基于ccd的智能车循迹系统的研究

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1、万方数据第30卷第6期2010年12月苏州大学学报I工科版)JOURNALOFSUZHOUUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)V01．30No．6Dec．2010文章缡号：1673一047x12010)一06-0027—04基于CCD的智能车循迹系统的研究熊慧，尤一鸣(天津工业大学电气工程与自动化学院，天津300160)摘要：系统采用Freescale16位MC9S12XSl28为核心控制器，利用CCD采集路面信息，单片机获得CCD采集的路面信息和速度信息，采用改进的二值化图像处理方法，以排除黑色引导线以外物体的干扰，调节小车的速

2、度和舵机的方向，实现智能车按照给定的路径前进。实验表明，在这种控制策略下，小车能够排除各种干扰信息，稳定高速地行驶。关键词：循迹；路径识别；二值化；智能车中图分类号：TPl8文献标识码：A0引言图像处理和电机控制技术广泛应用于各种智能循迹的车辆，目前很多循迹系统采用CCD或者红外传感器实现数据的采集。CCD的前瞻性好，控制精细，但算法复杂。本文对采用CCD的路面信息采集与控制算法进行简化改进，使小车能够沿黑色引导线快速行驶，又不会冲出跑道。该小车采用Freescale公司生产的MC9S12XSl28型号单片机作为控制芯片，通过单片机的片内AD模块和CCD采集小车前方黑

3、色引导线的图像，经过对图像的一系列分析得出舵机的输出角度以使小车转向，并判断小车应该加速还是减速。该小车的设计已经在2009年全国智能车比赛中取得二等奖。1整体设计按照功能将整个小车分为六大部分：CCD摄像头图像采集模块、电源模块、驱动模块、测速模块、舵机转向模块、辅助调试模块。图l为系统硬件模块图。1．1CCD图像采集模块本文采用CCD作为识别路径的传感器，此模块的主要作用是识别黑色引导线。工作原理为：CCD摄像头的信号通过LMl881视频分离芯片向XSl28产生行信号中断和场信号中断，以控制图像AD值的采集；然后通过边沿提取算法提取出每行黑线的位置，通过提取连续线

4、段重新构建一帧图像的算法对整个图像进行处理。1．2驱动模块电机驱动板由分立元件设计的直流电动机可逆双极型桥式驱动器组成，其功率元件由四支N沟道功率MOSFET管组成，额定工作电流可以达到60A以上，大大提高了电动机的工作转矩和转速。收稿日期：2010—03—30作者简介：熊慧(1978一)，女，讲师．主要研究方向为智能控制。电源模块妒Ⅸ州扩ⅨsV吣嘣m，zV7：V纂翼Il测速ll电机ll舵机I驱动ll转I以UVTTMC9S12XSl28j【辅助凋试圈1系统硬件模块圈万方数据苏州大学学报(工科版)第30卷1．3测速模块采用光电耦合管和自制的码盘作为测速传感器，光耦合管的

5、输出信号经过555定时器组成的斯密特触发器整形得到一定频率的矩形波信号，再经过MCU的输入捕捉功能提取出小车的速度值。1．4舵机转向模块利用汽车转向机构原理，为了保证小车在转弯过程中能快速响应，且防止速度过快冲出跑道，把舵机的位置进行了提升，增大了力矩，使小车能按照轨迹进行快速转弯。2图像采集及处理常用的摄像头视频输出信号是PAL制式，它的工作原理与电视机的工作原理相似：在一定分辨率下，每秒扫描25帧图像，每帧图像含有625行信息，分为奇偶行，进行隔行扫描，扫描每秒50场信号，每场有312．5行信息，从奇数行开始扫描，即依次扫描第l、3、5、7、9⋯⋯行，当扫描完奇数

6、行后，再开始扫描偶数行，构成一帧图像。图像采集是根据摄像头的行信号和场信号对图像模拟量进行采集。输出信号包括行同步信号、场同步信号、图像时间以及各种消隐时间。行同步信号代表一行图像数据扫描开始，场同步信号代表一帧图像数据扫描开始。要完成图像的正确采集，必须严格遵守时序的要求：当捕捉到一个行信号时，开始对该行各点的模拟量进行采集，当下一个行信号发生时表明该行采集完毕，需要对下一行模拟量进行采集。2．1二值化图像处理方法图像处理精度决定小车的转向和速度。当跑道处在不同环境下，单片机通过CCD摄像头对跑道的采集会产生波动性，这样会干扰小车识别路径。利用单片机的AD模块，将C

7、CD摄像头的模拟信号转化成数字量，存在一个二维数组中，数组的行列分别代表图像中的行列，这样将CCD采集的一帧图像映射为一个二维数组。经过分析处理确定跑道上黑色引导线的位置，来控制小车的舵机转向。二值化处理是一种灰度处理算法，把图形的灰度图像数字信号变为二值(o，1)的数字信号。图像的二值化操作将使信息丢失，但却是某些处理不可缺少的步骤。图像二值化即在图像灰度级范围内确定一个阈值r，使二值化后的图像g(茗，Y)表示如下：，、f255if八菇，Y)>T1，．、gCx,y卜10if八x)