复位输入，低电位时该位复位；TXD和RXD分别为数据的发送和接收引脚；CC2530其内核为8051CPU单周期兼容内核，中断控制器控制18个中断源的响应，位于系统中心的内存仲裁器负责仲裁，因此系统效率大大提高。
如图7所示，单片机与无线通信模块之间的连接需要串口转USB电路，本发明选取USB转串口芯片PL2303，USB转串口主芯片PL2303提供USB和串口的桥转换，PL2303遵从USB1.1协议，支持到RS-232接口的转换，支持内部ROM和外部EEPROM配置器件并且内建USB收发器。RS232接口部分实现串口RS232电平与TTL电平的转换。
如图8所示，所述割草机还包括防倾倒模块，所述防倾倒模块包括：倾倒传感器，所述防倾倒传感器的VCC端接+5V电压源，所述传感器的接地端接地，所述传感器的输出端接放大器A1的反相输入端，所述放大器A1的正相输入端通过电阻R42接+5V电压源，所述放大器A1的正相输入端通过电阻R45接地，所述放大器A1的反相输入端通过电阻R44接地，所述放大器A1的输出端通过电阻R43接+5V电压源，所述放大器A1的电源端接电压源，所述放大器A1的接地端接地，所述放大器A1的输出端为防倾倒模块的输出端，所述防倾倒模块的输出端接单片机的中断引脚。
为了避免割草机突发事件意外倾倒上到人或周围的动物，因此设计了一个防倾倒传感器模块。倾角传感器的额定电压为5V，正常时输出3.7～4.5V电压，当倾角为65度左右时，改传感器输出电压为0.4～1.4V。整个模块正常时输出低电平，倾倒时输出高电平，输出端口直接与单片机一个外部中断引脚连接。通过中断使割草机电机停止运转，进入待机模式。
所述第一材质表面上覆有第一涂层，所述第二材质表面上覆有第二涂层，所述第一涂层与第二涂层颜色不同。
图像处理模块分为图像预处理模块与图像识别模块，图像识别模块分为纹理识别模块与颜色双特征识别模块。当割草机触碰到障碍物时，图像识别模块会对割草机触碰位置进行判断，例如割草机前部采用铁皮制成，后部采用铝皮制成，当前部碰到障碍物时，图像处理模块识别出触碰点与铁皮距离近，并将该处理结果传递给处理器，处理器由此做出判断：此时割草机需要后退，对割草机做出指示，割草机后退。反之亦然，当后部碰到障碍物时，图像处理模块识别出触碰点与铝皮距离近，并将该处理结果传递给处理器，处理器由此做出判断：此时割草机需要前进，对割草机做出指示，割草机前进。
基于上述过程，颜色识别的目的也是如此，例如割草机前部采用蓝色覆盖，后部采用红色覆盖，当前部碰到障碍物时，图像处理模块识别出触碰点与蓝色距离近，并将该处理结果传递给处理器，处理器由此做出判断：此时割草机需要后退，对割草机做出指示，割草机后退。反之亦然，当后部碰到障碍物时，图像处理模块识别出触碰点与红色距离近，并将该处理结果传递给处理器，处理器由此做出判断：此时割草机需要前进，对割草机做出指示，割草机前进。
根据区域特征，提出了颜色和纹理的双特征检测识别方法。RGB图像可以用来表示彩色图像。它的三原色为红(R)、绿(G)、蓝(B)，用这三原色的组合实现对每个像素的颜色的表示。在24位真彩色位图(BMP)中，R、G、B的取值范围为0～255。通过大量实验，白天采集到的小车顶盖红、蓝的三通道颜色范围如表2.1所示。RGB图像每一个像素的颜色值直接存放在图像矩阵中，由于每一像素的颜色需由R、G、B三个分量来表示，割草机做成矩形外型，并用红色和蓝色的平均覆盖。并为了区域全覆盖，防止割草有所遗漏，割草机还有一部分需要进行重复割草，因此除了红蓝之外还要在割草机边上加一部分白色。红、蓝、白部分分别用用铁皮、铝皮和铜皮覆盖。由于场地光照条件的不稳定，RGB各值会有所变化。因此，在识别割草机外形的时候，通过在不同光照条件下，做大量实验获得红色和蓝色的最大最小取值范围，即获得RGB阈值。只要在阈值范围内，即可判定颜色，从而识别割草机整个外形。一旦超过了RGB阈值的范围，就可启动纹理检测。把纹理基元的轮廓线编码作为纹理特征，通过编码来区别不同物体。在此基础上，使用统计方法进行识别。假定一幅纹理图像中有n个纹理基元，其中第k个纹理基元的轮廓线可以用编码的形式表述为Tk＝P1*P2*P3*...Pm，则整个图像可以表示为T＝T1T2T3...Tm。其中Pi是特征编码字符串，对应一段具有某种特定形状的曲线，这些具有特定性状的曲线在多个纹理基元中重复出现；*表示一个或多个编码字符串，对应不同曲线之间的连接线段。这样整个纹理图像可以看做是若干个字符串Pi的重复组合，纹理基元的
