基于PIC單片機(jī)及圖像處理技術(shù)設(shè)計(jì)的智能臺(tái)球機(jī)器人

臺(tái)球源于英國，它是一項(xiàng)在國際上廣泛流行的高雅室內(nèi)體育運(yùn)動(dòng)。隨著各種運(yùn)動(dòng)的興起發(fā)展，臺(tái)球以其內(nèi)涵高雅、放松身心的特點(diǎn)越來越受大家歡迎。依靠單片機(jī)技術(shù)的日益成熟，基于單片機(jī)的小型化高精度控制過程的廣泛應(yīng)用，色度學(xué)、先進(jìn)光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展和電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及控制技術(shù)的不斷發(fā)展，我們計(jì)劃設(shè)計(jì)可以與人對(duì)打的臺(tái)球智能機(jī)器人，使人們可以在即使一個(gè)人的情況之下也可以享受臺(tái)球帶來的娛樂、休閑。

我們這次設(shè)計(jì)的智能臺(tái)球機(jī)器是以PIC單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，結(jié)合了圖像處理技術(shù)，PIC單片機(jī)控制電機(jī)系統(tǒng)，以及機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)等方面的知識(shí)，利用了各種芯片來實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)球系統(tǒng)的圖像采集處理技術(shù)，同時(shí)，使用各種電機(jī)來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和球桿的揮灑角度和力度系統(tǒng)。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以分為兩個(gè)方面：圖像處理系統(tǒng)、智能運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。智能運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)又包含兩個(gè)內(nèi)容：運(yùn)載系統(tǒng)和球桿系統(tǒng)。圖像處理系統(tǒng)采集桌面臺(tái)球的各種信息;智能運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)通過各種電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和揮球運(yùn)動(dòng)。

系統(tǒng)總體機(jī)構(gòu)

該智能臺(tái)球機(jī)器人由3部分構(gòu)成：圖像采集處理系統(tǒng)、智能運(yùn)載系統(tǒng)和智能球桿系統(tǒng)。

(一)、系統(tǒng)總體布局與原理框圖

通過microchip公司生產(chǎn)的32位PIC單片機(jī)對(duì)CMOS采集過來的圖像信息分析處理，然后向各個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送相應(yīng)的指令信息，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，執(zhí)行小車的運(yùn)動(dòng)，球桿瞄準(zhǔn)，以及控制球桿擊球的力度各項(xiàng)操作，完成一個(gè)智能臺(tái)球機(jī)器人的自動(dòng)捕捉和擊球全過程。其原理框圖如下所示：

(二)、系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

該智能臺(tái)球機(jī)器人結(jié)合了圖像處理系統(tǒng)，PIC單片機(jī)控制電機(jī)系統(tǒng)，以及機(jī)械機(jī)構(gòu)系統(tǒng)等方面的知識(shí)，是一個(gè)跨學(xué)科，多領(lǐng)域知識(shí)交叉的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。智能臺(tái)球機(jī)器人主要是由圖像處理系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和測速系統(tǒng)，以及機(jī)械機(jī)構(gòu)系統(tǒng)來協(xié)調(diào)完成智能擊球過程的。

圖像采集上對(duì)比CCD攝像頭的特點(diǎn)CMOS攝像頭不需要用視頻采集卡就能輸出數(shù)字信號(hào)，內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)體積較小。

圖像處理上利用CPLD和DSP協(xié)調(diào)的模塊，大大減少需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，加快了系統(tǒng)的傳輸速度，提高了上位機(jī)的工作效率。

運(yùn)載系統(tǒng)主要利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性, 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快, 控制精度高, 可靠性高, 是自動(dòng)控制系統(tǒng)中一種很好的執(zhí)行元件。

球桿系統(tǒng)主要通過步進(jìn)電機(jī)W1控制球桿的轉(zhuǎn)角來對(duì)擊球角度的瞄準(zhǔn)，步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，非超載狀態(tài)下，根據(jù)上述線性關(guān)系，再加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性誤差而無累積誤差，因此步進(jìn)電機(jī)適用于單片機(jī)控制。伺服電機(jī)W2控制球桿擊球的速度，利用伺服電機(jī)高精度、高可靠性的性能以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確擊球入袋的任務(wù)。

