电缆管道机器人视频监测系统的开发

论文摘要

随着城市电网的大规模建设,电力电缆采用自动化敷设方法,可以避免人工敷设带来的效率低下、操作不便等诸多问题,改善电缆敷设质量,延长电缆使用寿命,保证客户可靠用电。本文介绍了一种新型可靠的电缆管道机器人系统,通过前端的摄像监测装置实时监视管道前方及管壁的图像,不仅能在机器人穿越管道的同时,完成敷设电缆的要求;而且能够对管道中的土建残渣进行清扫,有效地促进电缆排管土建质量及电缆施工中的敷设质量,为电缆敷设提供了有效的辅助手段。通过该仪器的使用,能够降低电缆损伤事故、延长电缆使用寿命,具有广泛的社会及经济效益。本文涉及的电缆管道机器人系统来源于江苏省电力公司合作项目,以其低成本、高性能的特点,在国内有广泛的推广应用前景。论文首先介绍了管道机器人在国内外的发展现状和应用情况。结合本系统的应用特点,提出了电缆管道机器人视频监测系统总体设计方案,自主开发了用于管道摄像和现场监视的以32位ARM7TDMI嵌入式微处理器为核心的硬件平台,扩展了丰富的外围接口。本文重点介绍了此硬件平台的设计与调试,并在此基础上,阐述了针对此嵌入式硬件平台的数据通讯功能的设计实现和软件开发的过程。本系统基于CMOS图像传感器及数字图像压缩芯片的应用、JPEG图像编解码、CAN总线和I2C总线通信、按键扫描控制,以及LCD液晶显示技术,成功实现了一个可稳定运行,功能完善的视频监测系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 管道机器人国内外发展概况
• 1.2.1 管道机器人分类
• 1.2.2 管道机器人国外发展概况
• 1.2.3 管道机器人国内发展概况
• 1.3 机器人视觉系统的介绍
• 1.4 主要研究内容及难点
• 1.5 本章小结
• 第二章 电缆管道机器人总体设计方案
• 2.1 电缆管道机器人结构组成
• 2.2 电缆管道机器人工作原理
• 2.3 电缆管道机器人技术参数和特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 电缆管道机器人视频监测系统硬件平台的开发
• 3.1 视频编解码技术的一些基本概念
• 3.2 视频监测系统的技术方案
• 3.3 嵌入式微控制器
• 3.3.1 微处理器结构
• 3.3.2 基本工作原理
• 3.3.3 内存映射
• 3.4 照明设备的解决方案
• 3.5 数字摄像模块的解决方案
• 3.5.1 广角镜头的选择
• 3.5.2 VGA CMOS 彩色图像传感器VV6501
• 3.5.3 图像处理芯片 STV0676
• 3.5.4 LPC2119 主要硬件资源及功能特性
• 3.5.5 I2C 总线
• 3.5.6 图像数据存储 Flash
• 3.6 手持控制器模块的解决方案
• 3.6.1 电源模块
• 3.6.2 LPC2292 主要硬件资源及功能特性
• 3.6.3 处理器时钟
• 3.6.4 彩色液晶显示模块
• 3.6.5 并行SRAM 存储器
• 3.6.6 控制面板
• 3.7 PCB 设计与电路调试
• 3.7.1 PCB Layout
• 3.7.2 电路焊接与调试
• 3.8 本章小结
• 第四章 电缆管道机器人视频监测系统的软件开发
• 4.1 常用图像压缩技术的介绍
• 4.1.1 静态图像压缩 JPEG
• 4.1.2 动态图像压缩 M-JPEG
• 4.1.3 多层式压缩技术 ML-JPEG
• 4.2 调试工具和集成开发环境
• 4.3 摄像头模块软件设计方案
• 4.3.1 色彩空间RGB 与YUV
• 4.3.2 JPEG 文件格式
• 4.3.3 图像压缩文件JPEG 的获取
• 4.3.4 摄像头模块参数配置与软件设计
• 4.4 手持控制器软件设计方案
• 4.4.1 存储器容量的计算
• 4.4.2 软件解码可行性论证
• 4.4.3 JPEG 解码
• 4.5 本章小结
• 第五章 视频监测系统通讯功能的设计与开发
• 5.1 传输方案的确定
• 5.1.1 通信方式的选择
• 5.1.2 传输介质的确定
• 5.2 CAN 总线简介
• 5.2.1 现场总线的概念
• 5.2.2 CAN 总线协议
• 5.3 CAN 通讯的硬件设计
• 5.4 CAN 通讯部分软件的设计
• 5.4.1 CAN 通讯协议的制定
• 5.4.2 CAN 通讯波特率的确定
• 5.4.3 CAN 波特率的配置
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 现有工作总结
• 6.2 主要创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