轮廓线特征通过Pi表现出来，这些重复出现的字符串构成了图像特征；其次，这些特征字串在整个图像编码字符串里的重复频率对应着图像中纹理基元的数量信息，从而间接表示纹理基元的尺度特征。因此，纹理识别问题就转化为在给定样本的情况下，如何自动提取纹理中的特征字符串，并依据特征字符串的重负频率对纹理进行识别的问题。
整个识别过程有5步组成：
第一步：简化的夹角链码编码方法对纹理基元的轮廓线进行编码。
首先，把每个线段的两个端点限定在8邻域方向上，因此夹角的大小相应的被限制为45度、90度、135度、180度、225度、270度、315度共七个夹角。考虑到编码过程中还需要判断曲线的起点，用数字1到7作为这七个夹角的对应编码。最后，用数字0表示曲线的起点，用数字9表示曲线的终点，就可以得到曲线所对应的编码字符串。
第二步：应用MDL准则提取纹理中的特征编码。
通过编码可以得到纹理的链码字符串。这样，纹理特征的提取就转化为在这个字符串中寻找基本字符串单元。在这里，使用COMPRESSIVE的贪心算法，首先构造出编码字符串对应的后缀字符数组，接着计算后缀字符数组对应的LCP表。其中LCP(i,j)表示后缀数组中第i项和第j项之间最长的公共前缀长度。以N＝Abs(i-j)+1表示这个公共字串在当前编码字符串中出现的次数，则编码字符串见少的描述长度为：
D＝N*(LCP(i,j)-1)-(LCP(i,j)+1)＝LCP(i,j)*N-(LCP(i,j)+N+1)
第三步：计算特征编码重复频率。
使用字符串接近匹配的方法解决。在计算时，认为所有与特征编码的编辑距离小于等于3且个编码的差异都小于2的字符串都与特征编码近似匹配，从而得到近似匹配条件下的特征编码字符串的频率。这种做法，类似于把特征编码字符串看作模式，把整个纹理图像的编码看作文本，在文本中寻找与模式近似匹配的所有字符串。使用DP算法，在算法中通过限制匹配位置距离大于模式长度来保证一个字符串最多只能被匹配一次。
第四步：应用贝叶斯分类法进行识别。
设X是类标号未知的数据样本，每个样本用一个n维特征向量X＝{x1,x2,x3,...xm}表示，假定共有m个类别，样本X属于类C，当且仅当P(X/Ci)≥P(X/Cj)，1≤j≤m，j≠i,从而得到了一个比较理想的值。只要在RGB阈值或纹理概率范围内，即可识别割草机整个外形。
表2.1白天红蓝RGB取值范围
根据对颜色和纹理的识别，确定割草机的方向，再发送相应的控制命令，让割草机向后或转弯，进行螺旋式收缩方式进行割草。
上位机的软件运行环境为VS2010和OpenCv。
结合VS2010和OpenCv开发上位机平台来用鼠标划定割草区域或想要构造的图案。割草机系统使用时，将割草机放置在需要工作的草坪之上，将PC机和摄像机架设在草坪附近。首先，打开PC机并连接好摄像机，摄像机实时采集现场图像信息并且显示在上位机平台中，用鼠标在VS2010和OpenCv开发的上位机平台上划分出需要工作的区域或想要构造的图形。再打开割草机电源，一旦Zig Bee配对成功之后，系统就开始自动的工作。上位机图像处理软件对现场采集的图像信息进行分析、处理，通过纹理和颜色双特征识别的方式对割草机进行定位与导航，指导割草机进行螺旋收缩的方式进行割草。一旦割草机撞到石块、铁块等障碍物时，就会启动超声波检测模块，从而控制割草机与障碍物保持2cm距离进行遍历的割草。当割草机割完整个区域之后，上位机处理软件检测到所需工作区域全覆盖之后，通过Zig Bee发送给割草机停止信号，至此，割草任务完成。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种智能割草机系统，其特征是，包括：放置于割草区域外围的支架，所述支架顶端设有图像采集装置，所述图像采集装置与上位机连接，所述上位机包括客户端、图像处理模块与处理器，所述客户端为人机交互界面，所述图像处理模块连接客户端与处理器；所述处理器通过Zig Bee无线通信模块连接割草机；所述割草机包括单片机，所述单片机上设有GPS模块，所述单片机连接障碍物监测模块、光电编码器、驱动模块和电压转换模块；所述光电编码器安装在驱动模块内部的电机齿轮上；所述单片机连接无线通讯模块；所述割草机顶盖为矩形顶盖，所述割草机顶盖沿割草机直行方向划分为两部分：前部与后部；所述割草机顶盖前部为第一材质制成；所述割草机顶盖后部为第二材质制成；所述第一材质与第二材质为不同的材质。