(三)、系統(tǒng)硬件組成及工作原理

1、 圖像處理系統(tǒng)

1.1 圖像處理系統(tǒng)的原理框圖

根據(jù)智能攝像機(jī)的工作原理，結(jié)合以前的數(shù)字圖像處理研究的成果，本圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括圖像采集、圖像存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理三個(gè)部分。對(duì)比CCD與CMOS圖像傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用CMOS數(shù)字圖像傳感器來構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)字化采集單元。

系統(tǒng)原理如圖1-1所示，通過攝像頭獲取桌面球的位置與顏色信息，通過CPLD采集控制器和FIFO幀處理器來進(jìn)行圖像存儲(chǔ)，并將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)紻SP數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行處理，采集球的位置信息和距離信息。將其傳輸給單片機(jī)進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。

1.2 圖像處理系統(tǒng)的主要部件

1.2.1 CMOS圖像傳感器

我們采用的CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭是OV6620。

OV6620采用PAL制式(國內(nèi)的普通電視機(jī)制式)，每秒25幀，分辨率為356*292，內(nèi)部集成了AD轉(zhuǎn)換模塊和視頻分離模塊，省去了1881視頻分離芯片。當(dāng)然，也可以當(dāng)模擬攝像頭來使用，比如調(diào)焦時(shí)，這時(shí)可以將視頻信號(hào)端接至OV6620的VTO端即可。

OV6620的優(yōu)點(diǎn)：供電電壓低，簡化電路;內(nèi)部集成AD和視頻分離模塊，簡化電路，并且使得采集程序簡單，采集質(zhì)量高;視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換在內(nèi)部進(jìn)行，減輕CPLD控制器負(fù)擔(dān)。

OV6620共有32個(gè)引腳，但我們真正能用到的不多。我在做智能車時(shí)僅僅用到13個(gè)引腳，其他引腳并未使用?，F(xiàn)在把常用的引腳列出來： Y0~Y7(數(shù)據(jù)輸出端，接單片機(jī)IO口)、VSYNC(場中斷信號(hào)端)、HREF(行中斷信號(hào)端)、VCC(接5V)、GND(接地)、VTO(接視頻采集卡調(diào)焦)，其他可能會(huì)使用到的引腳：PCLK(像素同步信號(hào)端)、FODD(奇偶場信號(hào)端)。

1.2.2 幀存儲(chǔ)器

美國Averlogic公司的大容量FIFO AL422B作為采集-處理的共享數(shù)據(jù)RAM。AL422B的存儲(chǔ)容量為3MB。由于目前1幀圖像信息通暢包含640*480個(gè)像素，每個(gè)像素占用1~3B，而市面上很多視頻存儲(chǔ)器由于容量限制，無法存儲(chǔ)1幀圖像的完整信息，其工作頻率達(dá)50MHz。AL422B應(yīng)用的要點(diǎn)如下：

1、384k*8b FIFO，支持VGA/CCIR/NTSC/PAL和HDTV分片率

2、獨(dú)立的讀/寫操作可接受不同的I/O數(shù)據(jù)率

3、高速異步串行存取，讀寫時(shí)鐘周期為20ns

4、輸出使能控制，自行刷新數(shù)據(jù)

5、工作電壓可為5V或3.3V

1.2.3 CPLD視頻采集器

這一部分的核心控制是由可編程門陣列FPGA發(fā)展為圖像采集處理的高速化、小型化、智能化開辟了新的空間。核心控制CPLD選用Altera公司的EMP7128SL85-15,主要用它來完成FIFO寫控制，通知DSP讀數(shù)據(jù)信號(hào)的產(chǎn)生等功能。EPM7128SL85-15具有2500個(gè)可用邏輯門，128個(gè)宏單元，8個(gè)邏輯塊，讀寫速度為15ns，帶有67個(gè)可供用戶使用的I/O引腳，PLCC封裝，可通過JTAG接口實(shí)現(xiàn)在線片成。通過硬件描述語言(VHDL)在集成開發(fā)環(huán)境MAX PLUS Ⅱ下完成邏輯設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，又降低了成本。CPLD的核心任務(wù)是是實(shí)現(xiàn)AL422B芯片的需要。

