一種智能循跡小車設計方案
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系統(tǒng)初始化模塊
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/184612.htm系統(tǒng)初始化模塊主要完成硬件的初始化工作，包括以下幾個方面：
(1)鎖相環(huán)初始化：單片機采用了鎖相環(huán)技術，即外部時鐘頻率較低，采用16MHz晶振，從而提高整個系統(tǒng)的電磁兼容能力，而內部通過鎖相環(huán)將系統(tǒng)時鐘改變至80MHz，從而提高片內CPU運行速度。倍頻公式如下：
鎖相環(huán)初始化部分需要對相應的寄存器進行設置。
(2)脈寬調制(PWM)模塊初始化：PWM在本系統(tǒng)中主要用于驅動兩個伺服電機，一個是電機，另一個是舵機，通過程序調節(jié)波形的周期和占空比實現(xiàn)對伺服電機的控制。調節(jié)信號是經(jīng)路徑識別和系統(tǒng)決策后給出的，這樣就能實現(xiàn)小車的自動控制。
(3)增強型捕捉定時器(ECT)模塊初始化：此模塊主要用于速度測量，在單位時間內對測速模塊送入的脈沖進行捕捉并計數(shù)，從而計算小車運行的速度。
(4)串口模塊初始化：為了便于調試，本系統(tǒng)利用串行通信接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。串口部分程序主要是初始化各寄存器，其中包括設置波特率、數(shù)據(jù)格式、接收發(fā)送功能使能、設置模式等。
圖像采集模塊
為了提高本系統(tǒng)的實時性，視頻采集采用外部中斷觸發(fā)的方式采樣圖像數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)選用OV7620的YUV16位數(shù)據(jù)制式。YUV16視頻信號的場頻為60Hz，即一場信號將持續(xù)16.67ms，且一般每場攝像頭掃描480線。HREF(行同步信號)、VSYNC(場同步信號)為采集控制信號，分別接到單片機的PJ7和PJ6口，設置PJ口，使PJ7能響應上升沿中斷;PJ6能響應下降沿中斷。采樣系統(tǒng)的程序流程圖如圖8所示。
路徑識別
路徑識別的第一步就是要對采樣圖像進行處理，即根據(jù)攝像頭傳回來的視頻信號提取出黑線的位置。常用的黑線提取算法分為二值化算法、直接邊緣檢測算法和跟蹤邊緣檢測算法。
在首行邊緣檢測正確的前提下，跟蹤邊緣檢測算法具有較強的抗干擾性，能更有效地消除道路外黑色圖像的影響，始終跟蹤目標引導線。另外，較之前兩種算法，跟蹤邊緣檢測算法的時間復雜度更低，效率更高。
因此本文選擇跟蹤邊緣檢測算法。核心思想就是對每一行從左往右對像素點進行掃描，尋找灰度值突然降低并且其右邊幾個點的灰度值與其相似的那個點，將這個點作為該行圖像中黑線的左邊緣，從而完成對道路的識別。
PID控制器以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一[6]。對于舵機的閉環(huán)控制，本文采用PD控制，其中，P項是在圖像中選出一行，計算其中黑線與圖像中心位置的偏差，而D項由兩種值共同決定，一種是將選定行的黑線位置與上一幅圖片中的位置相減，從而反映其變化率;另一種是利用圖像中的兩行算出黑線與小車的夾角，這個夾角可以反應黑線與小車位置偏差的變化率。對于速度控制，基本思想是直道加速以提高運行速度，彎道減速以增強穩(wěn)定性。本文采用了增量式PID控制算法，在調試中將每場圖像得到的黑線位置偏差與速度PID參考速度值構成二次曲線關系，最終將參數(shù)調節(jié)至與舵機轉向控制配合較好，從而使小車在直道加速行駛，而彎道減速增強穩(wěn)定性。
總結
本文以MC9S12XS128單片機為核心，通過CCD攝像頭采集道路信息并轉化為數(shù)字信號傳給單片機，攝像頭通過行中斷和幀中斷通知單片機接收數(shù)據(jù)，單片機分析收到的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過濾波，二值化等一系列的圖像處理過程，提取出道路信息，采用PD方式對舵機轉向進行反饋控制。同時通過編碼器測速對速度進行PID反饋控制，最終完成了智能車的自主巡線和速度控制功能。
實驗證明，本文設計的系統(tǒng)適應性強，實時性好，能夠準確快速地沿道路循跡運行。
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