2.如权利要求1所述的一种智能割草机系统，其特征是，所述单片机为MC9S12XS128，所述单片机连接有晶振电路、复位电路以及电源。
3.如权利要求1或2所述的一种智能割草机系统，其特征是，所述驱动模块包括：电机以及电机驱动电路，所述电机驱动电路分别连接在电机的两个端子上。
4.如权利要求3所述的一种智能割草机系统，其特征是，所述电机的两个端子分别为第一端子与第二端子；所述电机的第一端子上的驱动电路包括：第一高速光电耦合器6n137，所述第一高速光电耦合器6n137的AN端通过电阻R3接电压转换模块输出端，所述第一高速光电耦合器6n137的VCC端接+12V电压源，所述第一高速光电耦合器6n137的GND端接地，所述第一高速光电耦合器6n137的GND端与VCC端之间接电容C4，所述第一高速光电耦合器6n137的VO端与VCC端接电阻R5，所述第一高速光电耦合器6n137的VO端通过电阻R1接第一驱动芯片BTS7960的IN端，所述第一驱动芯片BTS7960的INH端通过电阻R2接+12V电压源，所述第一驱动芯片BTS7960的SR端通过电阻R4接地，所述电阻R4并联连接电容C5，所述第一驱动芯片BTS7960的IS端通过电阻R6接地，所述第一驱动芯片BTS7960的OUT端与VS端之间正向连接二极管D2，所述第一驱动芯片BTS7960的VS端接+12V的电压源，所述第一驱动芯片BTS7960的OUT端连接电机的第一端子；所述电机的第二端子上的驱动电路包括：第二高速光电耦合器6n137，所述第二高速光电耦合器6n137的AN端通过电阻R10接电压转换模块输出端，所述第二高速光电耦合器6n137的VCC端接+12V电压源，所述第二高速光电耦合器6n137的GND端接地，所述第二高速光电耦合器6n137的GND端与VCC端之间接电容C18，所述第二高速光电耦合器6n137的VO端与VCC端接电阻R14，所述第二高速光电耦合器6n137的VO端通过电阻R7接第二驱动芯片BTS7960的IN端，所述第二驱动芯片BTS7960的INH端通过电阻R8接+12V电压源，所述第二驱动芯片BTS7960的SR端通过电阻R9接地，所述电阻R9并联连接电容C17，所述第二驱动芯片BTS7960的IS端通过电阻R11接地，所述第二驱动芯片BTS7960的OUT端与VS端之间正向连接二极管D2，所述第二驱动芯片BTS7960的VS端接+12V的电压源，所述第二驱动芯片BTS7960的OUT端连接电机的第二端子。
5.如权利要求1所述的一种智能割草机系统，其特征是，所述障碍物监测模块包括：若干个触觉传感器与若干个超声波传感器；所述触觉传感器均匀的设置在割草机的外侧壁上；所述超声波传感器均匀的设置在割草机的外侧壁上；所述触觉传感器的输出信号连接单片机的中断信号端。
6.如权利要求1所述的一种智能割草机系统，其特征是，所述Zig Bee无线通信模块的驱动芯片为CC2530。
7.如权利要求1所述的一种智能割草机系统，其特征是，所述割草机还包括防倾倒模块，所述防倾倒模块包括：倾倒传感器，所述倾倒传感器的VCC端接+5V电压源，所述倾倒传感器的接地端接地，所述倾倒传感器的输出端接放大器A1的反相输入端，所述放大器A1的正相输入端通过电阻R42接+5V电压源，所述放大器A1的正相输入端通过电阻R45接地，所述放大器A1的反相输入端通过电阻R44接地，所述放大器A1的输出端通过电阻R43接+5V电压源，所述放大器A1的电源端接电压源，所述放大器A1的接地端接地，所述放大器A1的输出端为防倾倒模块的输出端，所述防倾倒模块的输出端接单片机的中断引脚。
8.如权利要求1所述的一种智能割草机系统，其特征是，所述单片机与Zig Bee无线通信模块之间的连接有串口转USB接口，所述串口转USB接口的驱动芯片为PL2303。
9.如权利要求1所述的一种智能割草机系统，其特征是，所述第一材质表面上覆有第一涂层，所述第二材质表面上覆有第二涂层，所述第一涂层与第二涂层颜色不同。
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| CN105123090A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-12-09 | 张萍 | 一种基于物联网的多功能智能割草机 |
