基于机器视觉的水上救援装置设计研究.pdf
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1、智 慧 交 通 新 业 态水上安全 2023 年 第 7 期4作者简介:刘川溥,男,本科,初级专业技术职务,研究方向为智能消防应用。基于机器视觉的水上救援装置设计研究刘川溥(慈溪市消防救援大队,浙江慈溪 315300)摘要:当前,科技水平逐渐进步,水上救援设备得到了优化与完善,为了解决设备操作复杂、识别差等问题,设计出利用机器视觉的救援装置。本文主要围绕着水上救援装置来展开,基于机器视觉,探究装置的整体设计,分析总控系统设计所注意的要点内容,借助集成形式的总体控制系统,达到救援的自动化水平,提升系统的可靠性。关键词:图像处理;反馈输入;信号输送;预测目标;救援设备0 引言结合近几年的发展情况来
2、看,江河湖海的水量明显增长,在诸多区域经常出现洪水问题,水域活动的参与人员也在增加,高效的救援方式具有必要性。当前,水上救援活动需要先进救援设备的支持,智能化设备得到了广泛应用,比如,水上无人机等,为了提升救援装置的自动化水平,本文研究了一款借助机器视觉作用来实现救援的装置。1 水上救援装置的功能研究1.1 工作模式基于应用环境的差异,救援地点的不同,救援装置呈现出的模式也不同,首先,作为智能化的识别模式,可以达到完全无人化的操作形式,装置开始自行巡航,借助智能化的识别技术,发挥自动识别功能,了解溺水事件,援助溺水人员,与此同时,可以躲开其中的障碍物,此过程也展现着较强的自主性;其次,远距离遥
3、控辅助形式,如果水情严峻,装置没有办法自行开展救援行动,就需要人工的力量,利用智能终端,远距离操控装置,展开救援作业行动1。1.2 性能分析机械机构趋于稳定可靠,骨架一般运用着轻铝合金,其身形比较轻巧,同时又具有结构稳定的特征,观察装置的外在,一般运用流线形式,避免航行阶段受到更大的水流阻力,在边缘设置中,借助防水硅胶,提升具体的防水效果,有效缓解了冲击作用,有助于保护装置;续航时间比较久,在装置内部,加入了高倍率的锂电池,可以为装置的系统带来足够且稳定的电压,续航时间比较久,一般可以达到 60min。关于电池设计,可以方便拆卸,在需要的时间方便替换电池,电量的稳定供应,让救援工作可以连续开展
4、;智能水平比较高,在远距离控制下,操作人员能在岸边操控,展开智能化的救援工作,借助智能的识别方式,装置可以察觉落水人员情况,智能化躲开路径中的阻碍物,准确到达目的地,开展精准的救援行动。其中的数据信息可以高速传送,保证救援人员实时获取到有关信息,从而设定具有针对性的救援计划。2 装置的整体设计为了提升救援装置的自动化水平,本文研究了一款借助机器视觉作用来实现救援的装置,结合装置的整体情况来看,由于主要借助机器视觉,所以摄像头是重点应用部分,装置中还包含推进器、总控系统,另外还涉及传送装置、机械臂。分析总控系统的组成情况,在电源模块的支撑下得到动力,应用电机驱动装置来运作,同时还需要微控制器环节
5、、图像处理环节的支持,由此组成了总控系统,而电源部分、图像处理部分相对更加关键、复杂。关于传送装置,需要利用传送带,其应用材料比较特殊,属于强力形式的尼龙片基带,借助带网孔加以设计,当传送被落水人员时,可以有效处理被救人员身体携带的水滴,在网孔处理作用下,将其带出装置,让传送带表面避免出现打滑的现象2。救援工作开展期间,如果落水人员存在着自主意识,捞网电机会做出响应,降低捞网的高度,一直降低到水平面,人员可以爬到捞网,经过传送带的输送功能,传至总控系统中,到达救生平台处;若落水人员已经不存在着自主意识,救援装置开始响应,在摄像范围里,围绕着落水智 慧 交 通 新 业 态Maritime Saf
6、ety 水上安全5人员的坐标,实现位置调整,促使装置可以与落水人员实现正对效果,这个时候捞网电机也会降低捞网,处于落水人员的身下,然后将捞网升起,轻轻放置落水人员,将其安置在传送带上,然后有序运送到救生平台。3 总控系统设计要点3.1 分析电源模块关于系统中所应用的电源模块,要从两个部分来分析,在第一部分中,借助电源芯片的 TPS54302-DDCR 型号,实现电流的转换,原本为直流 24V,将其变为直流 5V,借助此电压条件,为摄像头提供电压,同时也可以为图像处理器提供电压,这一电路具有特殊性,可以借助反馈来控制关断行为,若反馈电压发生了变化,也就是说,降压处理之后,直流 5V出现了变化,电
7、源芯片会第一时间响应关断行为,维护供电的外设部分,达到良好的保护效果;关于第二部分,应用电源芯片的 TLV62569 型号,针对电源模块的第一部分,实现降压处理之后,直流 5V 再次降低为直流 3.3V 形式,应用此种电压形式,让微控制器得到供电电压,从此电源芯片可以看出,属于开关电源芯片,观察反馈电压,也就是当微控制器的供电电压出现波动,此电源芯片会第一时间做出关断行为,在实时条件下,保护微控制器本身3。针对 24V 变成 5V 这一转变过程,执行电路设计工作时,需要应用到降压芯片,具体型号为 TPS54302,它属于一款降压转换器,具有容压差较高的特征,从有效电压输入情况来看,输入范围比较
8、大,达到了 4.5V到 28V 之间,关于最大输出电流,可以达到 3A。此芯片中,涉及 2 个金属-氧化物-半导体(metal-oxide-semiconductor,MOS)集成开关,在内部回路具有补偿功能,接下来细化分析此型号芯片的管脚功能:1)转换(switch,SW)功能,用于高、低侧 N 沟道场效应管(N-channelfieldeffecttransistor,NFET),在此之间连接开关节点。2)地线(ground,GND),对于高侧 NFET 位置的接地引脚、源极端子等形式的接地端子。3)电压输入(voltin,VIN)功能,可以起到电压电源引脚的输入功能。4)反馈(feedb
9、ack,FB)功能,实现转换器的反馈输入。5)使能(enable,EN)功能,属于使能引脚。6)引导(bootstrap,BOOT)功能,基于高侧 NFET,实现栅极驱动电源的输入。围绕着本型号的数据手册,若需要对此芯片进行开启处理,将 5V 电压输出,就要严格要求使能电压,其值要大于 1.2V,并且明确反馈电压值,处于 0.6V,在此电路中,开启电压应用 VEN来表示,反馈电压应用来 VFB表示,借助计算以下公式获取解算结果:VEN=2420140=4(1)VFB=51083.2=0.6(2)在 5V 转换为 3.3V 的设计电路中,关于应用的电源芯片,型号为 TLV62569,它属于同步电
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