基于MC9S12XS128的数字摄像头自动寻迹智能车系统设计

PAGE 北方工业大学本科毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 （论文） 基于MC9S12XS128和数字摄像头的自动寻迹智能车系统设计 摘 要 本篇文章设计了一种智能车系统，可以实现自动寻迹。以飞思卡尔公司的单片机MC9S12XS128-80为处理器,分别采用数字摄像头（OV6620）进行路径识别，光电编码器(欧姆龙E6A2) 进行车速检测，BTS7960P芯片进行主电机驱动，并用两个红外光电管进行辅助检测。车身结构采用2010年“飞思卡尔”全国智能车竞赛B型车模以及委员会提供的7.2V镍镉电池。主要由电源模块、路径检测模块、速度检测模块和电机驱动模块组成。本系统应用CodeWarrior开发工具进行编程，用BDM进行程序下载。采用分段PI控制舵机转向, bang-bang算法控制主电机速度。可以自动调节PWM波的占空比，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。试验结果表明，系统设计方案可行。 关键词 自动寻迹；MC9S12XS128-80；bang-bang算法；CCD摄像头 Automatic Tracing of Intelligent Vehicle Systems Design base on MC9S12XS128 and Digital camera Abstract This article is an intelligent vehicle system design，can achieve Automatic tracing. Freescale's Microcontroller MC9S12XS128-80 is the processor；Digital camera (OV6620) is used for path recognition, optical encoder (E6A2) for speed detection, BTS7960P for main motor driver chip, with two infrared photocell adjuvant test. Body structure is a B-car mode which is provided by “2010 Freescale National Smart Car competition” as well as 7.2V nickel-cadmium batteries. The system mainly assembled by the power supply module, the path detection module, the speed detection module and the motor drive module. Application of this system CodeWarrior development tools for programming, with the BDM to program download. Using Segment PI algorithm to control shift steering, bang-bang algorithm for main motor speed control. It can automatically adjust the duty cycle of PWM wave, to complete the closed-loop control of model car velocity and movement direction. The results show that the system is feasible. Keywords Automatic tracing; MC9S12XS128-80; Bang-bang algorithm; CCD camera 目录 1 绪论.......................................................................................... ………5 1.1 智能车辆的介绍.................................................... 1 1.1.1 智能车辆的产生与发展.................................................... 1 1.1.2 智能车辆的研究方向.................................................... 1 1.1.3 智能车辆的研究范围.................................................... 1 1.2 智能车竞赛背景及应用前景.................................................... 1 1.3 本课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 研究的意义内容....................................................................... 1 1.4 系统概述......................................................................................... 1 2 系统设计思路与方案选择............................................... 