基于摄像头的智能车控制系统的设计

为 了 提 高 速 度 检 测 的 精 度 和 准 度 ，本 系 统 采 用 了 欧 姆 龙 Ｅ６Ａ２系 列 光 电 编 码 器 作为测速模块，该编码器每转一圈输出２００ 个脉冲信号，完全满足高精度测速的要求。 将编码器的脉冲输出连接到 ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２８ＭＡＡ的ＰＴ７脉 冲 捕 获 引 脚 ， 采 用 １６位 脉 冲 累 加 器 对 其 进 行 计 数 ，从 而 确定小车的运行速度。 １ ． ６ 人机接口电路
４ 建议
（１）ＲＴＫ测 量 与 静 态ＧＰＳ测量相同，首 先 得 到 的 是 ＷＧＳ～ ８４坐 标 ，必 须 通 过 一 定 的坐标转换关系才能得到用户坐标系坐 标，转换参数的求取精度对测量成果有很 大影响，因此在实际应用中首先应注意起 算点精度，特别应注意采用一定的方法检 核起算点的相对精度；同时，转换参数有一 定的区域性，它仅适用于起算点所圈定的 一定区域，外推精度随距离增加降低明显， 因此在实际工作中应尽量选择能覆盖整个 测 区 且 分 布 均 匀 的 起 算 点 。（２）若 已 知 起 算 点 为 静 态 ＧＰＳ控 制 网 成 果 ，可 利 用 已 有 ＷＧＳ～８４坐标及用户坐标建立坐标转换关
“ 飞 思 卡 尔 ”杯 全 国 大 学 生 智 能 车 竞 赛 已举办多届，此项赛事专业知识涉及控制、 模 式 识 别 、传 感 技 术 、汽 车 电 子 、电 气 、计 算 机 、机 械 等 多 个 学 科，旨 在 加 强 大 学 生 的 创 新 意 识 、团 队 合 作 精 神 和 培 养 学 生 的 创 新 能 力 。根 据 大 赛 组 委 会 要 求，赛 道 由 白 色 底 板和黑色引导线组成，可以通过光电传感 器和摄像头两种方案对黑线进行寻迹，在 这两种方案中，采用的控制器都是由组委 会 指 定 的 。本 文 讨 论 的 是 基 于 摄 像 头 方 案 的 智 能 车 控 制 系 统，系 统 具 有 电 路 简 单 、重 量轻和前瞻远等特点，保障了小车在高速 运动中的稳定性和急转弯时不冲出赛道。
１ 系统硬件设计
１ ． １ 系统硬件总体框架
系统硬件总体框架如图１所示，以摩托 罗 拉 公 司 的 １６位 单 片 机 ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２８ＭＡ Ａ为 控 制 核 心 ，外 围 扩 展 ５Ｖ／６Ｖ电 源 电 路 、 直流电机驱动电路以及拨码开关输入和ＬＥ Ｄ显 示 等 电 路 。其 中 ，电 源 电 路 中 的 ５Ｖ给 单 片机和数字摄像头ＯＶ６６２０供电，６Ｖ给舵机 Ｓ３０１０供电，采用６Ｖ供电可以提高舵机的反 应速度。 １．２ 电源电路
拟合直线，得到直线的斜率，根据此斜率控 制 舵 机 的 转 向 。在 算 法 上 ，采 用 ＰＤ，并 结 合 单独一行的偏差与斜率共同控制舵机转 向，具体选择哪行参与转向控制，本系统采 用高速看远低速看近的原则来选择，具体 实现时，要结合小车的运行速度去确定。
在速度控制上，本系统也采用传统的 ＰＤ算 法 ，将 速 度 偏 差 作 为 算 法 输 入 ，ＰＷＭ 占空比作为算法输出，从而达到给定运行 速度的控制目的。
电源电路产生５Ｖ和６Ｖ两路直流电压。 其中，５Ｖ由 电 池 电 压 通 过 低 压 差 稳 压 器 ＬＭ２９４０稳 压 到 ５Ｖ输 出 ；６Ｖ由 ＬＭ１１１７－ＡＤＪ 产 生 。具 体 的 电 源 电 路 如 图 ２所 示 。 １ ． ３ 图像采集电路
赛道黑色引导线的采集由数字摄像头 ＯＶ６６２０来 实 现 ，该 摄 像 头 采 用 ５Ｖ供 电 ，与 系统主控芯片供电电压相同，省略了一般 模 拟 摄 像 头 需 要 的 １２Ｖ供 电 电 路 。ＯＶ６６２０ 直 接 输 出 ８位 亮 度 信 号，无 需 Ａ／Ｄ转 换 ，同 时 输 出 场 同 步 、行 同 步 等 信 号 ，可 直 接 与 单 片 机 的 Ｉ ／ Ｏ 和 中 断 输 入 引 脚 相 连 。实 际 使 用
图 ３ 直流电机驱动电路
图 ４ 系统主程序流程
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完 全 可 满 足 Ⅰ 级 导 线 点 （５”以 下 ）的 规 范 精 度要求。
尽管ＧＰＳ ＲＴＫ测量的标称精度及实测 精 度 完 全 满 足 Ⅰ 级 导 线 点 ５ ”点 以 下 的 规 范 精度要求，但目前的规范对利用ＧＰＳ ＲＴＫ 测量进行Ⅰ级导线甚至更高的精度的控制 测量，其采集数据的方法，数量等等还没有 明确的规定，因此还需要用大量的实践来 证 实 。实 际 测 量 中 还 必 须 采 取 足 够 的 检 核 手段，确保测量的准确性。
依据黑线位置识别算法可以得到所有 行与中心点的偏差，然后通过最小二乘法，
图 １ 系统硬件总体框架
图 ２ 系统电源电路
科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
