基于TMS320DM355的水下自主控制機器魚(yú)設計

摘要：為實(shí)現機器魚(yú)比賽中魚(yú)體的自主信號采集與處理、自動(dòng)探測前方目標及實(shí)現水下自主避障等控制功能，文中設計了基于數字信號處理器TMS320DM355、水下攝像機KM-273CW以及SAA7111A增強型視頻輸入處理器等構成的可實(shí)現魚(yú)體自主避障功能的水下機器魚(yú)控制系統。該系統還具有信息傳輸功能，可以將水下的環(huán)境數據傳輸到岸上，以利于觀(guān)察人員研究水下環(huán)境。
關(guān)鍵詞：自主運動(dòng)控制；水下視頻采集；水下機器；TMS320DM355；SAA7111A

0 引言
在傳統的機器魚(yú)比賽中，魚(yú)體的運動(dòng)控制功能是依靠比賽場(chǎng)地上方的攝像頭采集數據，然后將其發(fā)向主機，由主機完成數據的處理，并將結果發(fā)給魚(yú)體內部的處理器，從而完成避障等運動(dòng)控制功能。但這種方案存在諸多問(wèn)題，首先，不能體現魚(yú)體運動(dòng)和控制的自主性；其次，采集數據時(shí)占用了主機的資源，同時(shí)主機發(fā)給魚(yú)體的信號也較容易受外界信號的干擾；最后，對于水下機器魚(yú)的現實(shí)實(shí)用性較差。綜合以上，本文設計了一種改進(jìn)方案，即在魚(yú)體內部嵌入可應用于水下的攝像頭KM-273CW，通過(guò)采集視頻信號，并經(jīng)過(guò)視頻輸入處理器SAA7111A的處理，將模擬視頻信號轉化為數字信號，并送入TMS320DM355中進(jìn)行分析處理，之后根據處理的結果調用程序去實(shí)現魚(yú)體的自主避障及其他運動(dòng)功能，從而實(shí)現魚(yú)體的自主運動(dòng)控制。

1 TMS320DM355芯片介紹
TMS320DM355數字媒體處理器最大的特色就是有專(zhuān)用的視頻圖像子系統VPSS，用于處理視頻數據，其視頻處理子系統VPSS包括視頻前端輸入接口VPFE和視頻末端輸出接口VPBE，視頻前端輸入接口用于接收外部傳感器或視頻譯碼器等輸入的圖像信息，視頻末端輸出接口輸出圖像到顯示屏顯示。其中視頻前端輸入(VPFE)接口是由CCD控制器，硬件圖像信號處理器-圖像通道IP-IPE模塊，自動(dòng)曝光／白平衡／聚焦模塊H3A和寄存器組成。CCD控制器可與視頻解碼器、CMOS傳感器或電荷耦合裝置連接；IPIPE是實(shí)時(shí)硬件圖形處理器，用于實(shí)時(shí)圖像處理，它把從CMOS／CCD得到的原始圖形轉換為國際電信聯(lián)盟ITU數字視頻標準BT．60I／BT．656的8／16位數字YCbCr4：2：2。視頻解碼器以54．MHz的速率進(jìn)行D／A轉換，提供NTSC／PAL等格式的視頻或音頻輸出。同時(shí)該器件還具有8／16位YCC到18位RGB666數字輸出；ITU數字視頻標準BT．
601／BT．656的8／16位數字YCbCr4：2：2。通過(guò)緩存邏輯與TMS320DM355的DDR2／mDDR片上控制器相連，便于訪(fǎng)問(wèn)存儲器，向存儲器存儲由攝像頭采集并經(jīng)VPFE處理的圖像信息，并將存儲的圖像信息通過(guò)VPBE輸出到顯示設備，因此可以很好的實(shí)現視頻信號的接收、處理與輸出。
系統的結構框圖如圖1所示，由于本系統設計的是可自主運動(dòng)的水器魚(yú)，視頻信號轉換模塊采用的是視頻輸入處理器，即用視頻A／D轉換芯片來(lái)完成視頻信號到數字信號的轉換，方便后面的數字信號處理器進(jìn)行分析、處理和控制。數字信號處理模塊的核心芯片是TMS320DM355。通過(guò)它可以將視頻信號轉換模塊送入的數字信息進(jìn)行分析和處理。被控運動(dòng)裝置模塊即是機器魚(yú)內部的各個(gè)電機與舵機。通過(guò)接受數字信號處理模塊的各種控制信號完成機器魚(yú)的水下自主運動(dòng)。信號傳輸、轉換及顯示模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)電傳輸系統將數字信號傳輸到岸上的接受裝置，通過(guò)信號轉換將水底的信息在主機上顯示，使岸上的觀(guān)察者也能了解機器魚(yú)水下運動(dòng)的情況。