智能循跡小車硬件設(shè)計及路徑識別算法
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主電機驅(qū)動電路采用大賽組委會指定的競賽用電池直接為MC33886及主電機供電。MC33886的所有輸入、輸出信號均采用TLP521-4光電耦合芯片隔離，以避免驅(qū)動電路對單片機的正常工作造成干擾。為了保證MC33886散熱良好，該電路板上依據(jù)MC33886數(shù)據(jù)手冊的推薦樣式設(shè)計了散熱敷銅并為MC33886安裝了散熱片。焊接、裝配時，將電路板正面的敷銅與MC33886底部的裸露的散熱銅焊盤焊接在一起，可大大增強芯片的散熱能力。
1．3 舵機轉(zhuǎn)向模塊
利用汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)原理，為了保證小車在轉(zhuǎn)彎過程中，既能快速響應(yīng)，又防止速度過快沖出跑道，把舵機的位置進行了提升，可以增大力矩，使小車快速響應(yīng)，按照軌跡進行快速轉(zhuǎn)彎。測量出攝像頭能夠檢測到的黑線位置，并量車距離為b，測量車正中間和黑線的橫向距離為a，那么轉(zhuǎn)角的正切就等于b／a，如圖3所示?？梢允褂眠@個方法，把黑線從視野最左端移動到最右端，分別測量出轉(zhuǎn)角。由于舵機連桿加長，可發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)角于舵機的PWM值基本是線性的，所以舵機控制采用P控制即可。再考慮到轉(zhuǎn)彎必須有一定的及時性，所以并不采用PID控制。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/172988.htm
1．4 速度測量模塊
考慮到成本要求，采用了紅外對管和黑白碼盤作為測速模塊的硬件構(gòu)成。其中碼盤為32格的黑白相間圓盤，如圖4所示。
紅外傳感器安裝在正對碼盤的前方，雖然這樣做精度比編碼器要低很多，但是成本低廉制作容易，如果智能車速度較快，可以考慮再減少碼盤上黑白色條的數(shù)量即可。
當圓盤隨著齒輪轉(zhuǎn)動時，光電管接收到的反射光強弱交替變化，由此可以得到一系列高低電脈沖。設(shè)置MC9S12DG128的ECT模塊，同時捕捉光電管輸出的電脈沖的上升沿和下降沿。通過累計一定時間內(nèi)的脈沖數(shù)，或者記錄相鄰脈沖的間隔時間，可以得到和速度等價的參數(shù)值。
2 圖像采集及處理
2．1 圖像采集
常用的攝像頭視頻輸出信號是PAL電視機制式，它的工作原理與電視機的工作原理相似：在一定分辨率下，每秒掃描25幀圖像，每幀圖像含有625行信息，分為奇、偶場，進行隔行掃描，總共每秒50場信號，每場有312．5行信息，從奇數(shù)行開始掃描，即依次掃描第1、3、5、7、
9……行，當掃描完奇數(shù)場后，再開始掃描偶數(shù)場，構(gòu)成一幀圖像。
對圖像的采集即是根據(jù)攝像頭的行信號和場信號對圖像模擬量采集。輸出信號包括行同步信號，場同步信號，圖像時間，以及各種消隱時間。行同步信號代表一行的圖像數(shù)據(jù)掃描開始，場同步信號代表一幀的圖像數(shù)據(jù)掃描開始。要完成圖像的正確采集，必須嚴格遵守時序的要求：當捕捉到一行信號時，開始對該行各點的模擬量進行采集，當下一行信號發(fā)生時表明該行采集完畢，需要對下一行的模擬量進行采集。
2．2 圖像采集的主要硬件設(shè)計
攝像頭產(chǎn)品說明上通常會給出有效像素和分辨率，分辨率即為每場信號中真正為視頻信號的行的數(shù)目。但產(chǎn)品說明上通常不會具體介紹視頻信號行的持續(xù)時間、它們在每場信號中的位置、行消隱脈沖的持續(xù)時間等參數(shù)，而這些參數(shù)又關(guān)系到圖像采樣的有效實現(xiàn)。因此需要設(shè)計軟、硬件方法實際測量一下這些參數(shù)。
經(jīng)過測量，所采用的CMOS攝像頭每秒能夠輸出25幀圖像信號，每幀分為奇場和偶場，每場包含312線，那么，每條線的掃描時間大約為64 μs。
通常，攝像頭橫向(行方向)的像素數(shù)遠多于對單行視頻信號A／D采樣的點數(shù)。真正決定賽車圖像采樣模塊實際橫向分辨能力的不是攝像頭橫向的像素數(shù)，而是A／D采樣單行視頻信號的點數(shù)。所以，把攝像頭旋轉(zhuǎn)了90°使用，把以前的線信號組合起來，變成行信號，所以在一行的賽道信息上最多采集到312個點，這樣就可以滿足路徑識別的需要了。
攝像頭使用12 V的電源供電，所以設(shè)計了升壓電路，如圖5所示。
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