攝像頭識別的智能車硬件系統(tǒng)設(shè)計

摘要：智能車在探測、救生等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，針對圖像識別智能車缺乏穩(wěn)定的運行狀況，提出一套完整的硬件設(shè)計思路。該系統(tǒng)以飛思卡爾公司的MC9S12XSl28單片機為核心控制器，設(shè)計智能車整體硬件系統(tǒng)框架，并詳細給出了智能車電源單元電路、電機驅(qū)動模塊、舵機控制的電路圖。通過分析路徑信息采集、速度信息采集、以及對輸入／輸出模塊與單片機連接，說明如何構(gòu)成一個閉環(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)定的運行。
關(guān)鍵詞：NC9S12XC128；攝像頭；智能車；速度控制

0 引言
近年來，智能車輛和智能交通已成為汽車和智能控制領(lǐng)域的研究熱點之一。智能車即輪式移動機器人，智能車的設(shè)計涉及模式識別、傳感技術(shù)、電子、控制、計算機、機械和電源等多個學(xué)科。智能小車能在非特定環(huán)境下工作，在探測、救生等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，對智能循跡系統(tǒng)的研制和改進，對上述領(lǐng)域產(chǎn)品的研發(fā)具有推動作用。
本文以第七屆飛思卡爾智能車比賽為背景，討論攝像頭識別的智能車在復(fù)雜道路條件下的運行情況。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，其中兩路用來控制車速，一路用來控制舵機的方向。三路信號均通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，來控制直流電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和舵機的轉(zhuǎn)向。實現(xiàn)對智能車的良好精確的控制，沒有一套合理穩(wěn)定的硬件電路是難以保證智能車的良好運行。本文主要對智能車的硬件系統(tǒng)進行相關(guān)設(shè)計。

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、舵機和電機驅(qū)動，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、實時控制和輸入／輸出部分，構(gòu)成一個閉環(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，識別道路狀況，通過處理采集到的圖像，對小車實施實時控制。本文利用單片機MC9S12XS128處理采集到的數(shù)據(jù)，用舵機和驅(qū)動電路驅(qū)動電機，控制小車的運行。
智能車設(shè)計的完整方案是：用攝像頭采集道路信息，攝像頭內(nèi)部集成了ADC和圖像的行場分離芯片LM1881。根據(jù)采集到的一場圖像情況，計算出賽道的曲率半徑，對于賽道不同彎曲程度，用不同的PWM信號控制舵機的轉(zhuǎn)向和電機的轉(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
2．1 電源電路單元
整個智能車的供電來自充電電池，正常情況下充電電池電壓為7．2 V，電池容量為2 A·h。智能車各模塊對電源的要求不同，特別是對電壓的要求，以及對電壓穩(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。