大学生智能汽车设计第7章PPT课件

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7.2 硬件设计
❖ 在摄像头方案中，由于车速检测模块、舵机控制 单元及直流驱动电机控制单元同光电管方案相同， 以下对路径识别单元、HCS12控制核心及电源 管理单元做简要介绍。
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7.2 硬件设计 ❖7.2.1 HCS12控制核心 ❖7.2.2 电源管理单元 ❖7.2.3 路径识别单元
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7.1 机械设计
❖ 而按照大赛采用跑道的形状特点，这些跑道都是 由直线和圆弧组成的，检测车模前方一段路径参 数，只需要得到中心线上3～5个点的位置信息就 可以估算出路径参数，如位置、方向和曲率等。 通过图像中的若干行信息就可以检测出这排点的 位置，故所需的检测图像应该是水平分辨率高， 垂直分辨率低。
7.2.1 HCS12控制核心
❖ 在摄像头方案中，其I/O口具体分配如下： ▪ PAD1用于摄像头视频信号的输入口； ▪ IRQ（PE1引脚）用于摄像头行同步信号的输入捕捉； ▪ PM0用于摄像头奇-偶场同步信号的输入口； ▪ PT0用于车速检测的输入口； ▪ PB口用于显示小车的各种性能参数； ▪ PWM0（PP0引脚）与PWM1（PP1引脚）合并用于 伺服舵机的PWM控制信号输出； ▪ PWM2（PP2引脚）与PWM3（PP3引脚）合并用于 驱动电机的PWM控制信号输出（电机正转）； ▪ PWM4（PP4引脚）与PWM5（PP5引脚）合并用于 驱动电机的PWM控制信号输出（电机反转）。
缺点
1．道路参数检测精度低、种类 少 2．检测前瞻距离短 3．耗电量大 4．占用MCU端口资源较多 5．容易受到外界光线影响
1．电路相对设计复杂 2．检测信息更新速度慢 3．软件处理数据较多
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表7.1 两种检测方案的比较
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第7章 智能汽车设计实践——摄像头型设计
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7.2.1 HCS12控制核心
❖ HCS12控制核心单元既可以直接采用组委会提 供的MC9S12EVKX电路板，也可以自行购买 MC9S12DG128单片机，然后量身制作适合自 己需要的最小开发系统。
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7.1 机械设计
❖ 倘若正向安装摄像头，尽管水平方向的视野开阔一些，不 至于迷失黑线跑出赛道。但实际采集到的图像是水平分辨 率低，垂直分辨率高，与所需的检测图像要求刚好相反。
❖ 为了保证不漏检黑色引导线，正向安装就需要提高水平方 向的分辨率，这就需要大大提高MC9S12DG128单片 机的A/D采样频率，导致MC9S12DG128超频使用。 单片机超频使用会影响系统稳定性，容易发生程序失稳的 现象。
❖在同样保证90 cm的前瞻下，底端的宽度有22 cm左右，顶端65 cm，可以达到避免地面干扰 的效果。同时底端仅有不到20 cm的图像丢失， 而且摄像头的俯角相对较小，可以克服反光的问 题，这样过弯道的时候会有安全保障。
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7.1 机械设计
❖ 除此之外，由于正向安装采集到的图像宽度大，长度短， 致使智能车容易看到赛道边缘以及地面，产生较大的干扰， 而且对底端的图像信息丢失也过多，大大影响过弯速度。
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7.1 机械设计
❖ 倘若将CMOS摄像头旋转90°安装，输出的图像 信息也将旋转90°，通过S12的A/D转换器采集 的图像信息，水平分辨率与垂直分辨率会发生互 换，从原来的水平分辨率低、垂直分辨率高的图 像变成水平分辨率高、垂直分辨率低的实际图像， 正好符合道路参数检测模型的要求。
❖ 此外，摄像头所架的高度一定要适宜。架得过高 会导致小车的视野过大，看到的黑线变得太细， 还会导致智能车的重心太高，使智能车快速过弯 时容易翻车；架得太低又会影响前瞻，带来反光 的问题，影响采样。合适的高度要既满足小车的 重心要求，又保证前瞻距离。
❖ 安装摄像头的底座和支杆应使用刚度大、质量轻 的材料，以防晃动。
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7.1 机械设计
❖ 图像采集是智能车设计的一个技术难点。普通图 像传感器通过行扫描方式，将图像信息转换为一 维的视频模拟信号输出。由于S12的A/D转换器 采集速度较低，进行10位A/D转换所需要的时 间为7 μs。这样，采集的图像每行只有8个像素， 图像的水平分辨率很低。倘若在此基础之上就进 行智能车的路径识别，则很可能漏检宽度仅2.5 cm的黑色引导线，从而导致某些控制决策因无 法获取足够精度的路径信息而失效。但同时， S12每场图像大约可以采集300行左右的图像信 息，故图像的垂直分辨率相对较高。
❖ 图像采集传感器可分为CCD型和CMOS型，其 中CMOS型摄像头工艺简单，价格便宜，对于识 别智能车赛道这样的黑白二值图像能力足够，因 此，我们以下主要以CMOS型摄像头为例，介绍 基于摄像头方案的智能车详细设计。
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第7章 智能汽车设计实践——摄像头型设计 1 7.1 机械设计 2 7.2 硬件设计
第7章 智能汽车设计实践—— 摄像头型设计
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第7章 智能汽车设计实践——摄像头型设计
❖ 两种检测方案的比较——
路径识别方法
红外光电管 传感器方案
摄像头传感 器方案
优点
1．电路设计相对简 单 2．检测信息速度快 3．成本低
1．检测前瞻距离远 2．检测范围宽 3．检测道路参数多 4．占用MCU端口资 源少
3 7.3 软件设计
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7.1 机械设计
❖ 同光电管方案比起来，摄像头方案机械设计的不 同主要体现在摄像头传感器的安装上，而舵机及 车速检测单元的安装基本同光电管一样。下面我 们将重点介绍摄像头传感器安装这一问题。
❖ 摄像头的作用是检测道路的信息，相当于人的眼 睛，其视野范围和前瞻距离决定了小车的过弯性 能和速度。所以摄像头的安装方式要适当。摄像 头的安装方案有两种：一种是正向安装，另一种 是旋转90°安装。