基于Zynq 7000系列單板的FPGA米爾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)識(shí)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(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，FPGA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：

(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(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。

(3) 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。

(4) 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語言和庫，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)。

米爾基于Xilinx -7Z010/20單板

附基于Xilinx -7Z010/20處理的MYS--7Z010/20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(chǔ)：QSPI 默認(rèn)16MB，TF CARD槽（支持外部啟動(dòng)）

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(chǎng)景。

Z-turn+Z-turn IO Cape

關(guān)于米爾電子，專注嵌入式處理器模塊設(shè)計(jì)和研發(fā)，是領(lǐng)先的嵌入式處理器模組廠商。米爾電子在嵌入式領(lǐng)域具有20年的行業(yè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為客戶提供專業(yè)的ARM工業(yè)控制板、ARM開發(fā)板、ARM核心板、ARM開發(fā)工具、充電樁計(jì)費(fèi)控制單元及充電控制板等產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。此外，米爾電子還可通過涵蓋眾多ARM處理器及操作系統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)提供定制設(shè)計(jì)解決方案，通過專業(yè)且高效率服務(wù)幫助客戶加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。