3 2.1 整体设计思路................................................................................... 3 2.2 系统各模块方案选择 ................................................................... 2.2.1 单片机系统方案选择.................................................... 3 2.2.2 传感器方案选择..................................................................... 3 2.2.3 测速方案选择..................................................................... 5 2.2.4 主电机驱动芯片的选择.................................................... 5 3 系统硬件设计........................................................................... 10 3.1 系统整体结构................................................................................. 10 3.2 电源电路设计.......................................................................... 10 3.2.1 单片机系统电源电路设计.................................... 11 3.2.2 舵机电源电路设计................................................................ 11 3.2.3 无线模块电源电路设计................................................................ 11 3.3 摄像头数据采集电路设计.......................................................................... 12 3.3.1 摄像头型号介绍......................................................................... 12 3.3.2 摄像头接口电路设计........................................................................ 12 3.4 电机驱动电路设计.................................................... 13 3.5 测速电路舵机电路设计............................................................ 14 3.6 无线模块电路设计.................................................... 13 3.6 拨码开关，红外光电管电路设计.................................................... 13 3.7 PCB板的设计和调试.................................................... 13 4 模型车机械设计......................................................................... 6 4.1 整体布局.................................................................................. 6 4.2 测速模块和摄像头安装................................................................................... 9 4.3 车轮的机械调整..................................................................... 8 5 系统软件设计............................................................. 16 5.1 系统软件整体结构.................................................................................... 17 5.2 图像处理.......................................................................................... 17 5.2.1 图像二值化............................................................................ 17 5.2.2 图像去噪声处理.................................................................... 