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基于摄像头的自动寻迹?智能车控制系统设计 ? 雷钧，李?峰波 （湖北汽车工业?学院电气与信息工程学?院，湖北 十堰 44?2002） 摘 要?：本文介绍了基于飞思?卡尔MC9S12DG?128单片机控制的智?能车系统，该系统以摄?像头传感器作为路径识?别装置，通过图像识别?提取路径信息。文章对?智能车寻线控制系统的?软、硬件设计思路和控?制算法等进行了论述。?测试结果表明智能车能?准确稳定地跟踪引导线?。 关键词：智能车；? 自动寻迹；MC9S?12单片机； 图像识?别 中图分类号：TP?273；TP242.?6 文献标识码?：A 0 概述 自?动寻迹智能车涉及到当?前高技术领域内的许多?先进技术，其中最主要?的是传感技术、路径规?划和运动控制。本课题?是以智能车竞赛为背景?，以单片机作为核心控?制单元，摄像头作为路?径识别传感器，以直流?电机作为小车的驱动装?置，舵机控制小车转向?。车模竞赛的赛道是一?个具有特定几何尺寸约?束、磨擦系数及光学特?性的KT板，其中心贴?有对可见光及不可见光?均有较强吸收特性的黑?色条带作为引导线，宽?度为2.5cm。在行?驶过程中，单片机系统?通过摄像头获取前方赛?道的图像数据，同时通?过测速传感器实时获取?智能车的速度，采用路?径有哪些信誉好的足球投注网站算法进行寻线判?断和速度分析，然后做?出控制决策，控制转向?舵机和直流驱动电机的?工作[1-4]。智能?车通过实时对自身运动?速度及方向等进行调整?来“沿”赛道快速行驶?。 1 智能车系统?方案 作为能够自动识别路径的智能车自动控制器是智能车的核心环节。自动控制器是以单片机MC9S12DG为核心，配有传感器电机舵机电池及相应的驱动电路，在保证智能车可靠运行前提下，电路设计尽量简洁紧凑，以减轻系统负载，提高智能车的灵活性。信息处理与控制算法由运行在单片机中的控制软件完成。因此自控制器设计可以分为硬件电路设计和控制软件两部分系统基本控制过程如图系统基本控制程设计大致可以分为模块 图2 智?能车硬件系统结构 （?1）MCU处理器模块本设计的核心器件采用MC9S12DG128单片机。 图像采集模块(CMOS摄像头)采进来的视频信号经过A/D转换成单片机可以识别的信息，为后来的控制程序做准备。PC串行通讯接口主要是为调试而便计算机与单片机数据的交流，从而能准确地掌握程序的运行状况，为算法的改进提供科学依据。 电机驱动模块可以直接利用电机驱动芯片，也可以自行设计一个大功率电机驱动电路实现相应的驱动。在设计中直接利用了Freescale公司的MC33886芯片来驱动电机。 舵机驱动模块。 传感器模块目的是为了让系统形成闭环，易调控。 电压模块车模本系统I/O口具体分配如下：P；用于车速检测的输入口；PORTB用于显示小车的各种性能参数；PWM01用于伺服舵机的PWM控制信号输出；PWM23、PWM67为?用于驱动电机的PWM控制信号输出LM18?81 的视频信号输入?端，同时也接入单片机?的一个A/D 转换口?（选用PAD01）。?LM1881 的行同?步信号端（引脚1）接?入S12 的一个输入?捕捉口（PT3）。因?为行同步信号（即对应?摄像头信号的行同步脉?冲）持续时间较短，为?了不漏检行同步信号，?选用S12输入捕捉口?。若使用普通I/O ?口，则只能使用等待查?询的方式来检测行同步?信号，这会浪费S12?的CPU 资源。同样?LM1881 的奇—?偶场同步信号输出端（?引脚7）也接S12的?输入捕捉口（PT2）?。本智能车选择奇—偶?场同步信号作为换场的?标志信号，而不是选用?LM1881 输出的?场同步信号（引脚3）?，这样设计的优点在于?当摄像头信号处于奇场?或偶场时，则奇—偶场?信号整场都相应地处于?高电平或低电平，输入?捕捉口若检测到电平发?生变化，就可以知道摄?像头信号换场了。 C?MOS摄像头通过行扫?描方式，将图像信息转?换为一维的视频模拟信?号输出。信号变化很快?，比如PAL制式的视?频信号，每秒钟输出2?5幅图像，每幅图像又?分为奇、偶两场，先奇?场后偶场。如果选择3?20线的OmniVi?sion CMOS摄?像头，则每场图像有3?20行，每行图像信号?时间为64us，去除?行同步脉冲时间，有效?的图像信号不足60u?s。S12的A/D转?换速度较低，在不超频?的情况下进行10位A?/D转换需要的时间为?7us。这样单行视频?信号只能采集8个点，?若宽度仅2.5cm的?黑色引导线的位置恰好?位于相邻两采样点之间?，就会漏检该条引导线?。S12每场图像可以?采集320行的图像信?息，去除场消隐区，有?288行有效的视频信?号，故图像的垂直分辨?率较高。在安装CMO?S摄像头时旋转90°?，输出的图像信息也将?旋转90°，