一种基于CMOS传感器的嵌入式纠偏系统及其纠偏方法与流程

本发明涉及一种基于CMOS传感器的嵌入式纠偏系统及其纠偏方法。

背景技术：

目前，国内纠偏控制系统使用的主要是可见光传感器，即光电传感器，虽然已经有对红外线传感器和CCD传感器的研究，但应用到实际中去的并不多。可见光传感器输出的是偏移量的开关信号，它只能说明其是否偏移以及偏移的方向，导致控制存在振动和精度不高的问题；与此同时此传感器受光干扰比较大，抗干扰能力差，导致适用的范围一直比较窄；最后考虑到实际工业带材边缘不可避免存在一定的缺陷，若对边缘缺陷部位带材实施纠偏，势必适得其反，甚至导致带材的断裂。综上所述，现有可见光传感器已不能满足实际带材生产的综合要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于CMOS传感器的嵌入式纠偏系统及其纠偏方法，能够实时识别带材边缘缺陷，精确寻迹纠偏。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于CMOS传感器的嵌入式纠偏系统，包括纠偏仪和控制盒；所述纠偏仪包括支架，固定在支架底部的环形光源模块，固定在支架上部并位于环形光源模块上方的壳体，设置在壳体内的STM32主运算控制器、第一蓝牙模块和WiFi模块，设置在壳体的下端面的CMOS图像传感器，设置在壳体的上端面的状态显示与按键控制模块和TFT液晶显示模块；所述环形光源模块、第一蓝牙模块、WiFi模块、CMOS图像传感器、状态显示与按键控制模块和TFT液晶显示模块均与STM32主运算控制器电连接；所述控制盒内设有电机驱动模块和与电机驱动模块电连接的第二蓝牙模块；所述电机驱动模块与被纠偏设备的驱动电机电连接；所述纠偏仪的STM32主运算控制器和控制盒的电机驱动模块之间通过第一蓝牙模块和第二蓝牙模块实现通信。

所述纠偏仪的环形光源模块位于CMOS图像传感器镜头正下方10-15cm位置处。

所述纠偏仪的STM32主运算控制器采用STM32F4系列芯片。

所述纠偏仪的CMOS图像传感器采用OV系列摄像头。

上述基于CMOS传感器的嵌入式纠偏系统的纠偏方法，包括以下步骤：

①、首先STM32主运算控制器及CMOS图像传感器上电初始化，然后STM32主运算控制器捕获CMOS图像传感器的场同步信号、行同步信号和像同步信号，按信号时序实现对目标带材边缘图像的有效采集；

②、STM32主运算控制器将采集的信息以二维数组形式保存到自身的SRAM存储器中，并实时在TFT液晶显示模块上显示；

③、STM32主运算控制器实时读取WiFi指令以及按键检测，判断系统是否进入手动调节状态；若系统进入手动调节状态，则STM32主运算控制器将采集的图像信息通过WiFi模块上传至用户手机，并实时检测是否进行光源调试以及电机驱动控制；反之若系统进入非手动调节状态，则STM32主运算控制器对采集的图像信息进行实时图像处理，然后判断带材是否存在边缘缺陷，若有缺陷则返回图像采集，若无缺陷则根据带材边沿质心位置，计算相对于CMOS图像传感器视场中心的误差，并对误差采用模糊PID控制，最后通过第一蓝牙模块将控制结果发送至电机驱动模块，对被纠偏设备的驱动电机实施闭环驱动，使得带材边沿质心位置始终保持在CMOS图像传感器的视场中心，以实现对目标材料位置的精密纠偏。

所述步骤①中STM32主运算控制器通过CMOS图像传感器对目标带材边缘图像的有效采集的流程为：CMOS图像传感器初始化后依次进行行计数清零和列计数清零；然后STM32主运算控制器检测CMOS图像传感器的场同步是否达到下降沿；当场同步达到下降沿后，检测行计数器是否达到480，若是则一帧图像采集结束，若为否则检测CMOS图像传感器的行同步是否达到上升沿；当行同步达到上升沿后，检测CMOS图像传感器的像同步是否达到下降沿；当像同步达到下降沿后，采集一个像素值，并且列计数器加1；然后检测列计数器是否达到640，若未达到640则返回检测CMOS图像传感器的像同步是否达到下降沿，若达到640则行计数器加1，然后返回检测行计数器是否达到480。

所述步骤③中系统进入非手动调节状态下，STM32主运算控制器对采集的图像信息进行实时图像处理的流程为：先对图像进行预处理，然后对图像边缘进行提取，再对图像边缘进行拟合；然后对图像边缘的进行识别，若为曲线则判断为带材边缘的缺陷，若为直线则对目标边缘进行定位，获取边缘的误差。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明不仅可以实时捕获带材边缘偏移的方向，而且可以获取偏移的度量(像素单位)，同时还可以在纠偏前先对带材的边缘进行缺陷检测，只对检测出无缺陷带材边缘部分实施纠偏，有效防止错纠误纠的现象，提高了纠偏的准确性和可靠性，能够适应实际带材生产的综合要求。

(2)本发明在CMOS图像传感器镜头正下方设置环形光源模块，可以通过按键对其光源的进行调制，一方面提高了对带材边缘图像提取的精度以及准确度，另一方面提高了系统对实际带材生产中外界光的抗干扰能力。

