基于HC9SDGl28單片機(jī)的智能車的設(shè)計(jì)
0 引言
輪式小車是智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)的主體部分,由車身、輪子、速度傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)軸等結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成。還包括提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)器,采集環(huán)境信息的攝像頭等模塊,綜合實(shí)現(xiàn)收集小車的自身狀態(tài)信息或外部環(huán)境信息,并對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、融合,動(dòng)態(tài)調(diào)整小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)在一定條件下的自主尋跡行駛。
本智能車采用PID控制算法,使用CCD線型攝像頭作為黑色引導(dǎo)線的檢測(cè)設(shè)備,經(jīng)LM393比較后供單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,圖像識(shí)別,從而可以進(jìn)行路徑識(shí)別。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用的是PC33886,使用直射型光電傳感器來測(cè)量速度,并將相關(guān)信息顯示在LCD液晶顯示屏上,并采用4個(gè)按鈕按鍵進(jìn)行參數(shù)設(shè)定,為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試提供了友好的人機(jī)交互界面。
1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)
整個(gè)車模系統(tǒng)可以分為三大部分:環(huán)境圖像采集部分、電機(jī)和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、中央數(shù)據(jù)處理部分,且采用16位微控器MC9S12DGl28B作為核心控制單元,系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)框圖
智能車的動(dòng)力部分使用的是常見的小型永磁式直流電機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路非常成熟,既有分離元件組成的驅(qū)動(dòng)器,也有一體化的功率集成驅(qū)動(dòng)芯片可供選用。
智能汽車最重要的部件,也就是智能汽車的大腦——中央處理系統(tǒng)。它不僅負(fù)責(zé)將環(huán)境圖像采集部分送來的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,還要將這些信息轉(zhuǎn)化成為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào),使整車按照預(yù)定的規(guī)則前行,這就要求該系統(tǒng)具有龐大的數(shù)據(jù)處理能力。
2 路面檢測(cè)模塊
2.1 路面檢測(cè)方案比較及可行性分析
環(huán)境圖像采集部分可以采用陣列紅外探頭和CCD或CMOS圖像傳感器來實(shí)現(xiàn),前者的特點(diǎn)是價(jià)格低廉、電路簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便,缺點(diǎn)是性能有限,對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力較弱,效果較差。而CCD或COMS圖像傳感器(攝像頭)就能彌補(bǔ)陣列紅外探頭的各種缺點(diǎn)。
為了能快速采集圖像數(shù)據(jù)并且兼顧開發(fā)的難易程度,在此次設(shè)計(jì)中將采用輸出標(biāo)準(zhǔn)TV視頻信號(hào)的黑白監(jiān)控?cái)z像頭。這種攝像頭可以配合行、場(chǎng)同步信號(hào)分離電路和單片機(jī)自身的A/D轉(zhuǎn)換電路,可以將圖像方便地采集進(jìn)來,從而回避數(shù)字型攝像頭復(fù)雜的總線協(xié)議和數(shù)據(jù)處理過程。
2.2 硬件設(shè)計(jì)
LM1881視頻同步信號(hào)分離芯片可以從攝像頭信號(hào)中提取信號(hào)的時(shí)序信息,LM1881的同步分離電路如圖2所示。
圖2 LM1881 同步分離電路圖
引腳2為視頻信號(hào)輸入端,攝像頭信號(hào)即由此輸入LM1881,引腳3為場(chǎng)同步信號(hào)輸出端,當(dāng)攝像頭信號(hào)的場(chǎng)同步脈沖到來時(shí),該端將變?yōu)榈碗娖?,一般維持 230μs,然后重新變回高電平,引腳7為奇一偶場(chǎng)同步信號(hào)輸出端,當(dāng)攝像頭信號(hào)處于奇場(chǎng)時(shí),該端為高電平,當(dāng)處于偶場(chǎng)時(shí),為低電平。奇一偶場(chǎng)的交替處與場(chǎng)同步信號(hào)的下降沿同步,也就是和場(chǎng)同步脈沖后的上升沿同步。
3 速度傳感器
3.1 方案選擇
(1)霍爾傳感器配合稀土磁鋼
優(yōu)點(diǎn):獲取信息準(zhǔn)確、體積小、不增加后輪負(fù)載。
缺點(diǎn):齒輪出靠近主驅(qū)動(dòng)電機(jī),容易受磁場(chǎng)干擾,對(duì)齒輪打孔容易順壞齒輪。
(2)光電傳感器
優(yōu)點(diǎn):體積小、不增加后輪負(fù)載、反射型方案對(duì)原有器件不需要再加工。
缺點(diǎn):精度受到光電管體積的限制。
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評(píng)論