一种机器视觉与教学实践控制装置

1.本实用新型主要涉及机电控制产品领域，具体是一种机器视觉与教学实践控制装置。


背景技术：

2.目前，如《自动控制原理》、《电机拖动基础》等机电专业基础课程理论完善，但对应的实验设施，一部分如三自由度无人机系统，复杂昂贵，设施底层封装过于严密、不宜进行底层机械电路结构的研究学习，同时导致一旦实验中出现硬件层面错误不容易排查，学生无法从中充分应用已学知识；而另一部分如直流电机系统，系统过于简单，实验学习过程中需要大量的时间进行电路搭建和电路的排错，系统的稳定性差，容易出错，实验成功率低，很容易给初学者带来巨大的精神压力。
3.同时，大部分实验设施占用空间大，不宜搬运转移，随着学习机械控制相关专业的学生数量的增加，间接导致实验室资源紧张、无法充分满足学生实验需求。
4.因此，对于机电专业学生专业，其实践能力无法得到很好的锻炼。


技术实现要素：

5.为解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种机器视觉与教学实践控制装置，它能够满足学生的实践需求，使学生得到很好的实践锻炼。
6.本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
7.一种机器视觉与教学实践控制装置，包括巡航车本体，所述巡航车本体内设置供电电源，所述供电电源一侧设置底层控制板，所述底层控制板为arduino底层控制板，所述底层控制板一侧分别设有电机驱动和上层控制板，所述电机驱动和上层控制板均与底层控制板相连接，所述底层控制板、电机驱动和上层控制板均与供电电源相连接，所述电机驱动上连接有直流电机，所述直流电机上设有驱动轮，所述上层控制板上设有摄像头。
8.所述底层控制板上连接有电调，所述电调上连接有涡流风扇。
9.所述上层控制板为nvidia开发板。
10.所述供电电源为直流电池。
11.所述巡航车本体为亚克力车体。
12.所述驱动轮为麦克纳姆轮。
13.所述摄像头为通用usb摄像头。
14.所述上层控制板上设有若干usb接口。
15.对比现有技术，本实用新型的有益效果是：
16.本实用新型通过巡航车由摄像机获取环境图像信息，上层控制板根据环境色彩图像识别定位火焰源位置，mega分析规范信息并制定控制策略，控制巡航车寻火与灭火。上层控制板处理信息及时，mega控制迅速，自动化程度高，能及时发现火情并灭火，能够进行各种学习实验，使用者能够快速的进行编程的学习和体验，提高学习效率，满足学生的实践需
求，使学生得到很好的控制实践锻炼。
附图说明
17.附图1是本实用新型工作原理图；
18.附图2是本实用新型主视图结构示意图；
19.附图3是本实用新型俯视图内部结构示意图；
20.附图4是本实用新型上层控制板接口图。
21.附图中所示标号：1、巡航车本体；2、供电电源；3、底层控制板；4、电机驱动；5、上层控制板；6、直流电机；7、驱动轮；8、摄像头；9、涡流风扇；10、usb接口。
具体实施方式
22.结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所限定的范围。
23.本实用新型中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，所采用的电路连接均为现有技术中的常规型号，同时，为了清楚地表达各构件之间的连接关系和工作原理，说明书附图采用机构运动的简图的方式进行了整理绘制，在此不再详述。
24.一种机器视觉与教学实践控制装置，包括巡航车本体1，所述巡航车本体1内设置供电电源2，所述供电电源2一侧设置底层控制板3，所述底层控制板3为arduino底层控制板3，arduino作为最流行的创客平台，深受国内外广大创客群体的喜爱，其开源、可进行深度改造，nvidia jetson xavier nx是一款功能强大的人工智能开发板，可以承载图像识别，目标检测等需求复杂网络的人工智能项目。应用到本产品中的巡航车中，能够使学生将相关知识进行应用，得到很好的锻炼。所述底层控制板3一侧分别设有电机驱动4和上层控制板5，所述电机驱动4和上层控制板5均与底层控制板3相连接，所述底层控制板3、电机驱动4和上层控制板5均与供电电源2相连接，所述电机驱动4上连接有直流电机6，所述直流电机6上设有驱动轮7，所述上层控制板5上设有摄像头8。本实用新型通过巡航车由摄像机获取环境图像信息，上层控制板根据环境色彩图像识别定位火焰源位置，mega分析规范信息并制定控制策略，控制巡航车寻火与灭火。上层控制板处理信息及时，mega控制迅速，自动化程度高，能及时发现火情并灭火，能够进行各种学习实验，使用者能够快速的进行编程的学习和体验，提高学习效率，满足学生的实践需求，使学生得到很好的控制实践锻炼。