17 5.3 控制策略........................................................................................ 17 5.3.1 经典PID 控制算法............................................................... 17 5.3.2 车速PID 控制策略............................................................. 19 5.3.3 路径控制策略................................................................... 20 6 开发工具及安装调试过程............................................... 21 6.1 开发工具介绍..................................................................... 6.2 软件调试过程............................................................................ 21 6.2.1 使用 Lab VIEW 软件辅助调试...........................................21 6.3 车模主要技术参数说明................................................................ 23 7 结论.................................... 24 致谢.........................................................................................................87 参考文献.............................................................................……89 附录 ×××............................................................................. 90 外文资料翻译.............................................................................9 1 绪论 1.1 智能车辆的介绍. 1.1.1 智能车辆的产生与发展 它的研究始于20世纪50年代初美国 Barrett Electronics公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统（Automated Guided Vehicle System，AGVS）。 1974年，瑞典的Volvo Kalmar轿车装配工厂与Schiinder－Digitron公司合作，研制出一种可装载轿车车体的AGVS，并由多台该种AGVS组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。 由于Kalmar工厂采用AGVS获得了明显的经济效益，许多西欧国家纷纷效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在装配作业中成为一种流行的运输手段。20世纪80年代，伴随着与机器人技术密切相关的计算机。电子、通信技术的飞速发展，国外掀起了智能机器人研究热潮，其中各种具有广阔应用前景和军事价值的移动式机器人受到西方各国的普遍关注 1.1.2智能车辆的研究方向 驾驶员行为分析（Driver Behavior Analysis）。任务：研究驾驶员的行为方式、精神状态与车辆行驶之间的内在联系；目的：建立各种辅助驾驶模型，为智能车辆安全辅助驾驶或自动驾驶提供必要的数据，如对驾驶员面部表情的归类分析能够判定驾驶员是否处于疲劳状态，是否困倦瞌睡等；  　　环境感知（Environmental Perception）。主要是运用传感器融合等技术，来获得车辆行驶环境的有用信息，如车流信息、车道状况信息、周边车辆的速度信息、行车标志信息等； 　极端情况下的自主驾驶（Autonomous Driving on Extreme courses）。主要研究在某些极端情况下，如驾驶员的反应极限、车辆失控等情况下的车辆自主驾驶；  　　 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 环境下的自主导航（Autonomous Navigation on Normal environment）　主要研究在某些规范条件下，如有人为设置的路标或道路环境条件较好，智能车辆根据环境感知所获得的环境数据，结合车辆的控制模型，在无人干预下，自主地完成车辆的驾驶行为。 　　车辆运动控制系统（Vehicle Motion Control Systems）。研究车辆控制的运动学、动力学建模、车体控制等问题； 　　主动安全系统（Active，Safety Systems）。主要是以防为主，如研究各种情况下的避障、防撞安全保障系统等；  　 交通监控、车辆导航及协作（Traffic Monitoring，Vehicle Navigation and coordination）。主要研究交通流诱导等问题； 　　车辆交互通信（Inter－Vehicle Communication）。研究车辆之间有效的信息交流，主要是各种车辆间的无线通信问题；  　　军事应用（Military Applications）。