第五届飞思卡尔智能车摄像头组设计方案

1第五届飞思卡尔智能车摄像头组设计方案摘要：为了用单片机系统实现小车智能控制，本设计以MC9S12DG128为核心，附以外围电路，将摄像头传感器得到的图像信息进行综合判别和处理，并通过速度传感器获得当前车辆速度，然后发出指令给电机驱动器（包括舵机和驱动电机），控制小车，从而使小车能够快速、准确地识别特定路线行驶。快速准确的图像分析处理、准确的实时速度控制、CPU的综合数据处理为小汽车实现自动加速、减速、限速、左转、右转提供了充分的保证。通过组装车模、传感器的选择与布置、系统电路板的设计与安装、仿真软件的制作、安装与调试以及控制算法的调试等等，首先使智能车运行起来，由低速逐渐向高速过渡。在实验的基础上不断发现问题，不断调试，不断解决问题，使智能车能够最大限度的沿着轨道快速、准确的行驶。关键词：单片机、传感器、电机驱动器摄像头的安装大量事实证明重：心越低越好。为降低重心，并同时保证图像视野宽度，最好的方法就是使用旋转摄像头。在08年的第三届比赛中，摄像头-舵角连动机构在RacerX的车上取得了出人意料的成效，但也暴露出了一些机构固有的问题，其中包括：机构虚位导致摄像头定位不准，摄像头在中位附件容易振荡。因此需要对机构进行改良。改良方法如下。(1)增加自动回正机构，给旋转摄像头提供自动回正力矩，以减小机构虚位。2(2)给旋转摄像头机构调静平衡，减少车模在过弯过程中离心力对摄像头的影响。(3)用滑槽代替原本中间的连杆球头，为旋转摄像头在中位附近制造一段死区，使车模在打小角度舵角时，摄像头不转，从而增加车模在直线和小S弯中的稳定性。改良的机构三维图如图2所示。综上所述，这是一个带有死区及自动回正机构的旋转摄像头机构。此外，在控制方面，可以设法检测出摄像头旋转的角度，并将其反馈在控制算法里。检测摄像头角度的方法大致有以下两种：(1)在车头划线做标记，用摄像头检测车头标记，来判断自己所转的角度。(2)由于舵机S3010是模拟舵机，其中是用电位器来反馈舵角3的，因此可以将此电位器的信号飞线引出来，用单片机内部AD进行采集。智能车电源设计智能车电源：7.2V、2A/h的可充电鎳镉蓄电池。全部硬件电路需要的电源：•7.2V电源后轮电机驱动模块电源•5V电源单片机、信号调理电路，部分接口电路，要求电压稳定，电流大于500mA•6V电源舵机电源，工作电流几十毫安，对电压无需十分稳定•9～12V电源CCD/CMOS图像传感器（道路检测）•2V电源LED红外发光管（道路检测）•3.3V电源飞思卡尔公司的MC7230加速度传感器电源（进行后轮打可靠电源是车模各部分硬件稳定工作的基础智能车电源车模系统飞思卡尔智能车系统主要由一系列的机械零部件和控制软件组成，主要包括由大赛组委会统一提供标准的车模底盘、轮胎、舵机、驱动电机、PC9S12控制板和电源等，另外，系统中的道路检测装置和测速装置需自行设计安装[1]。图1为4车模系统框图。要赛出好的成绩，智能车除应具有可靠的道路检测装置外，舵机的灵活转向控制则依赖于机械系统中各个零部件间协调运行。为提高智能车的整体协调性能，一定要把握好“车身简捷、底盘低稳、转向灵活、协调匹配”的设计与安装原则。舵机工作原理舵机在6V电压下正常工作，而大赛组委会统一提供的标准电源输出电压为7.2V，则需一个外围电压转换电路将电源电压转换为舵机的工作电压6V。图2为舵机供电电路。舵机由舵盘、位置反馈电位计、减速齿轮组、直流动电机和控制电路组成，内部位置反馈减速齿轮组由直流电动机驱动，其输出轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器5作为位置检测。当电位器转角线性地转换为电压并反馈给控制电路时，控制电路将反馈信号与输入的控制脉冲信号相比较，产生纠正脉冲，控制并驱动直流电机正向或反向转动，使减速齿轮组输出的位置与期望值相符，从而达到舵机精确控制转向角度的目的。舵机工作原理框图如图3所示。电机驱动模块设计方案：本队采用一些大功率管来驱动。譬如下面的电路，当然日后不一定会采用该电路，但是思想方法是一样的。电机驱动部分我们采用4片大功率MOS管IRF3205组成的H桥电路，以增强对电机的驱动能力桥式驱动电路的控制电路由ST微电子公司的TD340组成，大大简化了调速控制系统的硬件电路，而且具有单片机接口。6参考文献：[1]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京：清华大学出版社.2004年10月第1版[2]卓晴,黄开胜,邵贝贝.学做智能车[M].北京:北航出版社,2007.3[3]秦召兵,师恩义,王力.东北大学猎豹队技术报告[R].2008