智能循跡小車硬件設(shè)計(jì)及路徑識(shí)別算法
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主電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用大賽組委會(huì)指定的競(jìng)賽用電池直接為MC33886及主電機(jī)供電。MC33886的所有輸入、輸出信號(hào)均采用TLP521-4光電耦合芯片隔離，以避免驅(qū)動(dòng)電路對(duì)單片機(jī)的正常工作造成干擾。為了保證MC33886散熱良好，該電路板上依據(jù)MC33886數(shù)據(jù)手冊(cè)的推薦樣式設(shè)計(jì)了散熱敷銅并為MC33886安裝了散熱片。焊接、裝配時(shí)，將電路板正面的敷銅與MC33886底部的裸露的散熱銅焊盤焊接在一起，可大大增強(qiáng)芯片的散熱能力。
1．3 舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊
利用汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)原理，為了保證小車在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，既能快速響應(yīng)，又防止速度過(guò)快沖出跑道，把舵機(jī)的位置進(jìn)行了提升，可以增大力矩，使小車快速響應(yīng)，按照軌跡進(jìn)行快速轉(zhuǎn)彎。測(cè)量出攝像頭能夠檢測(cè)到的黑線位置，并量車距離為b，測(cè)量車正中間和黑線的橫向距離為a，那么轉(zhuǎn)角的正切就等于b／a，如圖3所示?？梢允褂眠@個(gè)方法，把黑線從視野最左端移動(dòng)到最右端，分別測(cè)量出轉(zhuǎn)角。由于舵機(jī)連桿加長(zhǎng)，可發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)角于舵機(jī)的PWM值基本是線性的，所以舵機(jī)控制采用P控制即可。再考慮到轉(zhuǎn)彎必須有一定的及時(shí)性，所以并不采用PID控制。本文引用地址：http://2s4d.com/article/172988.htm
1．4 速度測(cè)量模塊
考慮到成本要求，采用了紅外對(duì)管和黑白碼盤作為測(cè)速模塊的硬件構(gòu)成。其中碼盤為32格的黑白相間圓盤，如圖4所示。
紅外傳感器安裝在正對(duì)碼盤的前方，雖然這樣做精度比編碼器要低很多，但是成本低廉制作容易，如果智能車速度較快，可以考慮再減少碼盤上黑白色條的數(shù)量即可。
當(dāng)圓盤隨著齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電管接收到的反射光強(qiáng)弱交替變化，由此可以得到一系列高低電脈沖。設(shè)置MC9S12DG128的ECT模塊，同時(shí)捕捉光電管輸出的電脈沖的上升沿和下降沿。通過(guò)累計(jì)一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，或者記錄相鄰脈沖的間隔時(shí)間，可以得到和速度等價(jià)的參數(shù)值。
2 圖像采集及處理
2．1 圖像采集
常用的攝像頭視頻輸出信號(hào)是PAL電視機(jī)制式，它的工作原理與電視機(jī)的工作原理相似：在一定分辨率下，每秒掃描25幀圖像，每幀圖像含有625行信息，分為奇、偶場(chǎng)，進(jìn)行隔行掃描，總共每秒50場(chǎng)信號(hào)，每場(chǎng)有312．5行信息，從奇數(shù)行開始掃描，即依次掃描第1、3、5、7、
9……行，當(dāng)掃描完奇數(shù)場(chǎng)后，再開始掃描偶數(shù)場(chǎng)，構(gòu)成一幀圖像。
對(duì)圖像的采集即是根據(jù)攝像頭的行信號(hào)和場(chǎng)信號(hào)對(duì)圖像模擬量采集。輸出信號(hào)包括行同步信號(hào)，場(chǎng)同步信號(hào)，圖像時(shí)間，以及各種消隱時(shí)間。行同步信號(hào)代表一行的圖像數(shù)據(jù)掃描開始，場(chǎng)同步信號(hào)代表一幀的圖像數(shù)據(jù)掃描開始。要完成圖像的正確采集，必須嚴(yán)格遵守時(shí)序的要求：當(dāng)捕捉到一行信號(hào)時(shí)，開始對(duì)該行各點(diǎn)的模擬量進(jìn)行采集，當(dāng)下一行信號(hào)發(fā)生時(shí)表明該行采集完畢，需要對(duì)下一行的模擬量進(jìn)行采集。
2．2 圖像采集的主要硬件設(shè)計(jì)
攝像頭產(chǎn)品說(shuō)明上通常會(huì)給出有效像素和分辨率，分辨率即為每場(chǎng)信號(hào)中真正為視頻信號(hào)的行的數(shù)目。但產(chǎn)品說(shuō)明上通常不會(huì)具體介紹視頻信號(hào)行的持續(xù)時(shí)間、它們?cè)诿繄?chǎng)信號(hào)中的位置、行消隱脈沖的持續(xù)時(shí)間等參數(shù)，而這些參數(shù)又關(guān)系到圖像采樣的有效實(shí)現(xiàn)。因此需要設(shè)計(jì)軟、硬件方法實(shí)際測(cè)量一下這些參數(shù)。
經(jīng)過(guò)測(cè)量，所采用的CMOS攝像頭每秒能夠輸出25幀圖像信號(hào)，每幀分為奇場(chǎng)和偶場(chǎng)，每場(chǎng)包含312線，那么，每條線的掃描時(shí)間大約為64 μs。
通常，攝像頭橫向(行方向)的像素?cái)?shù)遠(yuǎn)多于對(duì)單行視頻信號(hào)A／D采樣的點(diǎn)數(shù)。真正決定賽車圖像采樣模塊實(shí)際橫向分辨能力的不是攝像頭橫向的像素?cái)?shù)，而是A／D采樣單行視頻信號(hào)的點(diǎn)數(shù)。所以，把攝像頭旋轉(zhuǎn)了90°使用，把以前的線信號(hào)組合起來(lái)，變成行信號(hào)，所以在一行的賽道信息上最多采集到312個(gè)點(diǎn)，這樣就可以滿足路徑識(shí)別的需要了。
攝像頭使用12 V的電源供電，所以設(shè)計(jì)了升壓電路，如圖5所示。
評(píng)論