智能車(chē)的設計

摘要：為了綜合利用控制、模式識別、傳感器技術(shù)、汽車(chē)電子、電氣、計算機、機械等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域知識，設計實(shí)現了一個(gè)基于PID控制算法，CCD檢測系統，并采用HC9SDGl28單片機作為主控芯片的智能車(chē)系統。該系統使用Codewarrior IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境作為程序設計的基本軟件平臺，能利用攝像頭自動(dòng)識別路況，進(jìn)行圖像處理，進(jìn)而調整方向沿預定軌道前行，具有很強的可靠性、穩定性、快速性、擴展性。
關(guān)鍵詞：PID；自動(dòng)識別；圖像處理；智能車(chē)

0 引言
輪式小車(chē)是智能小車(chē)機械結構的主體部分，由車(chē)身、輪子、速度傳感器、轉動(dòng)軸等結構部件構成。還包括提供動(dòng)力的驅動(dòng)器，采集環(huán)境信息的攝像頭等模塊，綜合實(shí)現收集小車(chē)的自身狀態(tài)信息或外部環(huán)境信息，并對傳感器的數據進(jìn)行分析、融合，動(dòng)態(tài)調整小車(chē)的運動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現在一定條件下的自主尋跡行駛。
本智能車(chē)采用PID控制算法，使用CCD線(xiàn)型攝像頭作為黑色引導線(xiàn)的檢測設備，經(jīng)LM393比較后供單片機進(jìn)行數據采集，圖像識別，從而可以進(jìn)行路徑識別。電機驅動(dòng)采用的是PC33886，使用直射型光電傳感器來(lái)測量速度，并將相關(guān)信息顯示在LCD液晶顯示屏上，并采用4個(gè)按鈕按鍵進(jìn)行參數設定，為現場(chǎng)調試提供了友好的人機交互界面。

1 系統框架設計
整個(gè)車(chē)模系統可以分為三大部分：環(huán)境圖像采集部分、電機和舵機驅動(dòng)部分、中央數據處理部分，且采用16位微控器MC9S12DGl28B作為核心控制單元，系統框圖如圖1所示。


智能車(chē)的動(dòng)力部分使用的是常見(jiàn)的小型永磁式直流電機。這種電動(dòng)機的驅動(dòng)電路非常成熟，既有分離元件組成的驅動(dòng)器，也有一體化的功率集成驅動(dòng)芯片可供選用。
智能汽車(chē)最重要的部件，也就是智能汽車(chē)的大腦——中央處理系統。它不僅負責將環(huán)境圖像采集部分送來(lái)的圖像數據進(jìn)行處理，還要將這些信息轉化成為電機的驅動(dòng)控制信號，使整車(chē)按照預定的規則前行，這就要求該系統具有龐大的數據處理能力。

2 路面檢測模塊
2．1 路面檢測方案比較及可行性分析
環(huán)境圖像采集部分可以采用陣列紅外探頭和CCD或CMOS圖像傳感器來(lái)實(shí)現，前者的特點(diǎn)是價(jià)格低廉、電路簡(jiǎn)單、應用方便，缺點(diǎn)是性能有限，對復雜環(huán)境的適應能力較弱，效果較差。而CCD或COMS圖像傳感器(攝像頭)就能彌補陣列紅外探頭的各種缺點(diǎn)。
為了能快速采集圖像數據并且兼顧開(kāi)發(fā)的難易程度，在此次設計中將采用輸出標準TV視頻信號的黑白監控攝像頭。這種攝像頭可以配合行、場(chǎng)同步信號分離電路和單片機自身的A／D轉換電路，可以將圖像方便地采集進(jìn)來(lái)，從而回避數字型攝像頭復雜的總線(xiàn)協(xié)議和數據處理過(guò)程。
2．2 硬件設計
LM1881視頻同步信號分離芯片可以從攝像頭信號中提取信號的時(shí)序信息，LM1881的同步分離電路如圖2所示。


引腳2為視頻信號輸入端，攝像頭信號即由此輸入LM1881，引腳3為場(chǎng)同步信號輸出端，當攝像頭信號的場(chǎng)同步脈沖到來(lái)時(shí)，該端將變?yōu)榈碗娖?，一般維持 230μs，然后重新變回高電平，引腳7為奇一偶場(chǎng)同步信號輸出端，當攝像頭信號處于奇場(chǎng)時(shí)，該端為高電平，當處于偶場(chǎng)時(shí)，為低電平。奇一偶場(chǎng)的交替處與場(chǎng)同步信號的下降沿同步，也就是和場(chǎng)同步脈沖后的上升沿同步。