阅读说明：本技术 自适应调速传动系统 (Self-adaptive speed-regulating transmission system ) 是由 孙立书 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种自适应调速传动系统,传动模块包括驱动电机及传输带,所述驱动电机用于驱动所述传输带输送物品；摄像头模块用于实时检测所述传输带上物品的数量,并根据检测结果发出控制信号；变速模块与所述驱动电机连接,用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制所述驱动电机的转速。从而实现了自适应调整驱动电机的转速的功能,并且结构简单、抗干扰性强,可以用在无人监守,需要自适应调节转速的场合,如手扶电梯、工厂里面的传送带以及工厂里面的制冷系统等,这对能源的节约具有巨大的意义。(The invention provides a self-adaptive speed-adjusting transmission system, wherein a transmission module comprises a driving motor and a transmission belt, and the driving motor is used for driving the transmission belt to transmit articles; the camera module is used for detecting the quantity of the articles on the conveying belt in real time and sending out a control signal according to a detection result; the speed changing module is connected with the driving motor and used for receiving the control signal and controlling the rotating speed of the driving motor according to the control signal. Therefore, the function of adaptively adjusting the rotating speed of the driving motor is realized, the structure is simple, the anti-interference performance is strong, and the self-adaptive rotary speed adjusting device can be used in the occasions which are not monitored and need the adaptive rotary speed adjustment, such as a hand elevator, a conveyor belt in a factory, a refrigerating system in the factory and the like, and has great significance for saving energy.)

自适应调速传动系统

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种自适应调速传动系统。

背景技术

考虑到一些常用的传动系统上可能有时候没有人或者物体，却一直工作。存在着巨大的能量损耗。如手扶型电梯在无人的时候却一直空转，传送带没有物体的在上面却一直空转。因此，设计出一个能随着人和物体多少变化而转速变化的一个智能调速传动系统是十分必要的。这对能源的节省具有重大意义。

现有技术是采用PLC和变频器进行调速，但是该系统不能实现自适应控制，不能根据物品多少进行智能调速。而且当系统没有物体的时候，电机一直在空转，不能达到节能的目的。当物体多少出现变化的时候，系统不能检测到，只能人为观察并通过按键进行转速设置。这样会很麻烦，系统工作效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应调速传动系统，能够对不同的情况自动调节驱动电机的转速，从而达到节能的目的。

为了达到上述目的，本发明提供了一种自适应调速传动系统，包括：

传动模块，包括驱动电机及传输带，所述驱动电机用于驱动所述传输带输送物品；

摄像头模块，用于实时检测所述传输带上物品的数量，并根据检测结果发出控制信号；

变速模块，与所述驱动电机连接，用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制所述驱动电机的转速。

可选的，所述变速模块具有一拨码开关，所述拨码开关具有若干档位，每个档位对应所述驱动电机的不同转速。

可选的，所述拨码开关的档位包括停止档、低速档、中速档、高速档及自适应调速档，其中，所述停止档对应所述驱动电机的转速为0，所述低速档对应所述驱动电机的转速小于或等于500转/分，所述中速档对应所述驱动电机的转速大于500转/分且小于或等于1000转/分，所述高速档对应所述驱动电机的转速大于1000转/分。

可选的，当所述拨码开关的档位处于所述自适应调速档时，所述变速模块接收所述控制信号并根据所述控制信号控制所述驱动电机的转速。

可选的，所述变速模块接收所述控制信号后，通过PID算法实时调节所述驱动电机的转速。

可选的，所述摄像头模块包括：

摄像单元，用于拍摄所述传输带上的物品的图像；

图像处理单元，利用大津算法处理所述摄像单元拍摄的图像，以识别出物品的数量及尺寸；

控制单元，根据所述物品的数量及尺寸输出对应的电压，控制所述变速模块对所述驱动电机进行变速。

可选的，还包括显示模块，用于实时显示所述摄像头模块检测到的所述物品的图像以及所述驱动电机当前的转速。

在本发明提供的自适应调速传动系统中，传动模块包括驱动电机及传输带，所述驱动电机用于驱动所述传输带输送物品；摄像头模块用于实时检测所述传输带上物品的数量，并根据检测结果发出控制信号；变速模块与所述驱动电机连接，用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制所述驱动电机的转速。从而实现了自适应调整驱动电机的转速的功能，并且结构简单、抗干扰性强，可以用在无人监守，需要自适应调节转速的场合，如手扶电梯、工厂里面的传送带以及工厂里面的制冷系统等，这对能源的节约具有巨大的意义。

附图说明

图1为本发明实施例提供的自适应调速传动系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的灰度图像；

图3为本发明实施例提供的二值化后的图像；

图4为本发明实施例提供的PID算法原理图；

其中，附图标记为：

11-控制单元；12-摄像单元；13-图像处理单元；2-变速模块；3-传动模块；4-编码器；5-显示模块。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本实施例提供了一种自适应调速传动系统，包括：

传动模块3，包括驱动电机及传输带，所述驱动电机用于驱动所述传输带输送物品；

摄像头模块，用于实时检测所述传输带上物品的数量，并根据检测结果发出控制信号；

变速模块2，与所述驱动电机连接，用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制所述驱动电机的转速。

