基于ccd图像采集的自主循迹的智能车系统设计

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1、基于CCD图像采集的自主循迹的智能车系统设计　　摘要本文设计了一种基于CCD摄像头图像采集并自主循迹的智能车模型。该智能车以飞思卡尔公司的MC56F8366MFVE高性能16位单片机作为核心控制器，采用CCD摄像头获取赛道图像信息，使用模拟比较器对图像进行硬件二值化，通过提取赛道中心线，计算出小车与黑线建立的位置偏差，采用PD方式对舵机转向进行反馈控制。　　【关键词】CCD图像采集电子信息智能技术　　1引言　　随着电子信息和智能技术的快速发展，越来越多的智能技术在汽车上得到应用与发展，智能车成为人们关注和研究的焦点，本文以“飞思卡尔”智能车竞赛

2、为背景，着重研究了智能小车控制系统的软、硬件结构及设计开发过程，对车模机械的改造与设计，硬件电路的设计与试验，程序算法的制定与优化等进行了重点研究，经过不断改进、调试与优化，智能车的行驶速度和稳定性都得到了明显的提高。　　2车模改进　　整个模型车的改装分为两大部分：一个是机械结构的调整；另一个是传感器的合理布局。模型车的机械结构调整主要围绕着三点原则“质量小、重心低、结构牢”。传感器的安装则根据传感器要实现的功能进行合理布置。　　2.1机械结构调整　　综合参照车辆工程理论和测试结果，为使车模在高速过弯时保持车模稳定，过弯及时到位，车模的前轮安装

3、要有一定的角度位置要求。也就是通常说的前轮定位。包括主销内倾、前轮外倾和前轮后束。　　2.2摄像头安装　　为保证摄像头在循迹时的稳定性，关键在于摄像头底座与碳纤维杆的固定。用一块大小合适的碳纤维板作底座，将所有固定孔准确的打出来，然后固定碳纤维支架套，再把碳纤维杆穿过支架固定在底座上，最后将底座用铜柱固定在底盘上，同时可将电池放在底座下，这样的架构便于拆卸和维修，具有赛场快速保障能力。摄像头安装的位置应同时考虑到机械性能的需要和图像的要求。从车模的性能上考虑，车模的重心越低越好。因此摄像头的支架采用塑料支架，待摄像头标定完成后即用胶水固定。考虑

4、到车模是后轮驱动，重心太靠前车模容易甩尾，太靠后车模容易转向不足，需要将重心处于中间偏后的位置。而摄像头安装在电池上方重心满足中间偏后位置。　　3系统硬件设计　　模型车的电路部分设计包括单片机最小系统电路、电源电路、电机驱动电路、二值化电路、和陀螺仪电路等。　　3.1单片机最小系统设计　　单片机最小系统是智能车的核心，设计时必须充分考虑抗干扰、防静电和运行的稳定性。MC56F8366MFVE单片机内部各个模块的电源都已经从单片机内部引出，PLL电路使用内部的稳压，其他各个部分都要使用外接电源，外接电源必须隔离，防止外部电源波动影响单片机正常工作

5、。　　3.2摄像头电路设计　　摄像头为电源纹波敏感器件其工作电源为12V，所以要求供电的电源纹波要小，噪声要小，电源容量要大。最后我们选用纹波小，低压差，线性度好的LM2940。　　视频信号中除了包含图像信号之外，还包括行同步信号、行消隐信号、场同步信号、场消隐信号以及槽脉冲信号、前均衡脉冲、后均衡脉冲等，因此，若要对视频信号进行采集，就必须准确地把握各种信号间的逻辑关系。所以我们选用了针对视频信号的同步分离而生产的LM1881，它为视频信号的处理提供了极大的方便。　　3.3测速模块电路设计　　要实现对模型车的闭环控制，需要时刻检测模型车当前速

6、度，所以需使用速度传感器将模型车当前速度反馈给单片机，考虑到系统的稳定性、PID反馈控制的精度和车子自身体积的限制，选用了500线AB两相光电编码器，当采样时间在5MS的时候，可以返回200多个脉冲，PID控制精度足够，效果非常好。　　4系统软件设计　　软件设计应该根据摄像头提取出来的赛道信息、光电编码器返回的速度信息和舵机的转角来控制车子的转弯、加速减速和随动的转动等。　　4.1图像采集　　由于赛道为白色背景两边是黑色边缘，又在赛道中小S部分增加了虚线，使提取中心线更加的困难。　　要提取中心线必须先提取赛道边缘信息，边缘的提取方法：一是采用跳

7、变法，在二值化后的图像信息中从中间向两边寻找由0到1的跳变点即为白到黑的跳变沿，此算法相对于图像二值化法较为可靠，抗干扰能力强，但是单片机资源开销较大，运算时间较长；二是采用跟踪边沿检测法，当找到第一个正确的跳变点后，根据图像的连续性可预知下一行跳变点的区域范围并进行搜索，这样可以大大节省单片机的运行时间，但同时也会丢失许多赛道的宝贵信息，尤其是小S不好处理。经过大量的实践对比，最终选用跳变法。边缘的提取是由近到远逐行从中心到两边扫描图像找到黑点并且记录黑点位置，当在一定范围内找不到黑点时记为十字交叉或者是小S虚线部分，此时根据上下的赛道趋势确

8、定边界的位置并记录下来，经过仿真可以得到很好的效果。　　4.2速度控制　　所谓速度控制，就是智能车可以根据路况信息调整速度，判断出是该加速、减速，还是