摘要
摘要：近年来随着快递行业的快速发展，带来了诸如过度包装，包装物不环保等问题，以及物品损坏易造成双方矛盾。基于以上现象本项目设计了一款基于物流的抗干扰装置。以单片机为主控芯片，通过摄像头进行图像采集，再利用大津法和图像形态学算法对图像进行预处理。再将得到的图像数据传送给单片机，通过串级双闭环PID算法控制舵机使系统保持稳定，使物品在运输过程中始终保持在系统中间。再通过无线通信技术将所得到的图像位置信息显示在LCD显示屏上，在运输过程中可随时监视物品运动情况，以便于极端条件下人为干预。 关键词：摄像头；串级PID；抗干扰装置 目前我国快递行业蓬勃发展，由此也带来了诸如过度包装、包装物不环保、不能循环使用等问题。同时在运输过程中容易造成物品损坏，引起双方纠纷。 本项目针对上述问题设计了一款基于物流的防震抗干扰装置，能有效避免物品在运输过程中损坏，减少包装物的使用，降低环境污染。 1.项目背景 2020年11月，国务院办公厅转发国家发展改革委等部门《关于加快推进快递包装绿色转型的意见》，明确到2022年，全面建立统一规范、约束有力的快递绿色包装标准体系，电商快件不再二次包装比例达到85%，可循环快递包装应用规模达700万个，快递包装标准化、绿色化、循环化水平明显提升。 目前解决快递行业过度包装等问题多采用推广可循环包装袋，禁止使用不可降解塑料袋，推广包装袋回收利用等方案，在一定程度上有利于缓解快递行业给环境带来的压力，但没有解决物品损坏的问题。针对这一问题，许艳亭设计的一种防碎环保自动调控箱主要通过电机控制塑料板的移动，通过海绵缓冲，将物品包裹在箱体，减少碰撞。但成本较高，不利于推广使用，并且存在夹紧效果不好等问题。 2.装置设计 本项目设计一款基于物流的抗干扰装置，将双闭环反馈控制算法，以及形态学图像处理方法应用到系统中，实现物品在系统中保持稳定的功能。整个系统以单片机为主控，摄像头处理、舵机控制、无线通信、LCD显示等功能组成。整体流程图如图1所示： 图1 整体流程图 具体功能实现如下： （1）首先通过OV7670摄像头采集图像，得到灰度图像，通过大津法转化成二值图像，再经过图像二值形态学算法对图像进行腐蚀和膨胀操作，去除图像上的噪点，改善图像质量。 （2）将处理后的图像信息传递给STM32F103单片机，通过处理得到物品的位置坐标，与装置中心进行比较得到位置偏差，并通过摄像头两次采集到的图像求得物品的速度信息，将位置偏差和速度信息反馈给控制系统，控制舵机带动平板摆动，使物品保持在正中间。 （3）同时通过无线通信技术将物品的位置信息传送到LCD显示屏上，观测者可以随时监测物品位置，使物品保持稳定。 装置模型建立如图2 所示： 图2 整体实物模型 3.原理部分 （1）图像二值形态学处理：通过行列扫描获得采集到灰度图像，存入二维数组中。再通过动态阈值法确定阈值，将大于阈值的灰度图像值记为1,将小于阈值的灰度图像值记为0，存入新的两个一维数组中。通过两个新的数组可以确定物品所在位置。 （2）图像二值形态学处理：利用形态学的基本运算，对图像进行观察和处理，从而达到改善图像质量的目的。对二值图像进行减噪处理，图像形态学中的腐蚀和膨胀能很好的解决此问题。 腐蚀的具体操作是：用一个结构元素(一般是3×3的大小)扫描图像中的每一个像素，用结构元素中的每一个像素与其覆盖的像素做“与”操作，如果都为1，则该像素为1，否则为0。 膨胀的具体操作是：用一个结构元素(一般是3×3的大小)扫描图像中的每一个像素，用结构元素中的每一个像素与其覆盖的像素做“与”操作，如果都为0，则该像素为0，否则为1。 腐蚀的作用是消除物体边界点，使目标缩小，可以消除小于结构元素的噪声点；膨胀的作用是将与物体接触的所有背景点合并到物体中，使目标增大，可添补目标中的空洞。 （3）串级双闭环PID算法： PID串级控制中，最外环是输入是整个控制系统的期望值，外环PID的输出值是内环PID的期望值。本项目外环为位置环输出值为物品的位置信息，将作为内环物品速度调节的输入值。控制流程图如下图所示： 图3 串级PID控制系统流程图 4.项目的创新点和特色 （1）本项目将板球平衡系统应用于物流运输行业，填补了市场的空白。 （2）本项目采用形态学处理方法，有效去除噪点，使图像更精确。 （3）本项目采用串级双闭环PID算法有效提高系统稳定性。 （4）本项目使用无线通信技术，在运输过程中司机可以通过显示屏监测物品位置。 5.结论 本项目在研发过程中有效地锻炼了学生的科研能力，通过查阅相关资料，学习到了许多的知识。在这个过程中充分发挥了指导老师、团队协调合作的能力，体现了科技创新能力。本项目在完成之后能在物流行业提供较大的帮助，有利于减少环境污染，减少快递行业的纠纷。 参考文献： [1]许艳亭,李刚.一种防碎环保自动调控箱的设计[J].智能城市,2020,6(08):247-248. [2]许聪,陈思遥,杨梦雅,彭治强,韦朴.基于机器视觉的串级PID板球系统[J].信息与电脑(理论版),2021,33(15):54-57. [3]周慧虹，回收箱让快递包装“绿”起来[N],中国审计报，2019-08-19（006）. [4] 陈芷琳,温晓静,刘鑫,王翔,丁肇红.板球系统平台设计方案研究[J].应用技术学报,2020,20(04):343-349. [5]邵云烽,郁汉琪,戴洋洋.基于STM32的板球平衡系统设计[J].电子制作,2020(10):5-6+29.
出版日期
2022年06月15日（中国期刊网平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
