基于摄像头的自动寻迹智能车

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2、波（湖北汽车工业学院电气与信息工程学院，湖北十堰442002）摘要：本文介绍了基于飞思卡尔MC9S12DG128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；MC9S12单片机；图像识别中图分类号：TP273；TP242.6文献标识码：A0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

3、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，采用路径搜索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，自动控制器是设计智能车的核心环节。自动控制器是以飞思卡尔16位单片机MC9

4、S12DG128（简称S12）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，电路设计应当尽量简洁紧凑，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。因此自动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1所示。图1系统基本控制流程62系统硬件结构本设计中系统的硬件结构大致可以分为以下几个模块，如图2所示。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。（2）图像采集模块(包括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

5、信息，为后来的控制程序做准备。（3）PC串行通讯接口：主要是为调试而设计的，便于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。（4）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。在本设计中直接利用了Freescale公司的MC33886芯片来驱动直流电机。（5）舵机驱动模块：控制舵机转向，舵机用PWM波控制，其占空比不同，舵机就能转过相应的转角。（6）测速传感器模块：目的是为了检测小车的速度，让系统运行速度形成闭环，易于调控。（7）电压转换模块：本智能车系统采用7.2V/2000mAh的镍铬蓄电池供电，

6、需要经5V转换为单片机供电，经12V转换为摄像头供电，7.2V直接给舵机和直流电机供电。（8）车模：上面安装有直流电机和舵机，后轮驱动。本系统I/O口[5]具体分配如下：PAD01为用于摄像头视频信号的输入口；PT2为用于摄像头奇–偶场同步信号的输入捕捉口；PT3为用于摄像头行同步信号的输入捕捉口；PT6、PT7为用于车速检测的输入口；PORTB为用于显示小车的各种性能参数；PWM01为用于伺服舵机的PWM控制信号输出；PWM23、PWM67为用于驱动电机的PWM控制信号输出；RXD0、TXD0为用于单片机与计算机的串行通讯口。3系统图像采集路径识别的主要功能是准确、快速地采集路面信息

7、，把它转变成电信号，传送到单片机中处理。智能车在赛道上行驶时，装在车前端的摄像头实时检测路径信息，按照一定的分辨率，以隔行扫描的方式采样图像上的点，当扫描到某点时，就通过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与灰度成一一对应关系的电压值，电压值越低，表明图像越黑，反之，图像越白。6然后此电压值通过视频信号端输出，摄像头连续的扫描图像上面的一行，就输出一段连续的电压视频信号，该电压的高低起伏正好反应了该行图像的灰度变化情况。视频信号中除了包含图像信