《毕业设计基于图像传感器的自动循迹智能车课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计基于图像传感器的自动循迹智能车课件（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、研究课题：基于图像传感器的自 动循迹智能车系统设置,指导老师： 学生： 专业：车辆工程,智能车概述,智能车是一种轮式移动机器人，它能够自主进行路径识别、决策规划以选择最佳的行驶状态，智能车集中运用了自动控制、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科的知识。随着控制技术、计算机技术和信息技术的发展，智能车在工业生产和日常生活中已扮演了非常重要的角色。车辆智能化是汽车工业今后的发展趋势，也是人们对安全性、智能化要求越来越高未来汽车的发展方向。随着计算机技术和信息技术为代表的高新技术的发展，智能车辆技术的研究将会有突破性的进展。智能车辆系统的实用化是智能车辆发展的前进方向，适应性强、环境适
2、应性好的智能车辆将是研究的重点。,本课题研究内容,小车的道路信息采集采用OV7620图像传感器，以MC9S12DG128控制芯片收集和处理采集到的图像信号，并根据采集到的信号控制小车运行。 小车运行过程由方向控制和电机驱动两个控制部分,采用与白色地面颜色有较大差别的黑色线条作引导。智能车通过舵机驱动前轮转向,通过PWM实现舵机转动的控制，实现智能车的循迹行进。智能车的驱动采用直流电机 ,并采用PWM实现直流电机的调速 ,为了使智能车快速、平稳地行驶 ,系统必须把路径识别、相应的转向伺服电机控制以及直流驱动电机控制准确地结合在一起。本课题对智能车道路图像信号的采集和处理，对舵机转向的控制，对驱动
3、电机的转速的精确控制进行了研究,智能车系统的分析,1.系统模型总体框图,2.系统控制电源模块分析,3.系统软件模块的分析,从该结构图中可以看出，系统的软件模块主要有： 1. 单片机系统的初始化，包括单片机系统时钟的初始化、ATD模块的初始化、PWM模块的初始化、增强型时钟模块的初始化，还有一些输入输出口的初始化； 2. 图像信号的采集：通过对图像信号波形的学习，根据图像信号的特点，采集有效图像信号； 3. 图像信号的处理：将采集到的信号存储在单片机中，通过对图像信号的分析和判断来识别路径，判断黑线中间位置，判断道路是直线还是曲线，以及通过计算判断出曲线的斜率，从而进一步的控制舵机的转角和驱动电
4、机的转速。 4. 舵机转角的控制和电机转速的控制：通过控制PWM口的信号输出可以实现对舵机转角和轮速的控制,智能车硬件系统的设计,1.图像传感器的选取 当前主流的图像传感器有CCD(charge coupled device）和CMOS(complemetary metal oxide semiconductor) 两种。 从基本情况来看，CMOS图像传感器与CCD图像传感器相同，但是从投影面配置的像素取出信号的的方式和构造来看却有很大差异，CMOS图像传感器是通过使各像素具有放大的功能，将光电转换的信号放大，然后取出信号电压或电流。由于CMOS图像传感器在像素内放大电荷，所以不易在传达路径中
5、受到噪声的影响，而且CCD需要12V电源供电，而CMOS仅需要59V供电，且CMOS图像传感器成本更低，综合考虑，选择OV7620CMOS图像传感器。,2. 5V稳压电路设计和稳压芯片选取 现在市场较为通用的5V稳压芯片有LM7805线性稳压器,LM2576开关电源稳压器,LM317可调稳压器等 LM2576属开关电源稳压器有3.3V、5V、12V、15V和可调电压输出多种系列；输出电压可调的范围为1.23V37V，可达3A的输出电流，效率高。但是芯片引脚多，电路复杂，易受干扰，成本也较高。 LM117/LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM117/LM317 的输出电
6、压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用较简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。但是外围电路较7805复杂的多。 7805 系列为 3 端稳压电路, 能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路，使用外接元件时可获得不同的电压和电流。7805最大的缺点是效率较低，大部分电能被转换成热能消耗，但是成本低廉，而且，小车运行5V电路所需电流最大也不超过500mA，所以用7805已经足够了。,5V稳压电路原理图,3.后轮电机驱动电路的设计,小车正常行驶需要调
7、节不同的速度，有时需要借助电机来反转制动，所以对于后轮驱动电路要求较复杂，要实现电机不同转速和不同转向，需要用到H桥驱动电路，由美国摩托罗拉公司生产的MC33886芯片，内部集成了H桥驱动电路，而且体积小，还具有过热和过电流保护作用。所以，本课题选取了MC33886作为后轮电机的驱动芯片，其电路如下：,电机驱动硬件电路如下：,视频图像信号采集模块设计,1.视频信号的主体信号图像信号 一般来说，图像信号是随机的，约为52.2us,如下图所示：,2.视频信号的辅助信号,视频信号的辅助信号有复合同步信号和复合消隐信号两部分, 视频图像每一行有正程和逆程，每一场有正程和逆程，逆程是每一行和每一场的消隐
