攝像頭識(shí)別的智能車硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：智能車在探測(cè)、救生等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，針對(duì)圖像識(shí)別智能車缺乏穩(wěn)定的運(yùn)行狀況，提出一套完整的硬件設(shè)計(jì)思路。該系統(tǒng)以飛思卡爾公司的MC9S12XSl28單片機(jī)為核心控制器，設(shè)計(jì)智能車整體硬件系統(tǒng)框架，并詳細(xì)給出了智能車電源單元電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)控制的電路圖。通過(guò)分析路徑信息采集、速度信息采集、以及對(duì)輸入／輸出模塊與單片機(jī)連接，說(shuō)明如何構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。以上硬件系統(tǒng)應(yīng)用在智能車中得到了穩(wěn)定的運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：NC9S12XC128；攝像頭；智能車；速度控制

0 引言
近年來(lái)，智能車輛和智能交通已成為汽車和智能控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。智能車即輪式移動(dòng)機(jī)器人，智能車的設(shè)計(jì)涉及模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、控制、計(jì)算機(jī)、機(jī)械和電源等多個(gè)學(xué)科。智能小車能在非特定環(huán)境下工作，在探測(cè)、救生等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)智能循跡系統(tǒng)的研制和改進(jìn)，對(duì)上述領(lǐng)域產(chǎn)品的研發(fā)具有推動(dòng)作用。
本文以第七屆飛思卡爾智能車比賽為背景，討論攝像頭識(shí)別的智能車在復(fù)雜道路條件下的運(yùn)行情況。該系統(tǒng)采用MC9S12XS128微控制器作為核心控制器并結(jié)合OV7620圖像傳感器獲取路況信息。微控制器輸出三路PWM信號(hào)，其中兩路用來(lái)控制車速，一路用來(lái)控制舵機(jī)的方向。三路信號(hào)均通過(guò)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比，來(lái)控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和舵機(jī)的轉(zhuǎn)向。實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車的良好精確的控制，沒(méi)有一套合理穩(wěn)定的硬件電路是難以保證智能車的良好運(yùn)行。本文主要對(duì)智能車的硬件系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。

1 智能車硬件系統(tǒng)整體框架
智能車硬件系統(tǒng)主要包括控制器、電源電路單元、輸人設(shè)置、攝像頭OV7620圖像采集、車速檢測(cè)、舵機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，串口通信等模塊。按照以上模塊的功能，小車的硬件系統(tǒng)可以分成：電源部分、信息獲取部分、信息處理部分、實(shí)時(shí)控制和輸入／輸出部分，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的
控制系統(tǒng)。圖1為智能車整體硬件組成系統(tǒng)。

智能車競(jìng)賽攝像頭組的小車用攝像頭采集道路信息，利用采集到兩條黑色邊界線和白色賽道的灰度值不同，識(shí)別道路狀況，通過(guò)處理采集到的圖像，對(duì)小車實(shí)施實(shí)時(shí)控制。本文利用單片機(jī)MC9S12XS128處理采集到的數(shù)據(jù)，用舵機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制小車的運(yùn)行。
智能車設(shè)計(jì)的完整方案是：用攝像頭采集道路信息，攝像頭內(nèi)部集成了ADC和圖像的行場(chǎng)分離芯片LM1881。根據(jù)采集到的一場(chǎng)圖像情況，計(jì)算出賽道的曲率半徑，對(duì)于賽道不同彎曲程度，用不同的PWM信號(hào)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得小車能夠智能化的沿著賽道行駛。

2 智能車硬件電路各部分的設(shè)計(jì)
2．1 電源電路單元
整個(gè)智能車的供電來(lái)自充電電池，正常情況下充電電池電壓為7．2 V，電池容量為2 A·h。智能車各模塊對(duì)電源的要求不同，特別是對(duì)電壓的要求，以及對(duì)電壓穩(wěn)定性的要求，所以需要選擇不同的穩(wěn)壓芯片。從電池中分離出不同的電壓，給各部分模塊供電。圖2為智能車供電系統(tǒng)。

以上電路的設(shè)計(jì)為防止電路之間產(chǎn)生干擾，采取了各模塊分離電源供電。舵機(jī)比較特殊，需要的電源電壓是6 V，這里采用LM2587-6穩(wěn)壓塊。具體電路如圖3所示。