| CN106717462B (zh) * | 2015-11-19 | 2020-07-14 | 苏州宝时得电动工具有限公司 | 智能割草机及其工作方法 |
| CN105723916B (zh) * | 2016-01-26 | 2017-09-19 | 北京林业大学 | 一种智能草坪艺术修整机 |
| CN105612909B (zh) * | 2016-02-23 | 2019-02-05 | 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 | 基于视觉和多传感器融合的智能割草机器人控制系统 |
| CN105871195A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-08-17 | 国网山东省电力公司电力科学研究院 | 一种功率转换器驱动电路、方法及电动汽车充电桩 |
| US11172607B2 (en) | 2016-06-30 | 2021-11-16 | Tti (Macao Commercial Offshore) Limited | Autonomous lawn mower and a system for navigating thereof |
| US11172608B2 (en) | 2016-06-30 | 2021-11-16 | Tti (Macao Commercial Offshore) Limited | Autonomous lawn mower and a system for navigating thereof |
| CN109874487B (zh) | 2016-06-30 | 2022-11-04 | 创科（澳门离岸商业服务）有限公司 | 一种自主式割草机及其导航系统 |
| CN106325271A (zh) * | 2016-08-19 | 2017-01-11 | 深圳市银星智能科技股份有限公司 | 智能割草装置及智能割草装置定位方法 |
| CN106489412B (zh) * | 2016-09-23 | 2019-12-31 | 珠海巧力林业机械科技有限公司 | 一种割灌机半自动遥控系统与方法 |
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| CN109901594A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-06-18 | 清华大学深圳研究生院 | 一种除草机器人的定位方法及系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201054889Y (zh) * | 2007-01-25 | 2008-05-07 | 上海罗宝信息技术有限公司 | 一种远程网络太阳能自动割草机装置 |
| CN101281644A (zh) * | 2007-03-08 | 2008-10-08 | 霍尼韦尔国际公司 | 基于视觉的导航和制导系统 |
| CN102541058A (zh) * | 2010-11-10 | 2012-07-04 | 迪尔公司 | 车辆导引系统 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201054889Y (zh) * | 2007-01-25 | 2008-05-07 | 上海罗宝信息技术有限公司 | 一种远程网络太阳能自动割草机装置 |
| CN101281644A (zh) * | 2007-03-08 | 2008-10-08 | 霍尼韦尔国际公司 | 基于视觉的导航和制导系统 |
| CN102541058A (zh) * | 2010-11-10 | 2012-07-04 | 迪尔公司 | 车辆导引系统 |
| CN204362577U (zh) * | 2014-12-17 | 2015-06-03 | 济南大学 | 一种智能割草机系统 |
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