研究智能车辆系统在军事上的应用； 　　系统结构（System Architectures）。研究智能车辆系统的结构组织问题； 　　先进的安全车辆（Advanced Safety Vehicles）。研究更安全、具有更高智能化特征的车辆系统。  1.1.3智能车辆的研究范围 1.计算机视觉－初期智能车辆导航 　　①初期智能车辆导航： 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ：用地下埋电缆的方式，通过电磁感应进行智能车辆导航。特点：由于可测量的电磁感应的范围太小（分米级），不能提供车辆需要的方位信息及障碍物信息，目前基本已经被抛弃。 ②道路中间铺设磁块导航：美国及日本分别在1997及1996年在公路上采用在道路中间铺设磁块的方式来进行导航实验；特点：方案的造价过于高昂，缺乏推广应用价值。  　 2.计算机视觉导航系统 　　作用：在行车道路检测、车辆跟随、障碍物检测等方面。原理： 当驾车时，“驾驶员”所接收的信息几乎全部来自于视觉，即交通信号、交通标志、道路标识等均可以看作是环境对驾驶员的视觉通讯语言。将其转换为光电图像信息，通过计算机对其进行处理，快速在复杂环境中的提取有用信息，进而产生合理的行为规划与决策。  3.计算机视觉应具备的特性 　　①实时性：指系统的数据处理必须与车辆的高速行驶同步进行。②鲁棒性：车辆对不同的道路环境，如高速公路、市区 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 公路、普通公路等，复杂的路面环境，如路面及车道线的宽度、颜色、动态随机障碍与车流等，以及变化的气候条件，如日照及景物阴影、黄昏与夜晚、阴天与雨雪等均具有良好的适应性。③实用性：指要求智能车辆在体积与成本等方面能够为普通汽车用户所接受。  　　4.传感器数据融合 　　①智能车辆系统正确运行的前提：通过各种传感器准确地捕捉环境信息然后加以分析处理。研究如何将通过传感器得到的信息加以有效处理、分析，并准确无误地了解环境的技术是重要的。②任何一种传感器难保证在任何时刻提供完全可靠的信息，但采用多传感器融合技术，即将多个传感器采集的信息进行合成，形成对环境特征的综合描述的方法，能够充分利用多传感器数据间的冗余和互补特性，获得需要的信息。③除视觉传感外，常用的有雷达、激光GPS等传感器。雷达系统：可以得到计算机视觉技术比较难以解决的检测对象的距离信息，能准确发现车辆行驶环境中存在的物体。此外雷达传感不受雨、雪、雾等自然条件的影响，在恶劣环境条件下具有独特的优势。激光系统：可以得到车辆的瞬时车辆速度信息及精确的车辆与前方车辆的距离信息，被广泛地应用于避障。超车、防碰撞系统中。  1.2 智能车大赛背景及应用前景 “飞思卡尔”全国智能车竞赛是以智能车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动。大赛综合性很强，以迅猛发展的汽车电子为背景，是教育部倡导的大学生科技竞赛。本竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。大赛的综合性很强， 是自动控制、模式识别、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。 随着电子技术和智能控制技术的发展和生活水平的快速提高，人们对汽车的安全性、舒适性要求越来越高。各种先进的技术正在被应用和研究，如汽车智能交通系统、汽车自动驾驶技术、车辆巡航技术、汽车主动安全技术等，智能车辆的研究也正在成为世界汽车研究的热点之一。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物和沿着预定的路线运行。根据路况信息，经过判断、分析和决策，确定出所应做的操作。操纵车辆是一个自学习、自适应的过程，因此，智能车辆的研究主要是基于模糊控制理论、人工神经网络技术和神经模糊技术等人工智能的最新理论和技术开展研究工作的。 当下，智能车已经成为自动控制领域内的一个研究热点。路径跟踪技术是智能车控制系统中一个重要组成部分,路径识别又是智能小车路径跟踪的信息基础。 1.3本课题研究的意义内容 随着生产技术的发展和自动化程度的提高, 传统制造业的生产方式发生了深刻的变化。在自动化领域中, 许多复杂性操作和对人体有害的工作都由机器自动完成, 为了实现这一工作, 就要求机器有一定的智能性。实时采集传感器信号, 智能分析外部环境、路径信息, 自动实现方向控制及速度调节, 是智能车控制系统的主要特点, 其设计内容涵盖机械、汽车、电子、自动控制、计算机、传感技术等多个学科的知识领域, 作为一门新兴的综合技术, 可广泛的应用于工厂自动料车、固定场地搬运车等技术领域, 具有良好的应用前景。它也可应用于复杂、恶劣的工作环境, 是物流系统环节搬运设备的代表。 同时人们对汽车的安全性、舒适性要求也越来越高。各种先进的技术正在被应用和研究，如汽车智能交通系统、汽车主动安全技术、汽车自动驾驶技术、车辆巡航技术等，智能车辆的研究也正在成为世界汽车研究的热点之一。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下， 能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物和沿着预定的路线运行。根据路况信息，经过判断、分析和决策，确定出所应做的操作。操纵车辆是一个自学习、自适应的过程，因此，智能车辆的研究主要是基于模糊控制理论、人工神经网络技术和神经模糊技术等人工智能的最新理论和技术开展研究工作的 本文所述基于摄像头路径识别的智能车控制系统, 以电动小车为研究对象, 通过车载CCD 摄像头动态摄取路面图像, 识别白色场地中的任意黑色带状导引线, 控制电动小车以设定目标速度沿导引线自动行驶, 为使电动小车在行驶过程中保持一定的稳定性和平顺性, 控制系统中要有对导引线路径信息识别、路径定位与方向偏差控制等主要控制功能。