1.2.4 DSP數(shù)字信號(hào)處理器

采用TI公司的TMS320VC5402 DSP讀取AL422B中的視頻數(shù)據(jù)，并經(jīng)過軟件對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，處理后數(shù)據(jù)量將大大減少。TMS320VC5402 DSP主要特點(diǎn)如下：

先進(jìn)的改造型哈佛結(jié)構(gòu)，操作速率可達(dá)100MI/S。先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)，3條16b數(shù)據(jù)存儲(chǔ)總線和1條程序存儲(chǔ)總線;40b算術(shù)邏輯單元，包括1個(gè)40b桶形移位器和2個(gè)40b累加器;一個(gè)17*17乘法器和1個(gè)40b專用加法器，允許16b帶符號(hào)的懲罰;8個(gè)輔助寄存器及1個(gè)軟件棧，數(shù)據(jù)/程序?qū)ぶ房臻g1Mb*16b，內(nèi)置4k*16bROM和16k*16bRAM;內(nèi)置可編程等待狀態(tài)發(fā)生器，鎖相環(huán)時(shí)鐘產(chǎn)生器，2個(gè)多通道緩沖串行口，1個(gè)8b并行于外部處理器通信的HPI口，2個(gè)16b定時(shí)器以及6個(gè)通道DMA控制器;低功耗，工作電源有3V和1.8V。

2、 智能運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

2.1 運(yùn)載系統(tǒng)

2.1.1 運(yùn)載系統(tǒng)的原理框圖

通過前面的圖像處理系統(tǒng)計(jì)算出的擊球點(diǎn)的位置，計(jì)算出小車的行進(jìn)路線輸出給小車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使小車行駛到指定地點(diǎn)。

2.1.2 運(yùn)載實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要部件

1、 機(jī)器人小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)器人小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由控制器、功率變換器及電動(dòng)機(jī)三個(gè)主要部分組成。

( 1) 電機(jī)數(shù)量的選擇為了讓小車能靈活轉(zhuǎn)彎采用三輪小車, 前輪是拖動(dòng)輪, 兩個(gè)后輪分別用兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)分別改變兩臺(tái)電機(jī)方向時(shí), 可以使小車前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎。

( 2) 電機(jī)種類的選擇電動(dòng)小車采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性, 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快, 控制精度高, 可靠性高, 是自動(dòng)控制系統(tǒng)中一種很好的執(zhí)行元件。加上合適的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng), 完全可以完成機(jī)器人的各種功能。

2、 車速及路程計(jì)算模塊的選擇

采用開關(guān)型霍爾集成片, 在車輪上均勻地固定多個(gè)磁鐵, 車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生脈沖, 通過脈沖的計(jì)數(shù),對(duì)速度進(jìn)行測量。用轉(zhuǎn)速乘以車輪的周長, 就是小車行駛的路程。由于霍爾傳感器體積小, 靈敏度高,傳送過程中無抖動(dòng)現(xiàn)象且檢測安裝簡單, 廣泛應(yīng)用于電機(jī)測速系統(tǒng)。

3、 電源選擇方案

根據(jù)小車需要不停地運(yùn)動(dòng), 采用單一電源供電方案, 電方式比較簡單,但由于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間電流很大, 而且PWM 驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)較大, 會(huì)造成電源電壓不穩(wěn), 影響其他電路的正常工作。此方案將電機(jī)驅(qū)動(dòng)利用光電耦合器進(jìn)行連接。這樣可以解決由于PWM 驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響, 從而提高了系統(tǒng)的可靠性。2.2 球桿系統(tǒng)

2.2.1 球桿系統(tǒng)的原理框圖

根據(jù)圖像處理分析所得的桌面各球分布情況，和單片機(jī)編程語言中所設(shè)定選擇各球的順序，確定了目標(biāo)球的位置。小車運(yùn)行至球桿能夠擊到白球的距離范圍內(nèi)，此小車移動(dòng)過程中，球桿收至與球桌邊緣平行的方向，電機(jī)W1和W2均停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

