基于路径识别的寻迹智能车设计与实现.pdf

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1、第２７卷第１期安徽工程大学学报Ｖｏｌ．２７．Ｎｏ．１２０１２年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＭａｒ．，２０１２文章编号：１６７２２－４７７（２０１２）０１－００６０－０４基于路径识别的寻迹智能车设计与实现孙书诚，郎朗＊，王虎（安徽工程大学安徽省电气传动与控制重点实验室，安徽芜湖２４１０００）摘要：为了实现智能车沿道路上引导线自动寻迹，研制一种基于模型汽车为硬件平台的智能车系统．该系统通过采用改进的边缘检测算法对Ｃ

2、ＯＭＳ摄像头捕获的道路信息进行处理，在获取更准确图像的基础上，依靠舵机进行方向控制，通过闭环ＰＩ控制电机驱动智能车前进．本设计实现了智能车沿引导线稳定、快速行驶的功能．实验表明，此设计方案提高了智能车运行速度和稳定性．关键词：智能车；摄像头；边缘检测；路径识别；自动寻迹中图分类号：ＴＰ２９；ＴＰ２４２．６文献标识码：Ａ智能车作为智能交通系统的关键技术之一，是许多高新技术综合集成的载体，体现了车辆工程、人工［１］智能、自动控制及计算机控制技术为一体的综合技术．目前研究主要集中在路径识别与跟踪等方面．在路径识别方面，一般只考虑理想状态下的光线，而忽略光线变

3、化对图像采集的影响，导致图像信息的丢失，［２］降低了智能车判断路径的准确率．本文在图像处理时使用动态阈值，改进边缘检测算法，提高图像的区分度，解决了智能车在前进中摄像头受环境中光线影响的问题，提高了图像特征提取的准确性；在路径跟踪方面，提出了根据路径情况、参数整定的分段处理方法，解决了智能车在不同类型路径下准确跟踪引导线的问题．１寻迹智能车硬件设计寻迹智能车以飞思卡尔公司的ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２８微处理器为控制核心，系统包括电源管理模块、图像采集模块、电机驱动模块、车速检测模块和舵机转向模块等．其系统构成见图１．１．１控制器模块图１寻迹智能车系统构成寻迹

4、智能车采用飞思卡尔公司的ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２８微处理器作为核心控制芯片，该芯片使用锁相环（ＰＬＬ）设定系统的工作频率，最高可达９６ＭＨｚ．寻迹智能车采用６４ＭＨｚ的工作频率，可以满足ＣＭＯＳ［３］摄像头采集的需要．同时使用ＰＷＭ模块控制舵机转角和电机转速；用增强的捕捉定时器（ＥＣＴ）对编码器脉冲计数；用通用异步串口（ＳＣＩ）把智能车行驶过程中的关键参数通过ＺｉｇＢｅｅ无线通信动技术发送到ＰＣ机以便实时分析；对于大量的图像参数，使用微处理器高速同步串口（ＳＰＩ）及时送至ＳＤ卡上，获取整个行驶过程中的图像信息．１．２图像采集模块图像采集模块采用基于ＣＭＯＳ

5、传感器的数字摄像头ＯＶ６６２０，采集的图像是ＰＡＬ制，每秒２５帧，一帧两场，一场图像为３５６×２９２像素，可通过内部寄存器调整摄像头的参数，如最大灰度、对比度、曝光率控制等．由于智能车只需识别道路中黑色引导线，故只需提取图像的灰度信号，灰度值经ＯＶ６６２０的引脚Ｙ０～Ｙ７并行送给ＭＣ９Ｓ１２ＸＳｌ２８微处理器的普通数据口．ＯＶ６６２０摄像头的时钟控制信号场中断信号（ＶＳＹＮ）和行中断信号（ＨＲＥＦ）分别接微处理器中增强型捕捉定时器（ＥＣＴ）模块中的ＰＴ１和ＰＴ０引脚．ＯＶ６６２０摄像头和ＭＣ９Ｓ１２ＸＳｌ２８微处理器的连接图如图２所示．收稿日期：２０１

6、１－１１－０２基金项目：安徽省自然科学基金资助项目（１１０４０６０６ｍ１５３）；芜湖市科技计划基金资助项目（芜科计字［２０１１］４７号文）；安徽高校自然科学基金资助项目（ｋｊ２０１２ｂ００９）作者简介：孙书诚（１９８１－），男，安徽六安人，硕士研究生．通讯作者：郎朗（１９５６－），女，安徽蚌埠人，正高级工程师，硕导．第１期孙书诚，等：基于路径识别的寻迹智能车设计与实现·６１·１．３电机驱动模块为满足智能车快速运动的功率要求，电机驱动选择高电流半桥驱动芯片Ｂ

7、ＴＳ７９６０Ｂ，电流最高可达４３Ａ，但因其内阻很小，典型值为１６ｍΩ，因此功耗较小，且具有过热关闭功能．在此应用中，通过ＢＴＳ７９６０Ｂ芯片将恒定的电池电压调制成频率一定、宽度可变的ＰＷＭ脉冲电压序列，改变输出平均电压的大小，实现直流电机转动速度改变．为提高脉冲的分辨率，将ＭＣ９Ｓ１２ＸＳｌ２８微处理器内部两路８位ＰＷＭ寄存器级联成一路１６位寄存器使用，分辨率由０．０１９５３１提高到０．００００７６，级联成后的ＰＷＭ３和ＰＷＭ５引脚输出的脉冲经７４ＨＣ２４４缓冲驱动器后，与ＢＴＳ７９６０Ｂ输入端ＩＮ相连接，ＢＴＳ７９６０Ｂ输出端ＯＵＴ１和ＯＵＴ２并联后

8、接电机一端，从而达到控制电机正反转的目的．电机驱动模块电路见图３．图２微处理器与摄像头连接图图