基于摄像头传感的飞思卡尔智能小车设计采用飞思卡尔半导体公司的16 位微控制器MC9S12xs128单片机作为核心控制单元，利用CCD摄像头作为道路传感器，用欧姆龙光电编码器作为测速装置，直流电机作为主电机，步进电机作为舵机控制方向。外加一个无线模块可以实时传输路面数据信息，便于调试。 1.4系统概述 本文先从总体上介绍了智能车的设计思想和方案选择，然后分别从机械、硬件、软件等方面的设计进行论述，重点介绍了硬件电路的设计和路径识别的算法，接着描述了智能车的制作及调试过程，其中包含我们在制作和调试过程中遇到的问题及其解决方法，并列出了模型车的主要技术参数。 本智能车系统通过CCD摄像头获取目标道路信息, 并用两个红外光电管进行辅助检测，同时结合当前的行驶状态智能地做出决策,通过PWM波对其行驶方向与行车速度进行调整,从而实现准确快速跟踪道路的目的。设计要求小车在白色的场地上,能自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶。这其中包含两方面的内容,一方面智能小车要准确无误地对黑色路线进行识别,另一方面是在准确获取道路信息的基础上采用有效的控制策略,使智能小车能够快速有效地进行路径跟踪,并确保其稳定性。 2 系统设计思路与方案选择 2.1 整体设计思路 硬件部分，智能车以MC9S12XS128芯片为系统控制核心，传感器采用数字式摄像头和两个位于车体两侧的红外光电管进行辅助检测。车速测量采用欧姆龙E6A2型光电编码器。采用LM7805对单片机，光电编码器，摄像头和红外光电管供电；LM7806对舵机供电；LM1117（3.3V）对无线传输模块供电。 软件部分，数字摄像头和红外光电管采集到路面信息后,将数据输入到MC9S12XS128处理。测速利用MC9S12XS128的输入捕捉功能进行脉冲计数，实现测速。舵机转向采用分段PI控制；电机转速采用bang-bang控制，并通过 PWM 控制驱动电路调速，并用拨码开关实现不同档位调换。 机械部分，对于B型车模，并没有专门设计好的安放电池芯片和光电编码器的位置。车体中央有一个传动轴以及主电机，舵机放在了车体右上角。由于车轮部分有很多装置，无法安装光电编码器。光电编码器只能被安装在主电机旁边。为了提高车的稳定性，降低车身重心。电池和摄像头均被放在尾部。主电路芯片也尽量放低。同时调整了舵机的位置和力臂长度，以发挥它更好的工作性能。 2.2 系统各模块方案选择 . 2.2.1 单片机系统方案选择 采用了2010年飞思卡尔全国智能车竞赛提供的MC9S12XS128的最小系统板。由于是80管脚的封装，使得小系统板非常小，主电路板也可以做的很小，减轻了系统重量。此系统版功能非常全面，方便调试。 2.2.2. 传感器方案选择 赛道检测方式有光电传感器和摄像头两种。光电传感器前瞻距离近，分辨 率较低，探测精度也很低，功耗大，对低频变化的环境光不敏感，对阴影不敏 感，占用较多的AD端口和通用IO口。而摄像头具有可视距离远、可以采集整幅画面信息，前瞻性大的特点。所以我们选择摄像头作为赛道检测传感器。 常见的摄像头有模拟和数字两类，从技术角度比较，模拟和数字有如下不同 模拟的摄像头消耗MCU资源，功耗大，取点个数少，需要做12V的供电模块，外围处理电路多，需要AD转换。采用数字CCD摄像头（OV6620）作为传感器，可以直接输出数字信号，免去了AD转换这一环节，比起普通模拟摄像头减少了系统的复杂程度。数字的优点还有行场同步中断信号有很规律，而且消隐区也十分有规律。可以用示波器对比一下模拟的和数字的，数字的信号非常漂亮，非常稳定。这对于图像采集来说是十分有利的。同时此摄像头也可输出模拟信号，通过模拟信号接收器和相应软件可以直观的在电脑上看出摄像头采集的图像信息。 按成像原理又分为CCD和CMOS摄像头，有如下不同 1）速度 CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工艺还不是十分成熟，普通的CMOS一般分辨率低而成像较差。 2）成像质量 CCD 电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用 PN 结或二氧化硅（SiO2） 隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。由于CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光，电，磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大。 相比之下，我们采用数字式CCD摄像头作为赛道检测传感器。但是只有一个摄像头座位传感器往往不能全面的检测到路面信息，因此在车身两侧加装了两个红外光电管作为辅助传感器。 2.2.3. 测速方案选择 速度采集是闭环控制系统中必不可少的环节。为了使得车模能够平稳地沿着赛道运行，车速要与舵机配合，以保证车模在各种道路上性能稳定。所以要实时检测当前车模速度，并根据车模在赛道上所处的情况来调整速度。 车速检测可用测速发电机、光电编码器、透射式光电检测和霍尔传感器检测等。光电编码器价格较高，但是测速较准确，霍尔传感器存在安装的问题。所以选择了欧姆龙的光电编码器。 2.2.4 主电机驱动芯片的选择 最初采用的是MC33886芯片，能够向负载电机提供5A 连续的直流感应电流，最高可以处理10kHz 频率的PWM 调制脉冲。但是由于MC33886 发热问题比较突出，特别是其正反转较为频繁的时候。即使将两片并联使用，发热量也非常严重，而且两片内阻不同，出现了发热不均的情况。