8、，行消隐是电视机的电子枪从电视机屏幕的最左端回到最右端所需的时间，场消隐是电视机的电子枪从电视机屏幕的最末段到起始段所需要的时间。其结构图如下：,3.视频信号采集电路设计,要能有效地采样摄像头视频信号，首先要处理好的技术问题就是能提取出摄像头信号中的行同步脉冲、消隐脉冲和场同步脉冲。否则，单片机将无法识别所接收到的视频信号处在哪一场，也无法识别是在该场中的场消隐区还是视频信号区，更无法识别是在视频信号区的第几行，因此单片机将无法采集到正确的信号,处理好行同步脉冲和场同步脉冲提取的问题，对视频信号采集十分重要。 LM1881是市场上使用较广泛的视频同步信号分离芯片，它可以直接对电视信号进行同步分
9、离 ,使单片机准确地获得所需的视频图像信号，它提取摄像头信号的行同步脉冲、消隐脉冲和场同步脉冲，并将它们转换成数字式电平直接输给单片机的I/O口作为控制信号,LM1881电路原理图如下,智能车软件系统设计,1.单片机的初始化 ，单片机的初始化非常重要，关系到后面各模块功能的实现，主要有： 1）单片机时钟初始化 2）PWM的初始化 3）A/D转换模块的初始化 4）ECT模块的初始化 5）总线信号端口的初始化,2.图像信号的采集和处理,1）图像信号的采集 选用的OV7620模拟摄像头是PAL制式的，输出的信号由复合同步信号，复合消隐信号和视频信号。其中的视频信号才是真正的图像信号，通过LM1881
10、视频信号同步分离芯片处理后，LM1881引脚1输出行同步信号，引脚3输出场同步信号，引脚7输出奇偶场信号，分别接到了单片机PT0和PT1口。 由于摄像头采集到的信号行分辨率低，而行数可以很多，这与要求的刚好相反，所以我根据要求将摄像头旋转90度，每行采集80个点，采集8行最后将采集到的图像信号存储在一个二维数组中，等待图像信号处理程序的处理。,系统软件流程图,软件的开发工具和系统的调试,1.CodewarriorV4.7软件及其应用 Codewarrior软件是Metrowerks公司开发的软件集成开发环境及IDE(intergrated develop inviroment)，Freesca
11、le的单片机都可以在codewarior IDE软件下进行开发，codewarrior IDE 为软件开发提供了一系列的工具,其使用界面如下：,结论与展望,毕业设计经过一学期的努力奋斗，通过不断的查找资料、请教老师、和同学交流，最后终于完成了老师所布置的任务，达到了自己要求。 在电路方面，我把整个智能车分块进行研究，在电源管理，电机驱动，接口，控制，信号采集，传感器这六个模块分别设计，在经过详细对比几个方案后，选出了最佳的方案，并将其反应在了论文里。 在机械结构方面，我对比了舵机转向系统的几种方案，选择了最佳的方案，并做出了细微改进，然后对前轮束角和主销倾角做出了调整。 在算法方面，选择的是C
12、语言编程，利用Freescale公司推荐的开发调试程序，然后通过不断的试验、思考、改进，设计了一套比较通用，稳定的程序。在这套算法中，系统考虑了小车整体性能，做到了直线加速，弯道减速，保证了小车行驶的快速稳定。 由于对图像信号的采集系统和处理并没有进行深入和系统的学习，造成了对图像的采集和处理没有很深入的理解，所以没有使小车达到最优的转角和速度行驶，这些是以后要加以改进和不断学习的地方，我会继续努力，掌握好图像信号的特点，把握图像的采集和处理的方法和技巧，同时，结合本专业的相关汽车行驶的规律进行小车行驶的优化控制。 随着社会的发展，工厂逐渐转向了自动化生产方向发展，自动循迹智能车在货物存储和提
13、取，在代替人类完成高度危险的工作和频繁单调的工作中将发挥巨大的作用,致谢,时光飞逝，转眼间大学的最后一个学期即将画上句号。从刚接触毕业设计的课题到课题基本上完成，可以说自己将大学这几年学到的很多知识作了一个系统的总结，在这个过程中也学到了很多关于汽车电路方面的新知识，收获很多。在这个过程中，通过不断地与大家交流学习，让我不论是学习上还是生活上都有了较大的进步，在此我只能简单的感谢大家曾给过的帮助。 在这次毕业设计中，我深深感受到老师指导的重要性，让我把握住了自己前进的方向，少走了不少弯路。如果没有指导老师的耐心引导与不时的鞭策，我不知道自己能不能在这巨大的压力下按时的完成毕业设计。周陆俊老师是一位非常有责任心的老师，并且对于车辆工程尤其是在汽车电器、汽车电子和机电等方面有着非常渊博的知识。其中，周老师对待学习、对待生活那种认真、执着的态度给我留下了不可磨灭的印记，给了我很多的启迪，让我对以后的学习、生活有了一种新的认识。在此，我想对周老师由衷的说一句：谢谢您！ 在毕业设计的整个过程中，同学们陪我一起走了过来，大家相互帮助、相互学习，在此对他们表示感谢，希望大家在以后的道路上能够越走越远、越飞越高！ 最后，祝愿所有给予我帮助的老师和同学：一切顺利，身体健康！,