25.进一步地，所述底层控制板3上连接有电调，所述电调上连接有涡流风扇9，通过电调控制涡流风扇的运行，进一步优化了巡航车的控制。
26.作为优化，所述上层控制板5为nvidia开发板。
27.作为优化，所述供电电源2为直流电池。
28.作为优化，所述巡航车本体1为亚克力车体。
29.作为优化，所述驱动轮7为麦克纳姆轮，可以更灵活方便的实现全方位移动功能
30.作为优化，所述摄像头8为通用usb摄像头8。
31.作为优化，所述上层控制板5上设有若干usb接口10。
32.实施例：
33.一种机器视觉与教学实践控制装置，包括巡航车，巡航车包括车身上的直流电池、arduino底层控制板、车身四周的直流电机和驱动轮，其该装置还包括与所述的arduino底层控制板7通过电调连接的涡流风扇以及电机驱动，用于控制风扇电机与直流电机，车身前侧设有与nvidia上层控制板连接的摄像机10。
34.所述的nvidia上层控制板型号为jetson xavier nx，如图4所示，通过usb端口与摄像头相连，usb端口和arduino底层控制板连接。上层控制板具备一个hdmi端口与4个usb端口，在设备齐全的情况下，通过usb端口可直接连接鼠标键盘，从而实现对上层控制板的学习调试，同时，可直接通过hdmi口与开发板连接显示屏，从开发板获得其反馈信息。
35.所述arduino底层控制板7，型号为arduino mega-r3 2560，用于根据上层控制板发送的串口数据控制风扇11与驱动轮。mega具备多种通信接口，可以和计算机、其他arduino或者其他控制器通信。
36.在本实施中，采用上电开关控制巡航车各个设备的上电，基本供电由直流电源8完成。
37.驱动轮包括4个直径为80mm的麦克纳姆轮，如图2和3所示，包括2个电机驱动，左侧和右侧的两个麦克纳姆轮其直流电机均连接l298n电机驱动，以l298n电机驱动芯片为核心的直流电机驱动模块，额定供电电压12v，其输出电流为2a，最高电流为4a，最高工作电压为50v，保证正常供电与控制，arduino底层控制板7的pwm输出控制直流电机的转速，实现四路直流电机控制，进而控制小车的运动状态。
38.涡流风扇控制方法与电机的控制类似，本实施中，好盈skywalker-20a电调作为30mm航模涵道风扇qf611的驱动模块实现灭火功能。电调的额定供电电压为12v，支持最高为20a的电流。设计将mega上产生的5v电压为电调的供电，从车身电源接线为风扇供电。将mega上的pwm输出连接到电调的使能管脚，从而控制风扇的转速，最终实现定点灭火。
39.本实施例中，基于nvidia开发板和arduino的教学仪器的工作原理为：
40.巡航车自主巡航遍历指定环境，由摄像机获取环境图像信息，传送给上层控制板，上层控制板根据环境色彩图像识别定位火焰源位置，针对图像完成图像分类与物体定位，完成目标检测，并由串口发送规范信息至底层控制板，底层控制板分析规范信息并控制麦克纳姆轮改变转向，实现如直行转弯等不同的运动方式，巡航车由巡航模式转换为寻火模式靠近火焰，以2hz的频率刷新上层控制板的色彩图像数据，同时上层控制板向底层控制板返回火焰位置，直到底层控制板判断火焰中心位置超过设定阈值，控制风扇完成灭火任务。灭火完成后，巡航车进入巡航模式，继续执行巡航任务。本实施例中，通过设计通信接口组，使上层控制板可以与mega通过串口连接，同时也能够连接外部电路或器件，从而结合上层控制板上集成ubuntu16.04系统，控制流程简明、自动化程度高，能够进行各种学习实验，使用者可根据具体功能进行改造、泛化能力强，能够快速的进行编程的学习和体验，提高学习效率，便于机电专业相关学生的实验与学习。