米爾Zynq 7000系列單板的FPGA農(nóng)業(yè)生產(chǎn)識別系統(tǒng)

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，通過機(jī)器視覺技術(shù)對農(nóng)作物進(jìn)行自動檢測和識別已成為采摘機(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。

升級農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人，主控芯片該如何選擇呢？FPGA實(shí)時高速采集功能，搭配ARM端高性能處理系統(tǒng) ，必然是機(jī)器人構(gòu)建自動識別采摘系統(tǒng)最優(yōu)解決方案。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對多個目標(biāo)進(jìn)行識別采摘，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)，對果實(shí)好壞進(jìn)行分揀。

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

(1)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)。

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

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

(4)在通過FPGA和軟件的協(xié)調(diào)下，對圖像中水果坐標(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)識別系統(tǒng)流程框架圖隨著農(nóng)業(yè)升級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)了一款簡單易開發(fā)的單板Z-turn Board，大容量存儲設(shè)計(jì)，支持系統(tǒng)長期數(shù)據(jù)存儲；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)對各類場景下的多種功能需求。并且該單板支持PYNQ設(shè)計(jì)平臺，設(shè)計(jì)人員可以通過Python語言和庫，利用Zynq中融合可編程邏輯和微處理器的優(yōu)勢來快速構(gòu)建更強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)。

附基于Xilinx -7Z010/20處理的MYS-7Z010/20-V2單板資料：

SOC：Xilinx Zynq-7010/20 高性能雙核ARM Cortex-A9處理系統(tǒng)（PS），F(xiàn)PGA架構(gòu)：可編程邏輯單元XC7Z010（28K，約43萬邏輯門）XC7Z020（85K，約1.3M邏輯門）。

系統(tǒng)內(nèi)存：1GB DDR3 SDRAM（512MB*2）

存儲：QSPI 默認(rèn)16MB，TF CARD槽（支持外部啟動）

網(wǎng)絡(luò)：一路千兆網(wǎng)口

視頻：HDMI接口

USB：USB HOST*2

JTAG：1路PS/PL復(fù)用 JTAG接口（進(jìn)行編程調(diào)試下載）

供電：5V/0.5A

為了開發(fā)的多樣性，米爾還為Z-turn Board設(shè)計(jì)出專屬Z-turn IO Cape，擴(kuò)展了Z-turn 的普通IO，ADC，LCD，攝像頭接口等，能搭配更多的外設(shè)模組共同使用。大大擴(kuò)展了開發(fā)場景。

審核編輯黃宇