摄像头智能循迹小车

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1、智能摄像头小车的设计与制作 一.设计思想与总体方案1，设计思想 小车行驶过程中，通过摄像头探测前方的黑线，将采集到的信息传回单片机，通过判断黑线的形状和曲率调整舵机转角，使小车沿黑线行驶，达到循迹功能。2，总体设计方案 本设计以Freescale16位单片机、MC9SXS128作为检测和控制核心，用CCD摄像头探测黑线，飞思卡尔车体。3摄像头选择由于对车体的控制方法都是基于对赛道黑线的准确提取与判断上的，所以对外界信息采集的唯一入口的摄像头传感器选择就显得尤为重要。本次实验所选用的摄像头为CCD摄像头相比较而言，CMOS数字摄像头硬件电路相对简单，工

2、作电压低，电流小，功耗小，工作稳定。但是在动态图像的现实中不如CCD摄像头清晰，而且噪音比较大，灵敏度低。小车在高速运动情况下，不仅有小车沿赛道延伸方向的速度，还有位置校正带来的横向摆动，这样一来，黑线在曝光时间内不稳定，产生了图像不实。在这一点CCD摄像头有更大的优势，它噪音小，灵敏度高，信噪比大，所以我们选择CCD摄像头，以适应小车高速运动的情况。二.系统硬件结构设计本系统硬件结构主要由HCS12控制核心、电源管理单元、摄像头模拟信号采集电路、车速检测模块、转向伺服电机控制电路和直流驱动电机控制电路组成，其系统硬件结构如图1.1所示。图1.1系统

3、硬件框图1，单片机单元XS128最小系统我们采用了自己设计制作的最小系统板，采用MC9SXS128芯片作为控制芯片。具有体积小，性能稳定的特点。主频最高可达到90M，图2.8为系统版原理图。图2.8最小系统板原理图3，测速电路设计由于今年的车模是双电机，要对小车进行很好的控制就必须实时的监测小车的运行状态，即检测小车的运行速度。MC9SXS128系统板自带一路脉冲捕捉电路，可以测出一个电机的速度，另一个电机的速度我们采用74HC161芯片来计数测出电机的当前速度，其电路原理图如图2.11所示。图2.11电机测速电路4智能车整体硬件电路设计表2.1车模

4、硬件电路技术参数驱动电机速度控制4路8位的PWM输出PWM0、PWM1、PWM2、PWM3电源7.2V驱动舵机转向控制1路16位PWM输出PWM45电源6V两个测速传感器速度反馈1个脉冲累加器外部引脚PT7和74HC161的CLK输入引脚电源5V摄像头图像采集PORTB口PT0、PT1、PT2口电源12V串口和电脑、SD卡数据传输SCI0、SPI控制板2个程序开始按键2个I/O端口PJ6、PJ78位拨码开关一个8个I/O端口PE0~PE7复位按键1个8个I/O输出口PAD0~PAD7整体电容电源系统1758uF最小系统板61uF主控板10uF三.软件

5、设计软件部分主要包括：路径识别、方向控制、速度控制、速度测量和速度控制四个模块。这里先介绍了总程序流程，然后重点介绍了CCD摄像头图像信息的数据采集与处理软件设计流程图。1整体程序介绍图5.1为程序流程图。图5.1整体程序流程图四控制算法在经过几届比赛的总结，我们得出一个结论：在智能车这个控制系统中，控制算法用PID足够达到其极限速度，盲目追求较高级的控制算法是一种错误的观点。除非现有的控制算法不足以支撑现有速度下的控制策略，在本科阶段我们现在自认为不足以达到这个高度，所以我们在准确提取赛道的基础上依然采用用分段PID算法作为控制算法。极品1号的控制

6、方法为PID控制方法。它由速度闭环控制和位置闭环控制两个部分组成，以下简称速度环和位置环。速度环使用传统的PI控制算式，为了提高车模对速度的阶跃信号的快速响应，采用自己设计制作的H桥。同时，算式中的比例系数Kp被设置的较大，用以改善电机的硬度。位置环负责对车模在赛道中的行进位置进行调节。使用了PD算式，并作了改进。传统的PD算式中微分项的响应时间仅为一个采样周期，可能还没有达到好的控制效果时，微分输出已经消失。车模在高速行驶过程中，需要灵活的应对各种路况，这就需要在低速状态下具有快速的转向性能。因此对微分部分进行改进是十分必要的。4.1PID控制算法

7、及其改进形式的应用4.1.1PID算法简介PID控制是工业过程控制中历史最悠久，生命力最强的控制方式。这主要是因为这种控制方式具有直观、实现简单和鲁棒性能好等一系列的优点。位置式PID算式连续控制系统中的PID控制规律是5.1其中x0是偏差信号为零时的控制作用，是控制量的基准；利用外接矩形法进行数值积分，一阶后向差分进行数值微分，当选定采样周期为T时，式5.1可离散为下面的差分方程5.2增量式PID算式。根据式5.2得出5.3于是5.4式5.3的计算结果，反映了第k和第k-1次输出之间的增量，所以称为增量算式。这个算式的结果是可正可负的。利用增量算式

8、控制执行机构，执行机构每次只增加一个增量，因此执行机构起了一个累加的作用。对于整个系统来说，位置和增量式两种