具体的，所述传输带例如是手扶电梯、工厂里面的传送带以及工厂里面的制冷系统，所述驱动电机可以驱动所述传输带传动，以输送材料、零件或行人(统称为物品)。

具体的，所述变速模块2可以是一变速器，其具有一拨码开关，所述拨码开关具有若干档位，每个档位对应所述驱动电机的不同转速。本实施例中，所述拨码开关的档位包括停止档、低速档、中速档、高速档及自适应调速档，其中，所述停止档对应所述驱动电机的转速为0，所述低速档对应所述驱动电机的转速小于或等于500转/分，所述中速档对应所述驱动电机的转速大于500转/分且小于或等于1000转/分，所述高速档对应所述驱动电机的转速大于1000转/分。当有人值守时，可以手动将所述拨码开关拨到停止档、低速档、中速档或高速档，当无人值守时，可以将所述拨码开关拨到自适应调速档，此时，摄像头模块开始启动。

所述摄像头模块包括摄像单元12、图像处理单元13及控制单元11，所述摄像单元12用于拍摄所述传输带上的物品的图像，所述摄像单元12可以是MTV96032摄像头，其可以拍摄灰度图像，或拍摄彩色图后处理为灰度图像，具体如图2所示；所述图像处理单元13利用利用大津算法处理所述摄像单元12拍摄的图像，以识别出物品的数量及尺寸。

大津算法的处理方法就是：统计灰度图像的灰度值，并建立0-255之间的直方图。算出总灰度和总像素点数后，利用阈值将图像分为前景和后景。通过循环计算，得出一个最佳阈值能使前景和后景差别最大。得到这个最佳阈值后，就将图像中灰度值小于改值的像素点灰度值赋值为0，大于该值的像素点灰度值赋值为255。通过这样就达到二值化的功能，二值化后的图像如图3所示。具体推导如下：

设前景点数占图像比例为w₀，平均灰度为u₀；背景点数占图像比例为w₁，平均灰度为u₁。

图像的总平均灰度为：

u＝w₀×u₀+w₁×u₁

前景和背景图象方差为：g＝w₀×(u₀-u)²+w₁×(u₁-u)²

＝w₀×w₁×(u₀-u₁)²

通过循环并比较每次的方差，寻找到方差最大时，此时就得到最佳阈值就为：

Best＝w₀×w₁×(u₁-u₀)×(u₀-u₁)

用最佳阈值将图像从灰度图像变成二值化图像。

所述二值化图像可以通过逐行扫描来检测黑色像素点的数量，进而得到物品的数量和尺寸。

所述控制单元11例如是一STM32F103系列单片机或者K60芯片，STM32F103系列单片机具有功耗低、片内资源丰富等优点，但是该芯片使用不够灵活，操作复杂。K60芯片是功能丰富的入门级器件，具备可扩展性和高精度的adc检测。同时K60引脚多且基本都具有复用功能。也有摄像头配套的引脚。并且K60芯片也包含大量的库函数，本实施例选择K60芯片。

根据所述物品的数量及尺寸输出对应的电压，所述电压作为控制信号，实时控制所述变速模块2对所述驱动电机进行变速。进一步，为了实现更精确的调节，所述变速模块2接收所述控制信号后，通过PID算法实时调节所述驱动电机的转速。具体的，通过摄像单元12检测到物品的数量作为输入，编码器4测得的转速作为反馈。通过比例，积分和微分环节来产生一个输出，通过控制单元11输出PWM调制信号到变速模块2中，从而输出相对应的电压。PID的原理图如图4所示。如果没有物品，所述驱动电机停止，如果有物品，物品越多，所述驱动电机的转速越快，从而达到节能的目的。

PID具体的算法实现如下：

第一步：定义PID变量结构体，代码如下：

struct_pid{

Float SetSpeed；//定义设定值

float ActualSpeed；//定义实际值

float err；//定义偏差值

float err_last；//定义上一个偏差值

float Kp,Ki,Kd；//定义比例、积分、微分系数

float voltage；//定义电压值(控制执行器的变量)

float integral；//定义积分值

}pid；

控制算法中所需要用到的参数在一个结构体中统一定义，方便后面的使用。

第二步：统一初始化变量，尤其是Kp、Ki、Kd三个参数，调试过程当中，对于要求的控制效果，可以通过调节这三个量直接进行调节。

第三步：编写控制算法。

代码如下：

float PID_realize(float speed){

pid.SetSpeed＝speed；

pid.err＝pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed；

pid.integral+＝pid.err；

pid.voltage＝pid.Kp*pid.err+pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pi

d.err_last)；

pid.err_last＝pid.err；

pid.ActualSpeed＝pid.voltage*1.0；

return pid.ActualSpeed；

}

该系统设置的三个参数Kp＝1，Ki＝1，Kd＝1。

可选的，所述自适应调速传动系统还包括显示模块5，例如是一OLED显示器，其可以接收编码器4的测量结果和控制单元11传输的图像，并实时显示所述摄像头模块检测到的所述物品的图像以及所述驱动电机当前的转速。

综上，在本发明实施例提供的自适应调速传动系统中，传动模块包括驱动电机及传输带，所述驱动电机用于驱动所述传输带输送物品；摄像头模块用于实时检测所述传输带上物品的数量，并根据检测结果发出控制信号；变速模块与所述驱动电机连接，用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制所述驱动电机的转速。从而实现了自适应调整驱动电机的转速的功能，并且结构简单、抗干扰性强，可以用在无人监守，需要自适应调节转速的场合，如手扶电梯、工厂里面的传送带以及工厂里面的制冷系统等，这对能源的节约具有巨大的意义。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。