所以放弃了MC33886。 智能功率芯片BTS7960是应用于电机驱动的大电流半桥高集成芯片，它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动Ic。集成的驱动Ic具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能。BTS7960通态电阻典型值为16mQ，驱动电流可达43A。但是虽然价格较贵，但是基本没有大的发热情况。 所以选用了BTS7960,，实现了良好的驱动性能。 3 系统硬件设计 3.1 系统整体结构 由于车模的重心越低、重量越轻越有利于车的稳定性和快速性，在满足了可靠、高效的要求后，应使电路设计尽量简洁，尽量减少元器件使用数量，缩小电路板面积，使电路部分重量轻，易于安装。采用集成电路既可以使赛车体积减小，使电路美观，又可以减轻车体重量，使重心降低，有利于提高智能车性能。所以设计路时尽量减小了电路板面积。同时考虑到电磁信号的干扰和布线的合理性，在设计的过程中都做了相应处理。使本系统硬件电路部分轻量化指标都达到了设计要求。 系统硬件电路主要由以下几个部分构成，其框图如图3.1所示： 1) MC9S12XS128最小系统板，由飞思卡尔智能车竞赛委员会提供。 2) 电源模块：包括3.3V稳压电路，5v 稳压电路和6v 稳压电路。 3) 电机驱动模块：采用两块BTS7960P芯片，以及一个拨码开关来给定不同速度。 4) 赛道检测模块：采用数字CCD摄像头传感器和两个红外光电管。 5) 车速检测模块：采用光电编码器检测； 6) 舵机驱动模块：使用车模本身所带舵机，由于使用的电池是7.2v，不能直接适用于舵机，所以需要对舵机外加稳压电路。 各功能模块引脚分配表如表3.1 表3.1功能模块引脚分配表 模块名称 工作方式 管脚分配 CCD摄像头 输入 PA0--PA7，PT2,PT3 红外光电管 输入 PT2,PT3,PJ6,PJ7 光电编码器 输入 PT7 舵机 输出 PP1 拨码开关 输入 PB0--PB3 BTS7960P驱动芯片 输出\输入 PP3,PP5,PT0,PT1 无线模块 输出\输入 PB4--PB7,PE2,PE3, PM0,PM1,PT6 图3.1 3.2 电源电路设计 电源模块的设计包括：传感器供电模块、单片机供电模块、驱动电机供电模块、无线模块以及其它的外围辅助模块等。设计中要注意电源转换效率、噪声、干扰等。保证系统硬件电路可靠运行。整个硬件电路的电源全部由7.2V，2A/h的可充电镍镉电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压、电流各不相同，因此需要多个稳压电路将电池电压转换成各个模块的所需电压。 3.2.1 单片机系统电源电路设计. 单片机，摄像头，红外光电管和光电编码器采用5V供电。其中5V稳压模块采用LM7805作为稳压芯片。电容用来滤去波纹，发光二极管提示芯片工作情况。结果证明LM7805可以满足系统要求，电路原理如图3.2 图3.2 3.2.2 舵机电源电路设计 舵机采用6V供电。其中6V稳压模块采用LM7806作为稳压芯片。电容用来滤去波纹，发光二极管提示芯片工作情况。结果证明LM7805可以满足系统要求。电路原理如图3.3 图3.3 3.2.3 无线模块电源电路设计 无线模块采用3.3V供电。其中3.3V稳压模块采用LM1117（3.3）作为稳压芯片。电容用来滤去波纹，发光二极管提示芯片工作情况，输出端电感确保了输出电压稳定。结果证明LM1117（3.3）可以满足系统要求。电路原理如图3.4 图3.4 3.3 摄像头采集模块设计 3.3.1摄像头型号介绍. 所选用的CCD数字摄像头型号为OV6620。有如下特点 1) OV6620需要稳定的5V电压供电，和系统板上的供电电源兼容。 2) NAL制，每秒25帧，一帧两场，那么每秒就有50场。意味着20MS就有一幅图像产生。356x 292 pixels，可理解为：有292行，一行有356个点。 3) 视野和可视距离：测试出当f=3.6mm时视野应该有25度左右,f越大视场越小.可视距离需要调节镜头对焦.经测试可视距离可以看十几米,但是相素值只有10万多, 用单片机读出的结果会打折扣，可以看到3到4米的距离。因为黑线宽度只有2.5cm,太远了黑线会很细,采点之后就分辩不出是噪声还是有用信号了.在1米左右时,黑线宽度有8个点左右（注：以上数据均是24MBUSCLK下每行可取150个点时测得,没有翻转摄像头）。 4) 内部有IIC可编程.可以调整摄像头的参数,比如最大灰度,对比度,暴光率控制等等.其本质是SCCB协议的寄存器写入,需要对摄像头做跳线处理,并用MCU的I/O口模拟SCCB协议（注：SCCB协议视作IIC协议,有些细微的差别.对IIC的写入）。 5) 数据格式-YCrCb 4:2:2，GRB 4:2:2，RGB；电子曝光/ 增益/白平衡控制;内部自动图像增强,亮度，对比度，伽马，饱和度，锐度，加窗等。不需AD,不需1881。而且VTO管脚可以当普通模拟摄像头用，便于调试。管脚图如图3.5所示 图3.5 3.3.2摄像头接口电路设计 系统板上的接口原理图如图3.6，其中图3.6（a）是接摄像头的场中断和行中断，图3.6（b）接电源和数据口。 图3.6（a） 图3.6（b） 3.4 电机驱动电路设计 BTS7960的芯片内部为一个半桥。INH引脚为高电平，使能BTS7960。IN引脚用于确定哪个MOSFET导通。IN=I且INH=1时，高边MOSFET导通，OUT引脚输出高电平；IN=0且INH=1时，低边MOSFET导通，OUT引脚输出低电平。SR引脚外接电阻的大小，可以调节MOS管导通和关断的时间，具有防电磁干扰的功能。Is引脚是电流检测输出引脚。