到達(dá)擊球范圍內(nèi)時(shí)，小車停止運(yùn)行，根據(jù)圖像處理結(jié)果，以小車所在邊緣為基線，分析球桿所應(yīng)該旋轉(zhuǎn)的角度，把該信息賦予PIC32單片機(jī)，然后，通過單機(jī)片發(fā)送脈沖信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器M1，控制步進(jìn)電機(jī)W1完成相應(yīng)角度的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)過程中，為了提高步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行到位的，從起始到接近所需角度的過程中，可以用連續(xù)高頻脈沖縮短時(shí)間，然后在接近預(yù)定值的時(shí)候，則選用間斷低頻脈沖控制電機(jī)點(diǎn)動(dòng)到位，中斷其運(yùn)行。

接著，根據(jù)圖像處理結(jié)果，分析其桌球運(yùn)動(dòng)的路徑長度，在單片機(jī)中預(yù)設(shè)相應(yīng)的長度范圍，將其所需力度分為從高到低分為五檔;接著，通過單片機(jī)接收力度檔位信息，發(fā)送相應(yīng)的脈沖到伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器M2，使伺服電機(jī)W2分別以不同的速度連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，結(jié)束之后中斷其運(yùn)行。

由于電機(jī)W2的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的球桿做急回運(yùn)動(dòng)，快速擊球，然后較緩慢地返回原位置。

擊球完畢，白球獲得預(yù)定方向的速度接著進(jìn)行擊打彩球入袋，然后各球按照后續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)行至動(dòng)能為零靜止。

等待桌面各球靜止，重新掃描桌面情況，進(jìn)行新一輪的圖像處理分析，選擇下一個(gè)擊球目標(biāo)，球桿旋轉(zhuǎn)收回到與球桌邊緣平行，小車運(yùn)行至下一個(gè)目標(biāo)的擊球距離范圍。

2.2.1 球桿系統(tǒng)的主要部件

步進(jìn)電機(jī)W1

W1用于旋轉(zhuǎn)調(diào)整球桿部分的角度。

步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，非超載狀態(tài)下，根據(jù)上述線性關(guān)系，再加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性誤差而無累積誤差，因此步進(jìn)電機(jī)適用于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)通過輸入脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖總數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖的信號(hào)頻率決定。

直流伺服電機(jī)W2

W2用于控制球桿擊球的速度。

伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性, 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快, 控制精度高, 可靠性高, 是自動(dòng)控制系統(tǒng)中一種很好的執(zhí)行元件。加上合適的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng), 完全可以按照準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向完成各種功能。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L297芯片

步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是根據(jù)單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)進(jìn)行工作。因此，通過向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。

L297芯片是具有20管腳的雙列直插式塑膠封裝的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。它最多可產(chǎn)生四相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，能用半步(八拍)和全步(四拍)等方式驅(qū)動(dòng)單片機(jī)控制雙相兩極或四相單極步進(jìn)電機(jī)。其核心是脈沖分配器，L297還設(shè)有兩個(gè)PWM斬波器來控制繞線組電流。是想愛你恒流斬波控制。適用于雙極性兩相步進(jìn)電機(jī)或單極性四相步進(jìn)電機(jī)的控制。L297只需從上位機(jī)接受方向(正、反轉(zhuǎn))，模式(半步、基本步距)，時(shí)鐘(步進(jìn)脈沖)3個(gè)輸入信號(hào)。其工作初始狀態(tài)是ABCD=0101

L297驅(qū)動(dòng)器M1的輸出控制步進(jìn)電機(jī)W1。

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器BA6688L和BAL6686芯片

由單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)接收通道進(jìn)入信號(hào)解調(diào)電路BA6688L的12腳進(jìn)行解調(diào), 獲得一個(gè)直流偏置電壓, 該直流偏置電壓與電位器的電壓比較, 由BA6688L 的3腳輸出,送入電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路BAL6686, BAL6686 的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)W2。改變PWM 信號(hào)的占空比,可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。

