基于STM32的双摄像头图像采集自主避障机器鱼设计

基于STM32的双摄像头图像采集自主避障机器鱼设计

作者：杨旭琼贾雪蕾邓彦松

来源：《电子世界》2013年第04期

【摘要】介绍了一种以STM32F103ZET6芯片作为CPU，使用红外测距传感器作为对前方路径信息采集，完成自主壁障，同时采用双摄像头采集鱼体周围的图像信息，将信息存储以待使用。该方案一方面有利于机器鱼向着智能化的方向发展，另一方面也是自主壁障机器鱼在信息采集中的实际应用。

【关键词】STM32F103ZET6；机器鱼；双摄像头；自主避障；红外测距

作为一种新的智能机器，机器鱼具有机动性、高效性、低噪性等优点，随着它的问世和近几年的不断发展，机器鱼已经运用到了很多领域，如水域质量检测，海洋资源探测和水下地形勘探等。目前机器鱼类型主要有遥控机器鱼，语音机器鱼及自主避障机器鱼等。这里提出一种基于红外的自主避障机器鱼进行图像采集的方案[2]。

1.系统硬件设计

整个系统由四个部分组成，分别是双摄像头组成的图像采集模块、由STM32微控制器组成的CPU模块、彩色液晶显示模块、机器鱼硬件平台模块、红外测距避障模块。硬件构成框图如图1所示。

工作流程是：首先通过红外传感器传回障碍物距离的模拟电压信息，通过AD芯片转换后传送给CPU进行判断，根据障碍物距离由CPU发出指令，控制机器鱼硬件平台做出动作，与此同时双摄像头将采集到的图像信息存储在存储器中，并且机器鱼的相关数据显示在显示屏上（如速度、方向等）。

1.1 双摄像头模块

1.2 主控器模块

1.3 机器鱼硬件平台模块

机器鱼舵机组是由三个舵机构成，以鱼体波函数为核心算法的智能机器，在舵机的配合运作下完成相应动作，进而来实现仿生机器鱼的游动。其中，单片机通过所执行的程序计算出各个关节的转动角度，以此产生十五位的不同占空比的PWM波，控制舵机旋转，继而控制“鱼体”摆动[5]。

1.4 红外测距避障模块及AD芯片

1.5 电源模块

2.系统软件设计

芯片通过AD管脚对红外传感器的发射模块传送命令。通过返回光强产生相应的模拟电压，经过A／D转换器后变成十位的二进制数据量，通过算法计算出到障碍物的距离。芯片判断计算出的距离与预设值的逻辑关系，根据结果判断是否执行相应的程序进行躲避障碍物的动作。而双摄像头分别采集机器鱼前后视觉状况，经处理后返回给观察人员，以便了解鱼体周围环境状况。具体流程框图如图5所示。

2.2 摄像头模块

摄像头属于字符类设备，所以能够像字节流一样被程序访问，而且只能够按顺序读写[2]。同时，双摄像头在多功能机器鱼（如：潜水类机器鱼）中，可以选择其他安装方式

（如：一上一下），以便对鱼体的环境状况进行更多视角的观察。

3.结束语

本文介绍了借助双摄像头采集图像信息，利用红外测距实现机器鱼智能避障的新方法。其中通过双摄像使得采集的图像数据更为全面，为后续自主视觉的发展提供了一定的帮助。最后，相信随着科研的进步，机器鱼的研究与设计会更加智能化，并给人类在海洋发展等方面提供更多的资源。

参考文献

[1]楼永坚,曹向群.CMOS图像传感器的性能及应用发展[J].杭州电子工业学院学报,2003(02).

[2]黄福勇,向伟,杨洋.基于ARM自主避障机器鱼设计[J].电子元器件应用,2012(07).

[3]万少云,向强.基于TMS320F2812的自主视觉机器鱼控制系统设计[J].西南民族大学学报自然科学版,2011(37).

[4]桑海泉,王硕,谭民,张志刚.基于红外传感器的仿生机器鱼自主避障控制[J].系统仿真学

报,2005(6).

[5]丁俐,余瑾,吴垠,王伟东.基于PIC单片机的仿生机器鱼的舵机控制[J].微计算机信息(嵌入式与SOC),2010(26).

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