(3)本发明的纠偏仪的STM32主运算控制器和控制盒的电机驱动模块之间通过第一蓝牙模块和第二蓝牙模块实现通信，使得两模块的安装不再受工业环境的限制。

(4)本发明设置WiFi模块，使得用户可以直接通过手机APP，实现对系统运行状态的获取以及对系统的手动调节，使系统操作更加智能更加方便。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的纠偏仪的结构示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为本发明的纠偏方法的流程图。

图5为本发明的STM32主运算控制器通过CMOS图像传感器对目标带材边缘图像的有效采集的流程图。

图6为本发明进入非手动调节状态下，STM32主运算控制器对采集的图像信息进行实时图像处理的流程图。

附图中的标号为：

纠偏仪1、支架1-1、环形光源模块1-2、壳体1-3、STM32主运算控制器1-4、第一蓝牙模块1-5、WiFi模块1-6、CMOS图像传感器1-7、状态显示与按键控制模块1-8、TFT液晶显示模块1-9；

控制盒2、电机驱动模块2-1、第二蓝牙模块2-2。

具体实施方式

(实施例1)

见图1至图3，本实施例的基于CMOS传感器的嵌入式纠偏系统包括纠偏仪1和控制盒2。

纠偏仪1包括支架1-1，固定在支架1-1底部的环形光源模块1-2，固定在支架1-1上部并位于环形光源模块1-2上方的壳体1-3，设置在壳体1-3内的STM32主运算控制器1-4、第一蓝牙模块1-5和WiFi模块1-6，设置在壳体1-3的下端面的CMOS图像传感器1-7，设置在壳体1-3的上端面的状态显示与按键控制模块1-8和TFT液晶显示模块1-9。环形光源模块1-2、第一蓝牙模块1-5、WiFi模块1-6、CMOS图像传感器1-7、状态显示与按键控制模块1-8和TFT液晶显示模块1-9均与STM32主运算控制器1-4电连接。环形光源模块1-2位于CMOS图像传感器1-7镜头正下方10-15cm位置处。STM32主运算控制器1-4采用STM32F4系列芯片。CMOS图像传感器1-7采用OV系列摄像头。

控制盒2内设有电机驱动模块2-1和与电机驱动模块2-1电连接的第二蓝牙模块2-2。电机驱动模块2-1与被纠偏设备的驱动电机电连接。纠偏仪1的STM32主运算控制器1-4和控制盒2的电机驱动模块2-1之间通过第一蓝牙模块1-5和第二蓝牙模块2-2实现通信。

见图4，本实施例的基于CMOS传感器的嵌入式纠偏系统的纠偏方法，包括以下步骤：

①、首先STM32主运算控制器1-4及CMOS图像传感器1-7上电初始化，然后STM32主运算控制器1-4捕获CMOS图像传感器1-7的场同步信号、行同步信号和像同步信号，按信号时序实现对目标带材边缘图像的有效采集。

②、STM32主运算控制器1-4将采集的信息以二维数组形式保存到自身的SRAM存储器中，并实时在TFT液晶显示模块1-9上显示。

③、STM32主运算控制器1-4实时读取WiFi指令以及按键检测，判断系统是否进入手动调节状态；若系统进入手动调节状态，则STM32主运算控制器1-4将采集的图像信息通过WiFi模块1-6上传至用户手机，并实时检测是否进行光源调试以及电机驱动控制；反之若系统进入非手动调节状态，则STM32主运算控制器1-4对采集的图像信息进行实时图像处理，然后判断带材是否存在边缘缺陷，若有缺陷则返回图像采集，若无缺陷则根据带材边沿质心位置，计算相对于CMOS图像传感器1-7视场中心的误差，并对误差采用模糊PID控制，最后通过第一蓝牙模块1-5将控制结果发送至电机驱动模块2-2，对被纠偏设备的驱动电机实施闭环驱动，使得带材边沿质心位置始终保持在CMOS图像传感器1-7的视场中心，以实现对目标材料位置的精密纠偏。

见图5，步骤①中STM32主运算控制器1-4通过CMOS图像传感器1-7对目标带材边缘图像的有效采集的流程为：CMOS图像传感器1-7初始化后依次进行行计数清零和列计数清零；然后STM32主运算控制器1-4检测CMOS图像传感器1-7的场同步是否达到下降沿；当场同步达到下降沿后，检测行计数器是否达到480，若是则一帧图像采集结束，若为否则检测CMOS图像传感器1-7的行同步是否达到上升沿；当行同步达到上升沿后，检测CMOS图像传感器1-7的像同步是否达到下降沿；当像同步达到下降沿后，采集一个像素值，并且列计数器加1；然后检测列计数器是否达到640，若未达到640则返回检测CMOS图像传感器1-7的像同步是否达到下降沿，若达到640则行计数器加1，然后返回检测行计数器是否达到480。

见图6，步骤③中系统进入非手动调节状态下，STM32主运算控制器1-4对采集的图像信息进行实时图像处理的流程为：先对图像进行预处理，然后对图像边缘进行提取，再对图像边缘进行拟合；然后对图像边缘的进行识别，若为曲线则判断为带材边缘的缺陷，若为直线则对目标边缘进行定位，获取边缘的误差。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。