米爾基于Zynq 7000系列單板的FPGA農(nóng)業(yè)生產(chǎn)識(shí)別系統(tǒng)

時(shí)間：2023-03-02 17:25:19

關(guān)鍵字： FPGA Zynq 7000系列人工智能

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[導(dǎo)讀]隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和視覺技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的應(yīng)用已逐漸成為了智慧農(nóng)業(yè)的新趨勢(shì)，通過機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別已成為采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，這決定了機(jī)器人的采摘效果和農(nóng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效率。目前市面上最常見的是基于單片機(jī)開發(fā)的自動(dòng)采摘機(jī)器人，但是隨著人工智能的快速發(fā)展，通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于大量圖像數(shù)據(jù)訓(xùn)練的識(shí)別方法成為新一代智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展必不可缺的硬性條件。

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和視覺技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的應(yīng)用已逐漸成為了智慧農(nóng)業(yè)的新趨勢(shì)，通過機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別已成為采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，這決定了機(jī)器人的采摘效果和農(nóng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效率。目前市面上最常見的是基于單片機(jī)開發(fā)的自動(dòng)采摘機(jī)器人，但是隨著人工智能的快速發(fā)展，通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于大量圖像數(shù)據(jù)訓(xùn)練的識(shí)別方法成為新一代智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展必不可缺的硬性條件。

智慧農(nóng)業(yè)

作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人升級(jí)芯片的選擇，FPGA實(shí)時(shí)高速采集功能，搭配ARM端高性能處理系統(tǒng)搭建機(jī)器人自動(dòng)識(shí)別采摘系統(tǒng)不為是最優(yōu)的選擇。Xilinx公司的Zynq 7000 系列的芯片作為控制器，既可以完成機(jī)器視覺算法，又可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制程序。此外，F(xiàn)PGA特有的并行處理能力可同時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別采摘，提高了采摘效率；在此期間，可以通過優(yōu)化算法和訓(xùn)練學(xué)習(xí)圖像數(shù)據(jù)，對(duì)果實(shí)好壞進(jìn)行分揀。

農(nóng)產(chǎn)品識(shí)別系統(tǒng)的工作流程可分為以下幾個(gè)步驟：

攝像頭采集圖像，將圖像信息通過串口發(fā)送到FPGA，預(yù)處理圖像數(shù)據(jù)。

調(diào)用ZYNQ芯片的識(shí)別算法程序包，識(shí)別農(nóng)產(chǎn)品的種類，成熟度，大小等相關(guān)信息。

通過網(wǎng)絡(luò)、多媒體接口把相應(yīng)的農(nóng)產(chǎn)品信息顯示在觸摸屏和云端，實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面并記錄采摘信息。

在通過FPGA和軟件的協(xié)調(diào)下，對(duì)圖像中水果坐標(biāo)信息進(jìn)行計(jì)算，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械臂對(duì)成熟果實(shí)進(jìn)行采摘操作。

基于Zynq 7000系列FPGA農(nóng)業(yè)生產(chǎn)識(shí)別系統(tǒng)流程框架圖

隨著農(nóng)業(yè)升級(jí)硬件需求的不斷增加，米爾電子基于Xilinx Zynq 7000系列7Z010/7Z020處理器，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)單易開發(fā)的單板Z-turn Board，大容量存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，支持系統(tǒng)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；擁有豐富的接口，攝像頭接口，HDMI顯示接口，LCD 接口，可連接高清觸摸屏幕，顯示各類數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)控和農(nóng)作物實(shí)時(shí)管理；擁有千兆網(wǎng)口和CAN，PMOD，豐富的I/O等數(shù)據(jù)通訊接口，可輕松應(yīng)對(duì)各類場(chǎng)景下的多種功能需求。并且該單板支持PYNQ設(shè)計(jì)平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員可以通過Python語(yǔ)言和庫(kù)，利用Zynq中融合可編程邏輯和微處理器的優(yōu)勢(shì)來快速構(gòu)建更強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)。