毕业设计基于图像传感器的自动循迹智能车

系统软件流程图
软件的开发工具和系统的调试
• 1.CodewarriorV4.7软件及其应用 • Codewarrior软件是Metrowerks公司开发的软件集 成开发环境及IDE(intergrated develop inviroment)，Freescale的单片机都可以在 codewarior IDE软件下进行开发，codewarrior IDE 为软件开发提供了一系列的工具
智能车系统的分析
• 1.系统模型总体框图
• 2.系统控制电源模块分析
• 3.系统软件模块的分析
• 从该结构图中可以看出，系统的软件模块主要有： • 1. 单片机系统的初始化，包括单片机系统时钟的初始化、 ATD模块的初始化、PWM模块的初始化、增强型时钟模 块的初始化，还有一些输入输出口的初始化； • 2. 图像信号的采集：通过对图像信号波形的学习，根据图 像信号的特点，采集有效图像信号； • 3. 图像信号的处理：将采集到的信号存储在单片机中，通 过对图像信号的分析和判断来识别路径，判断黑线中间位 置，判断道路是直线还是曲线，以及通过计算判断出曲线 的斜率，从而进一步的控制舵机的转角和驱动电机的转速。 • 4. 舵机转角的控制和电机转速的控制：通过控制PWM口 的信号输出可以实现对舵机转角和轮速的控制
研究课题：基于图像传感器的自 动循迹智能车系统设置
指导老师： 学生： 专业：车辆工程
智能车概述
• 智能车是一种轮式移动机器人，它能够自主进行路径识别、 决策规划以选择最佳的行驶状态，智能车集中运用了自动 控制、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多 个学科的知识。随着控制技术、计算机技术和信息技术的 发展，智能车在工业生产和日常生活中已扮演了非常重要 的角色。车辆智能化是汽车工业今后的发展趋势，也是人 们对安全性、智能化要求越来越高未来汽车的发展方向。 随着计算机技术和信息技术为代表的高新技术的发展，智 能车辆技术的研究将会有突破性的进展。智能车辆系统的 实用化是智能车辆发展的前进方向，适应性强、环境适应 性好的智能车辆将是研究的重点。
• 2. 5V稳压电路设计和稳压芯片选取
• 现在市场较为通用的5V稳压芯片有LM7805线性稳压器,LM2576开关 电源稳压器,LM317可调稳压器等 • LM2576属开关电源稳压器有3.3V、5V、12V、15V和可调电压输出多 种系列；输出电压可调的范围为1.23V～37V，可达3A的输出电流， 效率高。但是芯片引脚多，电路复杂，易受干扰，成本也较高。 • LM117/LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。 LM117/LM317 的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。 它的使用较简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。LM317 内置有 过载保护、安全区保护等多种保护电路。但是外围电路较7805复杂的 多。 • 7805 系列为 3 端稳压电路, 能提供多种固定的输出电压，应用范围广。 内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。 虽然是固定稳压电路，使用外接元件时可获得不同的电压和电流。 7805最大的缺点是效率较低，大部分电能被转换成热能消耗，但是成 本低廉，而且，小车运行5V电路所需电流最大也不超过500mA，所以 用7805已经足够了。
5V稳压电路原理图
3.后轮电机驱动电路的设计
• 小车正常行驶需要调节不同的速度，有时 需要借助电机来反转制动，所以对于后轮 驱动电路要求较复杂，要实现电机不同转 速和不同转向，需要用到H桥驱动电路，由 美国摩托罗拉公司生产的MC33886芯片， 内部集成了H桥驱动电路，而且体积小，还 具有过热和过电流保护作用。所以，本课 题选取了MC33886作为后轮电机的驱动芯 片，其电路如下：
致谢
• 时光飞逝，转眼间大学的最后一个学期即将画上句号。从刚接触毕业 设计的课题到课题基本上完成，可以说自己将大学这几年学到的很多 知识作了一个系统的总结，在这个过程中也学到了很多关于汽车电路 方面的新知识，收获很多。在这个过程中，通过不断地与大家交流学 习，让我不论是学习上还是生活上都有了较大的进步，在此我只能简 单的感谢大家曾给过的帮助。 • 在这次毕业设计中，我深深感受到老师指导的重要性，让我把握住了 自己前进的方向，少走了不少弯路。如果没有指导老师的耐心引导与 不时的鞭策，我不知道自己能不能在这巨大的压力下按时的完成毕业 设计。周陆俊老师是一位非常有责任心的老师，并且对于车辆工程尤 其是在汽车电器、汽车电子和机电等方面有着非常渊博的知识。其中， 周老师对待学习、对待生活那种认真、执着的态度给我留下了不可磨 灭的印记，给了我很多的启迪，让我对以后的学习、生活有了一种新 的认识。在此，我想对周老师由衷的说一句：谢谢您！ • 在毕业设计的整个过程中，同学们陪我一起走了过来，大家相互帮助、 相互学习，在此对他们表示感谢，希望大家在以后的道路上能够越走 越远、越飞越高！ • 最后，祝愿所有给予我帮助的老师和同学：一切顺利，身体健康！