由两个BTS7960半桥驱动芯片可以构成全桥驱动电路。 BTS7960的引脚Is具有电流检测功能，正常模式下，从Is引脚流出的电流与流经高边MOS管的电流成正比，RIS=lk ，则VIS=I load／8.5；在故障条件下，从Is引脚流出的电流等于I IS(1im)(约4．5mA)，最后的效果是Is为高电平。应用电路如图3.7所示 图3.7 电路原理图如图3.8所示 图3.8 3.5测速电路舵机电路设计 舵机电路原理如图3.9所示，发光二极管提示舵机工作情况。 图3.9 光电编码器电路原理如图3.9所示，发光二极管提示光电编码器工作情况。 图3.10 3.6无线模块电路设计 无线模块采用nRF2401。 nRF系列是采用蓝牙核心技术设计并将多种功能和外围部件协议集成在芯片内部、可与单片微处理器直接进行数据传输的单片无线收发芯片.其中nRF2401 具有以下特点： 1）nRF2401 工作于全球开放的2.4~2.5 GHzISM免申请频段共125个频点，可满足多频点及跳频需要；最高速率可达1Mb/s，低能耗；发射功率、工作频率等所有工作参数通过软件设置完成，工作电压1.9~3.6 V；每个芯片可以通过软件设置多达40b的地址，只有收到本机地址时才会输出数据并提供一个中断指示，编程方便. 2）nRF2401 内置了纠检错协议和相应硬件电路，为软件开发人员提供了方便；nRF2401 采用的DuoCeiverTM技术使nRF2401可由同一幅天线同时接收2个不同频道的nRF2401的数据. nRF2401的4种工作模式分别为：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式，这4种模式由PWR_UP、CE和CS3个引脚决定。值得注意的是nRF2401的收发模式有直接收发模式和ShockBurstTM收发模式2 种，由器件配置字决定。其中ShockBurstTM的配置字可以分为4个部分： 1）数据宽度：声明射频数据包中数据占用的位数，使nRF2401能够区分接收数据包中的和循环冗余校验码. 2)地址宽度：声明射频数据包中地址占用的位数，使nRF2401能够区分地址和数据. 3)地址字节：接收数据的地址，有信道1的地址和信道2的地址；4)CRC：使nRF2401能够生成CRC校验码和译码。 这里只提供了无线模块的硬件支持，原理图如图3.11。 图3.11 3.6拨码开关，红外光电管电路设计 拨码开关用来给定车不同的速度，原理图如图3.12 图3.11 红外光电管辅助摄像头进行检测，如图3.12（实际电路中只用到3.12（b）） 图3.12（a） 图3.12（b） 3.7 PCB板的设计和调试. 印制好的电路板如图3.13 图3.13 将元器件焊接好的电路板如图3.14 图3.14 4 模型车机械设计 4.1 整体布局 B型车模采用的是国内厂商生产的1：16的电动越野遥控车的底盘部分，突出特点为四轮驱动，四轮独立悬挂。舵机被安放在车体右上部，主电机在车体左上部。前后轮均有差速器。差速器有差速作用和限滑作用：差速作用使两轮可以相对转动，并使两轮转动速度的平均值等于整驱动轴的转动速度；限滑作用在两轮相对转动时产生阻力，以限制两轮速度差，防止其中一个轮子发生过度打滑和空转。齿轮差速通常可填充差速油。差速油可以使齿轮在相对转动啮合时产生阻力。 其中空车体如图4.1 图4.1 由于舵机被安放在车体右上部，主电机在车体左上部。车体中心贯穿着传动轴。车体内空间狭小，为了保证智能小车的稳定性，将较重的电池放在车体后方，这样车体内部基本上就没有多余的空间了。测速的光电编码器为了可以和主电机相接，直接安装在主电机后面，两组电池的中间。系统版安装在主电机上方。由于系统版较轻，所以不会对车的稳定性造成大的影响。摄像头支架安装在光电编码器正上方。整体重心在中部偏后，确保了车的稳定性。整车布局如图4.2 图4.2 4.2 测速模块和摄像头的安装. 由于采用的是光电编码器，所以直接在上面接了一个齿轮，齿轮和主电机相接，但是车体本身没有任何可以固定光电编码器的位置。所以在中心的传动轴上的垫片出用AB胶水固定住了光电编码器。两边用支架卡住后再用胶水粘牢。 摄像头支架角度可调、高度适度，而且材料要轻，具有一定刚度，与车模底盘可靠固定。经过反复挑选，选用铝合金管，下端与固定光电编码器的支架相接，然后用AB胶固定住，固定效果很好。顶端铝合金做成旋转支架与摄像头相连接。安装方法如图4.3 图4.3（a） 图4.3（b） 4.3 车轮的机械调整 Toe角度（束角）是描述从车的正上方看，车轮的前端和车辆纵线的夹角。车轮前端向内倾（内八字），称为Toe-in，车轮前端向外倾（外八字），称为Toe-out。不同的Toe角度会改变车辆的转向反应和直道行驶的稳定性。可以通过改变前万向节拉杆（图4.4中红圈所示）的长度来改变Toe角度。Camber link是指前上桥两端的固定位置。Camber link决定了车轮的Camber角度，以及悬挂移动时Camber角度的改变量，和悬挂系统的几何特性。Camber link位置会影响车辆的稳定性和抓地力。可以通过调整前上桥的拉杆（图4.4中黄圈所示）的长度来改变前轮的Camber link。 图4.4 5 系统软件设计 5.1 系统软件整体结构 如图5.1 所示，为系统软件整体结构框图，主要包括：系统初始化，系统参数的设定；数字摄像头数据的采集；道路信息的处理模块；舵机控制模块；速度控制模块。 3.3V稳压模块 5V稳压模块 电机驱动模块 6V稳压模块 7.2V电源 无线模块 舵机 处理器 摄像头 光电编码器 主电机 红外光电管 上位机模块 系统初始化 系统参数设定 采集信息的处理 数字摄像头数据的采集 舵机控制 速度控制 速度信息的采集 PAGE 16 _1337003807.unknown _1337070400.unknown