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科技资讯 ２００９ ＮＯ．２６ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
时 ，亮 度 信 号 Ｙ７～ Ｙ０连 接 到 ＰＢ７～ ＰＢ０；场 同步信号连接到ＰＨ７；行 同 步 信 号 连 接 到 ＰＨ６。在 软 件 设 计 时 ，场 同 步 信 号 采 用 软 件 查询，行同步信号产生中断，在中断服务程 序中，读取亮度信号，即赛道信息。 １ ． ４ 直流电机驱动电路
直流电机驱动电路采用组委会推荐的 专 用 电 机 驱 动 芯 片 ＭＣ３３８８６，驱 动 电 路 如 图 ３所 示 。其 中 ，Ｖ１＋接 电 池 正 极 ；ＶＣＣ接 系 统 ＋ ５Ｖ；ＯＵＴ１和 ＯＵＴ２接 直 流 电 机 ；ＰＷＭ０ 和 ＰＷＭ１控 制 ＭＣ３３８８６输 出 不 同 的 直 流 电 压 。为 了 增 强 电 机 的 驱 动 能 力 ， 采 用 两 片 ＭＣ３３８８６相 并 联 ，另 外 一 片 ＭＣ３３８８６的 连 接 与 图 ３完 全 相 同 。两 片 ＭＣ３３８８６的 ＩＮ１和 ＩＮ２脚 由 同 一 ＰＷＭ０和 ＰＷＭ１分 别 控 制 ，通 过 控 制 ＰＷＭ的 占 空 比 和 极 性 ，可 以 实 现 对 直流电机的转速和方向进行控制，从而实 现 小 车 在 跑 道 上 的 加 速 、减 速 和 反 向 制 动 。 １．５ 测速电路
关参数进行重新设置，大大提高了系统的 灵活性。
２ 系统软件设计
２ ． １ 黑线位置识别算法
小车前方的跑道信息由数字摄像头 ＯＶ６６２０采 集 ，如 何 根 据 采 集 到 的 大 量 数 据 确定黑线位置，这就涉及到路径识别问题。 由于今年跑道的底板颜色不一定是白色 的 ， 有 可 能 是 蓝 色 、黄 色 的 或 是 黑 色 的 ， 因 此路径识别算法非常重要，否则有可能将 跑 道 底 板 认 为 是 黑 色 引 导 线 。根 据 采 集 到 的某行数据，以确定其黑线位置为例，本系 统采用的黑线位置识别算法大致过程为： 从采集到的某行数据的中心位置开始，首 先判断该中心点是否为黑点，如果是，则从 该中心点先向右依次搜索白点，若搜到，记 下最后一个黑点位置，假设为ｂｌａｃｋ＿ｒ；若搜 索 不 到 白 点 ， ห้องสมุดไป่ตู้ 行 数 据 作 废 ， 算 法 结 束 。若 搜索到白点，则再从该中心点向左依次搜 索白点，同样若搜索到白点，记下最后一个 黑 点 位 置，假 设 为ｂｌａｃｋ＿ｌ；若 搜 索 不 到 白 点 ， 该 行 数 据 作 废 ， 算 法 结 束 。在 该 行 数 据 有效的情况下，其黑线中心位置为（ｂｌａｃｋ＿ｒ ＋ ｂｌａｃｋ＿ｌ）／２。
工 业 技 术
科技资讯 ２００９ ＮＯ．２６
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
基于摄像头的智能车控制系统的设计
王文杰 凌六一 （ 安徽理工大学电气与信息工程学院 安徽淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
摘 要：介绍了一种采用数字摄像头识别路径的智能车控制系统。系统以单片机ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２８为控制核心，给出了电机驱动、速度检测
能自动停车的，最终成绩加１秒。
３ 结语
在系统设计完成后，以第三届华东赛 区的实际跑道为参考，经过多次的调试运 行，智能车系统运行状态良好，平均速度达 到 ２ｍ／ｓ。然 而 ，系 统 也 存 在 诸 多 不 足 ，如 起 始 线 识 别 不 准 确 ， 存 在 漏 检 、误 检 ； 寻 找 黑 线位置算法的运行时间较长，也有待改进； 小车总体运行速度较慢，控制策略还有较 大的改进空间。
参考文献
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工 业 技 术
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人 机 接 口 由 拨 码 开 关 和 ＬＥＤ数 码 管 显 示 两 部 分 组 成 。ＬＥＤ数 码 管 主 要 用 于 小 车 调试时，显示一些系统运行的参数，它由单 片 机 的 Ｉ／Ｏ口 直 接 驱 动，为 了 降 低 系 统 功 耗 ，在 单 片 机 的 Ｉ／Ｏ口 与 数 码 管 的 位 段 之 间 串 入 了 限 流 电 阻 。拨 码 开 关 用 于 设 置 一 些 重 要 的 参 数，如 小 车 的 直 道 速 度 、弯 道 速 度 等 ，拨 码 开 关 非 常 必 要 ，在 实 际 比 赛 时 ，往 往需要根据试跑结果，通过拨码开关对相
系 统 主 程 序 流 程 如 图 ４所 示 。首 先 对 系 统进行初始化操作，主要包括系统时钟设 置 、速 度 设 置 、ＰＷＭ初 始 化 等 ；接 下 来 延 时 ２秒然后系统正式起动，接下来进行图像采 集 、寻 找 黑 线 位 置 并 根 据 偏 差 进 行 舵 机 转 向 控 制 和 速 度 控 制 。当 小 车 跑 完 指 定 圈 数 后 ， 应 自 动 刹 车 。根 据 大 赛 组 委 会 要 求 ， 不