3.视频信号采集电路设计
• 要能有效地采样摄像头视频信号，首先要处理好的技术问 题就是能提取出摄像头信号中的行同步脉冲、消隐脉冲和 场同步脉冲。否则，单片机将无法识别所接收到的视频信 号处在哪一场，也无法识别是在该场中的场消隐区还是视 频信号区，更无法识别是在视频信号区的第几行，因此单 片机将无法采集到正确的信号,处理好行同步脉冲和场同 步脉冲提取的问题，对视频信号采集十分重要。 • LM1881是市场上使用较广泛的视频同步信号分离芯 片，它可以直接对电视信号进行同步分离 ,使单片机准确 地获得所需的视频图像信号，它提取摄像头信号的行同步 脉冲、消隐脉冲和场同步脉冲，并将它们转换成数字式电 平直接输给单片机的I/O口作为控制信号
本课题研究内容
• 小车的道路信息采集采用OV7620图像传感器，以 MC9S12DG128控制芯片收集和处理采集到的图像信号， 并根据采集到的信号控制小车运行。 • 小车运行过程由方向控制和电机驱动两个控制部分,采 用与白色地面颜色有较大差别的黑色线条作引导。智能车 通过舵机驱动前轮转向,通过PWM实现舵机转动的控制， 实现智能车的循迹行进。智能车的驱动采用直流电机 ,并 采用PWM实现直流电机的调速 ,为了使智能车快速、平稳 地行驶 ,系统必须把路径识别、相应的转向伺服电机控制 以及直流驱动电机控制准确地结合在一起。本课题对智能 车道路图像信号的采集和处理，对舵机转向的控制，对驱 动电机的转速的精确控制进行了研究
其使用界面如下：
结论与展望
• 毕业设计经过一学期的努力奋斗，通过不断的查找资料、请教老师、 和同学交流，最后终于完成了老师所布置的任务，达到了自己要求。 • 在电路方面，我把整个智能车分块进行研究，在电源管理，电机驱动， 接口，控制，信号采集，传感器这六个模块分别设计，在经过详细对 比几个方案后，选出了最佳的方案，并将其反应在了论文里。 • 在机械结构方面，我对比了舵机转向系统的几种方案，选择了最佳的 方案，并做出了细微改进，然后对前轮束角和主销倾角做出了调整。 • 在算法方面，选择的是C语言编程，利用Freescale公司推荐的开发调 试程序，然后通过不断的试验、思考、改进，设计了一套比较通用， 稳定的程序。在这套算法中，系统考虑了小车整体性能，做到了直线 加速，弯道减速，保证了小车行驶的快速稳定。 • 由于对图像信号的采集系统和处理并没有进行深入和系统的学习，造 成了对图像的采集和处理没有很深入的理解，所以没有使小车达到最 优的转角和速度行驶，这些是以后要加以改进和不断学习的地方，我 会继续努力，掌握好图像信号的特点，把握图像的采集和处理的方法 和技巧，同时，结合本专业的相关汽车行驶的规律进行小车行驶的优 化控制。 • 随着社会的发展，工厂逐渐转向了自动化生产方向发展，自动循迹智 能车在货物存储和提取，在代替人类完成高度危险的工作和频繁单调 的工作中将发挥巨大的作用
电机驱动硬件电路如下：
视频图像信号采集模块设计
• 1.视频信号的主体信号—图像信号 一般来说，图像信号是随机的，约为52.2us,如下图所示：
2.视频信号的辅助信号
• 视频信号的辅助信号有复合同步信号和复合消隐信号两部 分, 视频图像每一行有正程和逆程，每一场有正程和逆程， 逆程是每一行和每一场的消隐，行消隐是电视机的电子枪 从电视机屏幕的最左端回到最右端所需的时间，场消隐是 电视机的电子枪从电视机屏幕的最末段到起始段所需要的 时间。其结构图如下：
智能车硬件系统的设计
• 1.图像传感器的选取 • 当前主流的图像传感器有CCD(charge coupled device） 和CMOS(complemetary metal oxide semiconductor) 两 种。 • 从基本情况来看，CMOS图像传感器与CCD图像传感 器相同，但是从投影面配置的像素取出信号的的方式和构 造来看却有很大差异，CMOS图像传感器是通过使各像素 具有放大的功能，将光电转换的信号放大，然后取出信号 电压或电流。由于CMOS图像传感器在像素内放大电荷， 所以不易在传达路径中受到噪声的影响，而且CCD需要 12V电源供电，而CMOS仅需要5—9V供电，且CMOS图 像传感器成本更低，综合考虑，选择OV7620CMOS图像 传感器。
LM1881电路原理图如下
智能车软件系统设计
• 1.单片机的初始化 ，单片机的初始化非常重要， 关系到后面各模块功能的实现，主要有：
1）单片机时钟初始化 2）PWM的初始化 3）A/D转换模块的初始化 4）ECT模块的初始化 5）总线信号端口的初始化
2.图像信号的采集和处理
• 1）图像信号的采集 • 选用的OV7620模拟摄像头是PAL制式的，输出的信 号由复合同步信号，复合消隐信号和视频信号。其中的视 频信号才是真正的图像信号，通过LM1881视频信号同步 分离芯片处理后，LM1881引脚1输出行同步信号，引脚3 输出场同步信号，引脚7输出奇偶场信号，分别接到了单 片机PT0和PT1口。 • 由于摄像头采集到的信号行分辨率低，而行数可以很多， 这与要求的刚好相反，所以我根据要求将摄像头旋转90度， 每行采集80个点，采集8行最后将采集到的图像信号存储 在一个二维数组中，等待图像信号处理程序的处理。