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《广西师范大学》 2016年
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基于S3C2440的嵌入式远程激光标定系统

王丹  
【摘要】:目前,农业主要使用杀虫剂进行杀虫,大量的农药附着在蔬菜表面,人食用后,危害健康;残留的农药渗透到土壤,严重污染土壤水质,长期以往,会引起生物链破坏;且害虫容易产生抗体药性,杀虫剂失效快。当前通过物理杀虫的方式主要有激光杀虫,依靠声波对害虫进行定位,用激光器瞄准杀虫,采用声波定位受自然因素较大,且对有翅膀的害虫有效,无法对肉虫爬行类害虫进行定位;激光器输出功率大小无法调节,高强度的功率存在安全隐患。采用激光功率可控的物理杀虫的研究就显得尤为重要了。本文对问题进行深入分析后得出结论,要实现标定,主要解决准确的检测目标与标定,并结合激光器功率控制问题,本文研究了基于S3C2440的嵌入式远程激光标定系统,在嵌入式端实现视频图像采集、压缩、远程传输。在远程PC端上位机显示视频图像,对目标进行检测,通过标定方法发送命令到嵌入式端,嵌入式端处理器控制云台转动,实现对目标进行标定。在标定过程中,为实现功率可调,设计半导体激光器电流驱动电路、温度控制电路。本系统具有易于扩展、低成本等特点。本文研究的主要内容:(1)提出基于S3C2440的嵌入式远程激光标定系统方案,搭建嵌入式远程激光标定系统软硬件框架,完成嵌入式Linux软件开发环境的搭建、内核移植、构建Linux根文件,整个硬件分嵌入式端、远程PC机端两部分。(2)在嵌入式端,研究半导体激光器驱动电路,设计具有电流控制与采样功能的驱动电路,温度控制与采样功能的温度控制电路。实现半导体激光器的工作温度、功率可控。(3)在嵌入式端,完成图像数据的采集、压缩和传输。嵌入式应用程序通过V4L2编程接口读取摄像头的图像数据,并且采用JPEG编码对读取的视频数据进行压缩,最后通过网络将图像数据传输到远程PC端上位机。(4)在远程PC端,上位机接收嵌入式端的数据信息并显示,并对图像进行处理,检测目标;发送控制命令到嵌入式端,使激光器发射的激光点击中目标,实现对目标的标定。
【关键词】:嵌入式 激光驱动电路 远程视频采集 标定
【学位授予单位】:广西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S477;TN248
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-8
  • 第1章 绪论8-12
  • 1.1 课题研究的背景及意义8
  • 1.2 国内外研究现状8-10
  • 1.3 论文研究内容10
  • 1.4 本文章节安排10-11
  • 1.5 本章小结11-12
  • 第2章 系统总体设计12-25
  • 2.1 系统功能分析12
  • 2.2 系统方案设计12-16
  • 2.2.1 目标检测方法12-13
  • 2.2.2 目标标定方法13-15
  • 2.2.3 激光器驱动电路设计原理15-16
  • 2.3 系统结构设计16
  • 2.4 系统硬件设计16-19
  • 2.4.1 处理器介绍17-18
  • 2.4.2 标定设备介绍18
  • 2.4.3 视频采集设备介绍18-19
  • 2.5 嵌入式软件平台19-24
  • 2.5.1 嵌入式操作系统的选择19
  • 2.5.2 嵌入式Linux系统软件结构19-20
  • 2.5.3 搭建嵌入式Linux开发环境20-24
  • 2.6 本章小结24-25
  • 第3章 半导体激光器驱动电路设计25-35
  • 3.1 半导体激光器基本特性25-26
  • 3.1.1 半导体激光器电学特性25
  • 3.1.2 温度对半导体激光器的影响25-26
  • 3.1.3 半导体激光器制冷26
  • 3.2 半导体激光器驱动电路26-33
  • 3.2.1 受控恒流源设计27
  • 3.2.2 电流驱动电路设计27-30
  • 3.2.3 温度控制电路设计30
  • 3.2.4 温度采样电路设计30-32
  • 3.2.5 激光器驱动电路程序设计32-33
  • 3.3 PCB设计33-34
  • 3.4 本章小结34-35
  • 第4章 目标标定系统35-47
  • 4.1 Linux设备驱动35-36
  • 4.2 图像采集与远程传输模块设计36-41
  • 4.2.1 图像数据采集模块36-38
  • 4.2.2 图像数据压缩模块38-39
  • 4.2.3 图像远程传输模块39-41
  • 4.3 目标标定程序设计41-46
  • 4.3.1 目标点检测程序设计41-42
  • 4.3.2 标定控制程序设计42-43
  • 4.3.3 上位机总体程序设计43-44
  • 4.3.4 上位机显示界面程序设计44-45
  • 4.3.5 下位机控制程序设计45-46
  • 4.4 本章小结46-47
  • 第5章 系统测试与结果分析47-51
  • 5.1 远程激光器标定系统测试47-49
  • 5.1.1 图像采集传输测试48-49
  • 5.1.2 标定系统测试49
  • 5.2 系统测试结果与分析49-50
  • 5.3 本章小结50-51
  • 第6章 总结与展望51-53
  • 6.1 论文总结51
  • 6.2 工作展望51-53
  • 参考文献53-56
  • 攻读硕士学位期间主要研究成果56-57
  • 致谢57-58

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