基于TMS320DM642的農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)的工作原理

摘要：介紹了基于TMS320DM642的農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)的工作原理，闡述了機(jī)器視覺(jué)硬件系統(tǒng)原理，分析了圖像識(shí)別算法和基于RF5參考架構(gòu)的軟件框架設(shè)計(jì)方案。經(jīng)論證，該識(shí)別算法可靠、穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性好，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)對(duì)旱田作物（棉花、小麥、玉米等）及果樹(shù)（或道路兩旁林木）進(jìn)行實(shí)時(shí)噴藥。
　　目前使用的絕大多數(shù)噴藥機(jī)械，其農(nóng)藥的噴灑過(guò)程是通過(guò)人工操作，由噴藥員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定化學(xué)藥劑的使用時(shí)間、地點(diǎn)和劑量，而成熟經(jīng)驗(yàn)的獲得、傳播、掌握受到積累年限、文化水平、傳播媒介等因素的制約而難以得到普遍應(yīng)用，造成農(nóng)用化學(xué)劑的濫用。另外在整個(gè)農(nóng)藥噴灑作業(yè)中，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且操作人員直接接觸農(nóng)藥，人身極易受到農(nóng)藥的傷害。同時(shí)由于人工操作，整個(gè)農(nóng)藥噴灑作業(yè)效率不高。研究智能農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)的目的是以旱田作物（棉花、小麥、玉米）、果樹(shù)（或
　　
　　圖1 農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　
　　圖2系統(tǒng)硬件框圖
　　道路兩旁林木）為施藥目標(biāo)，實(shí)時(shí)采集目標(biāo)狀態(tài)圖像，利用圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理與分析，對(duì)何時(shí)、何處施藥做出科學(xué)決策并自動(dòng)控制完成施藥作業(yè)。
　　農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)工作原理
　　智能農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集卡、調(diào)理電路、儲(chǔ)液槽、液體泵、流量傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溢流閥、比例減壓閥、噴桿、噴頭等。系統(tǒng)如圖1所示。儲(chǔ)液槽內(nèi)裝有藥液，當(dāng)泵啟動(dòng)后，液體通過(guò)溢流調(diào)壓閥、壓力傳感器、比例減壓閥和流量傳感器由噴頭噴出。流量傳感器和速度傳感器經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡將藥液流量、拖拉機(jī)行駛速度傳送給計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)比例減壓閥，確定合適的壓力值。計(jì)算機(jī)根據(jù)壓力傳感器的輸入調(diào)節(jié)溢流調(diào)壓閥保證管路中壓力保持恒定。
　　機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)采用兩路CCD視頻輸入，從兩個(gè)角度采集作物圖像，DM642實(shí)時(shí)處理圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)處理的結(jié)果向CPLD的擴(kuò)展IO發(fā)出控制信號(hào)，判斷是否噴灑農(nóng)藥。
　　機(jī)器視覺(jué)硬件系統(tǒng)原理
　　系統(tǒng)采用TI公司的TMS320DM642芯片作為主處理器。TMS320DM642是專(zhuān)用于數(shù)字媒體應(yīng)用的高性能32位定點(diǎn)DSP，工作主頻最高達(dá)720MHz，處理性能可達(dá)5760MIPS，強(qiáng)大的圖像處理能力為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性提供了有力的保證。
　　硬件組成
　　硬件基本框圖如圖2所示，這里簡(jiǎn)單介紹視頻輸入和視頻輸出部分。
　　視頻輸入部分
　　為準(zhǔn)確、全面的辨別作物，本系統(tǒng)分別從兩個(gè)不同角度采集棉籽的圖像以進(jìn)行識(shí)別。DM642有三個(gè)視頻口，每個(gè)端口可以接兩路視頻，本系統(tǒng)采用VP2口作為視頻輸入端口，視頻輸入端將從攝像頭采集的模擬信號(hào)由TVP5150轉(zhuǎn)化為CIF（352×288），YUV （4:2：2），ITU-R BT.65格式，內(nèi)嵌同步信號(hào)發(fā)送到DM642的VP2口。圖3為T(mén)MS320DM642和TVP5150的硬件連接示意圖［2］。
　　系統(tǒng)采用最為簡(jiǎn)化的連接線(xiàn)路，將雙方的IIC總線(xiàn)接口SCL和SDA互連，TVP5150的視頻輸出端口D［0~7］和DM642的VP口相連。由于視頻流采用ITU-R BT.65格式，圖像的行同步、場(chǎng)同步信號(hào)均內(nèi)嵌在視頻數(shù)據(jù)流中的EAV和SAV時(shí)基信號(hào)中，視頻口只需要視頻采樣時(shí)鐘和采樣使能信號(hào)（控制采樣開(kāi)始）即可，TVP5150用系統(tǒng)時(shí)鐘SCLK提供采樣時(shí)鐘，用可編程輸出引腳GPCL提供采樣使能。