攝像頭識別的智能車(chē)硬件系統設計

摘要：智能車(chē)在探測、救生等方面具有廣闊的應用前景，針對圖像識別智能車(chē)缺乏穩定的運行狀況，提出一套完整的硬件設計思路。該系統以飛思卡爾公司的MC9S12XSl28單片機為核心控制器，設計智能車(chē)整體硬件系統框架，并詳細給出了智能車(chē)電源單元電路、電機驅動(dòng)模塊、舵機控制的電路圖。通過(guò)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(shuō)明如何構成一個(gè)閉環(huán)反饋系統。以上硬件系統應用在智能車(chē)中得到了穩定的運行。
關(guān)鍵詞：NC9S12XC128；攝像頭；智能車(chē)；速度控制

0 引言
近年來(lái)，智能車(chē)輛和智能交通已成為汽車(chē)和智能控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。智能車(chē)即輪式移動(dòng)機器人，智能車(chē)的設計涉及模式識別、傳感技術(shù)、電子、控制、計算機、機械和電源等多個(gè)學(xué)科。智能小車(chē)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用前景，對智能循跡系統的研制和改進(jìn)，對上述領(lǐng)域產(chǎn)品的研發(fā)具有推動(dòng)作用。
本文以第七屆飛思卡爾智能車(chē)比賽為背景，討論攝像頭識別的智能車(chē)在復雜道路條件下的運行情況。該系統采用MC9S12XS128微控制器作為核心控制器并結合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(lái)控制車(chē)速，一路用來(lái)控制舵機的方向。三路信號均通過(guò)調節PWM信號的占空比，來(lái)控制直流電機的正轉、反轉轉速和舵機的轉向。實(shí)現對智能車(chē)的良好精確的控制，沒(méi)有一套合理穩定的硬件電路是難以保證智能車(chē)的良好運行。本文主要對智能車(chē)的硬件系統進(jìn)行相關(guān)設計。

1 智能車(chē)硬件系統整體框架
智能車(chē)硬件系統主要包括控制器、電源電路單元、輸人設置、攝像頭OV7620圖像采集、車(chē)速檢測、舵機和電機驅動(dòng)，串口通信等模塊。按照以上模塊的功能，小車(chē)的硬件系統可以分成：電源部分、信息獲取部分、信息處理部分、實(shí)時(shí)控制和輸入／輸出部分，構成一個(gè)閉環(huán)的
控制系統。圖1為智能車(chē)整體硬件組成系統。

智能車(chē)競賽攝像頭組的小車(chē)用攝像頭采集道路信息，利用采集到兩條黑色邊界線(xiàn)和白色賽道的灰度值不同，識別道路狀況，通過(guò)處理采集到的圖像，對小車(chē)實(shí)施實(shí)時(shí)控制。本文利用單片機MC9S12XS128處理采集到的數據，用舵機和驅動(dòng)電路驅動(dòng)電機，控制小車(chē)的運行。
智能車(chē)設計的完整方案是：用攝像頭采集道路信息，攝像頭內部集成了ADC和圖像的行場(chǎng)分離芯片LM1881。根據采集到的一場(chǎng)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信號控制舵機的轉向和電機的轉速，使得小車(chē)能夠智能化的沿著(zhù)賽道行駛。

2 智能車(chē)硬件電路各部分的設計
2．1 電源電路單元
整個(gè)智能車(chē)的供電來(lái)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(chē)各模塊對電源的要求不同，特別是對電壓的要求，以及對電壓穩定性的要求，所以需要選擇不同的穩壓芯片。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(chē)供電系統。

以上電路的設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穩壓塊。具體電路如圖3所示。