標(biāo)準(zhǔn)球桿

球桿擊球端設(shè)置為圓球狀光滑表面結(jié)構(gòu);中間部分套在固定的小車基座上;在小車基座的兩固定端設(shè)計(jì)為一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，控制球桿擊打白球。

3、單片機(jī)的選擇

單片機(jī)選用microship公司的Cerebot 32MX4系列單片機(jī)。該Cerebot 32MX4的主要特點(diǎn)是具有一個(gè)全新Microchip® PIC32™微控制器。PIC32可提供工作頻率80MHz的32位MIPS處理器內(nèi)核、512KB的編程FLASH、32KB的RAM內(nèi)存以及眾多的外圍設(shè)備。這些設(shè)備包括USB控制器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口控制器、A/D轉(zhuǎn)換器以及更多的設(shè)備。該板具有大量的I/O接口和電源選項(xiàng)，其中也包括USB電源。它同時(shí)還具有與Microchip MPLAB開發(fā)軟件相兼容的內(nèi)置編程、調(diào)試電路。 Cerebot 32MX4擁有九個(gè)Digilent Pmod™外圍模塊連接器。可連接的Digilent Pmod包括H-bridge驅(qū)動(dòng)、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器、蜂鳴器、滑動(dòng)開關(guān)、按鍵開關(guān)、LED指示燈、以及易于連接的轉(zhuǎn)換器。

主要 用來實(shí)現(xiàn)對(duì)dsp數(shù)字信號(hào)處理器的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，與單片機(jī)獲得的其他系統(tǒng)信息進(jìn)行綜合分析，輸出系統(tǒng)所需的控制信號(hào)，對(duì)其他部分的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析和控制。

三、軟件流程

(一)系統(tǒng)軟件流程

在每次工作之前都要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置，然后再由單片機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)作，總流程如右圖所示：

先啟動(dòng)圖像處理系統(tǒng)，對(duì)采集到的信息進(jìn)行分析和處理。得到擊打臺(tái)球的位置。根據(jù)圖像處理系統(tǒng)的結(jié)果，通過單片機(jī)啟動(dòng)伺服電機(jī)，使小車運(yùn)行到指定位置，然后控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)球桿的角度，通過機(jī)械方式打擊出球。

(二)、圖像處理系統(tǒng)的軟件流程

在CMOS攝像機(jī)開始輸出信號(hào)之前，需要對(duì)OV6620的寄存器進(jìn)行配置，使其輸出系統(tǒng)所需要的圖像格式。

在每次系統(tǒng)設(shè)定工作都要對(duì)CMOS寄存器進(jìn)行設(shè)置，我們通過單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行初始化設(shè)置，主要是設(shè)置表中的寄存器。系統(tǒng)流程圖如圖2。系統(tǒng)執(zhí)行上電加載DSP程序，初始化程序后，單片機(jī)初始化OV6620和AL422B芯片。然后DSP即發(fā)送開始采集指令給CPLD，實(shí)現(xiàn)總線控制權(quán)交接，CPLD獲得總線控制權(quán)。通過CMOS采集一幀圖像解碼后存到FIFO存儲(chǔ)器中，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)寫入幀緩存后，CPLD關(guān)閉CMOS輸出，放棄總線控制權(quán)，并發(fā)送信號(hào)給DSP，進(jìn)入圖像處理程序。DSP通過緩存器和CLPD獲得圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)處理后數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇IC進(jìn)行電機(jī)控制部分。

我們采取的是一種基于DSP和CLPD結(jié)構(gòu)的圖像采集和處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。CPLD實(shí)質(zhì)上起到總線控制器的作用，DSP制作圖形算法使用，圖像采集獨(dú)立自主進(jìn)行，不參與采集過程，節(jié)省了DSP的時(shí)間，實(shí)時(shí)性好，實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)的思想。系統(tǒng)軟件對(duì)圖像進(jìn)行灰度、邊緣提取、反色的算法。

(三)、智能化系統(tǒng)的軟件流程

1.、小車系統(tǒng)軟件流程

1、1 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

下圖為伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路, 本系統(tǒng)有兩組驅(qū)動(dòng)電路, 分別負(fù)責(zé)兩個(gè)后輪電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng), 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)角)。首先由單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)接收通道進(jìn)入信號(hào)解調(diào)電路BA 6688L的12腳進(jìn)行解調(diào), 獲得一個(gè)直流偏置電壓, 該直流偏置電壓與電位器的電壓比較, 由BA6688L 的3腳輸出,送入電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路BAL6686, BAL6686 的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)。改變PWM 信號(hào)的占空比,可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。

1、2 測速檢測電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

霍爾集成傳感器是將霍爾元件、放大器、施密特觸發(fā)器以及輸出電路集成在一塊芯片上, 為用戶提供一種簡單化的和比較完善的磁敏傳感器?；魻杺鞲衅鳒y速的原理: 傳感器的位置固定在靠近小車車輪的適當(dāng)位置, 小車的輪上裝幾個(gè)磁鐵, 每當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)過霍爾傳感器時(shí), 引起磁場的變化?；魻柤蓚鞲衅鞣譃榫€性型和開關(guān)型兩大類, 本系統(tǒng)中選用的是開關(guān)型霍爾集成傳感器SS44E。SS44E 傳感器的信號(hào)放大器將霍爾元件產(chǎn)生的幅值隨磁場強(qiáng)度變化的霍爾電壓放大后再經(jīng)信號(hào)變換器, 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行整形,放大后輸出幅度相等, 頻率變化的方波信號(hào)脈沖, 計(jì)算脈沖的個(gè)數(shù), 即可確定旋轉(zhuǎn)物體的速度。如我們?cè)谛≤嚨妮S上安裝了4塊磁鐵, 則車輪旋轉(zhuǎn)一周霍爾傳感器計(jì)數(shù)4個(gè)脈沖。用1m in計(jì)量的脈沖數(shù)除以4就是小車的轉(zhuǎn)速。

2、球桿系統(tǒng)軟件流程

在步進(jìn)電機(jī)控制電路開始工作之前，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)器L297的主要參數(shù)進(jìn)行初始化，然后對(duì)它進(jìn)行將要運(yùn)算控制的配置。

當(dāng)導(dǎo)路小車到達(dá)擊球距離范圍內(nèi)靜止的時(shí)，單片機(jī)中斷，并跳轉(zhuǎn)到步進(jìn)電機(jī)W1驅(qū)動(dòng)電路，首先，單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器M1進(jìn)行初始化，然后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)W1進(jìn)行初始化，單片機(jī)把相應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)傳送至驅(qū)動(dòng)器M1，通過驅(qū)動(dòng)器的緩存配置，控制電機(jī)W1按照要求的N個(gè)脈沖進(jìn)行逆時(shí)針或者順時(shí)針步進(jìn)運(yùn)行，直到旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的α角后，電機(jī)W1驅(qū)動(dòng)電路中斷;單片機(jī)中斷，跳出到伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路W2，對(duì)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器M2進(jìn)行初始化，然后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)伺服電機(jī)W2進(jìn)行初始化，單片機(jī)把相應(yīng)頻率的連續(xù)脈沖信號(hào)傳送至驅(qū)動(dòng)器M2，通過驅(qū)動(dòng)器的緩存配置，控制電機(jī)W2作順時(shí)針連續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到旋轉(zhuǎn)滿一周后，電機(jī)W2驅(qū)動(dòng)電路中斷，電機(jī)W2旋轉(zhuǎn)過程中帶動(dòng)機(jī)械曲柄滑塊機(jī)構(gòu)做急回運(yùn)動(dòng)，快速擊打白球，使得白球運(yùn)動(dòng)擊打彩球入袋。擊球完畢，再次驅(qū)動(dòng)電機(jī)W1逆向旋轉(zhuǎn)α角，至原初始與球桌邊緣平行的位置。則一次單片機(jī)控制擊打制定目標(biāo)球過程結(jié)束。

該球桿系統(tǒng)中，通過對(duì)圖像處理后的目標(biāo)結(jié)果進(jìn)行定位，然后采用了高精度的單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)電子電路，伺服電機(jī)帶動(dòng)球桿機(jī)械運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)傳動(dòng)進(jìn)行擊球，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)較為智能化的智能桌球機(jī)器人。