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1、基于摄像头的智能车路径识别方案摘要：本文按照第四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛的技术要求，经过一段时间的资料的采集与样本电路的参照，本文主要介绍了车模的系统设计原理，系统软件，与方案简介。在硬件电路的设计与实现中，描述了最小系统设计，电源模块，并且着重描述数字摄像头OV6620，在软件系统设计中，讲述了时钟模块，ECT模块，图像采集以及图像处理等内容，经过实践证明，这些理论方案都可以得到证明，能使汽车稳定快速运行。关键字：智能车；摄像头；电源模块；图像采集The identification of intelligent vehicle path of program is base
2、d on CameraAbstract: This article in accordance with the 4th flying to Karl Cup National University SMART Car Invitational technical requirements for the time of the information gathering and sample circuits in the light of this article introduces the car model system design principles, system softw
3、are, and the programme profile. On the hardware circuit design and implementation, describes the minimum system design, power supply, with emphasis on described digital camera OV 6620 in software design of the system on the clock module, ECT modules, image acquisition and image processing, the pract
4、ice has proved that these theories programmes can be proved that auto steady and rapid operationKeywords: SMART cars; camera; power supply; image acquisition目录前言 4第1章 系统设计概述 51.1系统设计原理 51.2系统软件 61.3方案简介 6第2章硬件电路的设计与实现 72.1最小系统板设计 72.2电源模块 82.2.1 5v电源 92.2.2 6V电源 92.3数字摄像头OV6620 102.3.1 OV6620简介 102.
5、3.2 OV6620 和普通摄像头的对比 102.3.3 OV6620管脚说明 112.3.4 OV6620图像采集 11第3章 软件系统设计 143.1 时钟模块 143.2 ECT模块 143.3 图像采集 163.4 图像处理 173.4.1 二值化算法 175.4.2 黑线提取流程 19结论 21致谢 22参考文献 23附录A 24前言智能汽车，是一种集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统，集中地应用到自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，是典型的高新技术综合体，具有重要的军用及民用价值。目前，智能车领域的研究已经能够在具有一定标记的道路
6、上为司机提供辅助驾驶系统甚至实现无人驾驶。这些智能车的设计通常依靠特定道路标记完成识别，通过推理判断模仿人工驾驶进行操作。通常，智能车接受辅助定位系统提供的信息完成路径规划，如由GPS等提供的地图，交通拥堵状况，道路条件等信息。本文内容的安排如下所示：第一章 引言 本章主要介绍了Freescale 车模竞赛的基本情况，智能汽车的发展状况。第二章 系统整体框架 本章对系统硬件模块方案和软件控制方法进行了选择与论证。第三章 机械结构的安装与调整 本章对机械结构的安装与改进，各个模块的安装技巧作了详细的介绍。第四章 硬件电路的设计与实现 本章主要介绍了自行设计的基于飞思卡尔单片机的最小系统板的设计、
7、电源模块、摄像头模块和速度传感器模块的设计与实现。第五章 软件系统设计与实现 本章软件系统各模块的设计思路作了详细的介绍。特别介绍了图像处理中的各种技巧、PID 控制策略的应用和起跑线识别算法的设计等问题。第六章 开发工具及其调试 本章对开发工具与调试方法作了简单介绍。结论 对整个参赛过程中的经验与教训作了总结。第1章 系统设计概述1.1系统设计原理电机驱动模块MC9S12XS128图像采集模块硬件电路 是整个系统的基础，下面是我们的硬件电路原框图： 舵机驱动模块速度采集模块速度采集模块速度采集模块图1.1整体框架1.2系统软件开始系统的软件流程图 1.2 初始化图像采集图像处理舵机控制电机控
8、制图1.2系统流程图1.3方案简介在本次比赛中，组委会提出了3种单片机可供选择MC9S12XS128，MC9S12DG128和9S08AW60.我们选择了总线频率较高的MC9S12XS128作为主控芯片，并且自己制作了最小系统板。图像采集我们经过对比最终选择了CMOS的OV6620作为图像采集传感器。将图像采集来后，为了减小干扰首先我们对整幅进行了二值化，然后利用跟踪边缘的算法对黑线进行提取。最终使得黑线的变化更加平稳。提取出黑线后，我们采用了模糊控制与PD控制相结合的方式对舵机进行控制，让小S直接冲过去，大S尽量内切，最大难度的发卡弯沿线通过。在硬件方面，我们为了使电路更加简化，自己制作了最
9、小系统板，使得单片机，电源，电机驱动等模块集中到了一块最小的系统板上。第2章硬件电路的设计与实现硬件电路主要包括：电源模块，驱动模块与调试模块。电源模块主要包括单片机电源，编码器电源，摄像头电源，舵机电源等等。驱动模块主要包括电机驱动和舵机驱动。调试模块主要包括BDM下载和串口的设计。2.1最小系统板设计我们采用了MC9S12XS128芯片作为主控芯片，参考了组委会提供的系统板的原理图，自行设计了最小系统板和外围器件的电路，同时为了尽可能的减小板子的质量与大小，我们没有将串口设计到最小系统板上，而是另外做了一块USB转串口的电路板。原理图如图2.1和2.2 图2.1最小系统板原理图引脚功能介绍
10、：PORTB： LED状态指示PORTM： 摄像头数据采集口PORTK： 模式选择口PP1： 舵机控制PP2： 电机控制口PP3： 电机控制口TXDO： 串口通讯RXDO： 串口通讯2.2电源模块为了保证各个部件的正常工作，电源的供给是十分主要的，需要对配发的标准车模用蓄电池进行电压调节。单片机系统，摄像头，车速传感器电路等各个电路的工作电压不同，需要想办法来使得电压满足各自的要求，一种办法是利用升压或降压的芯片来达到它们的要求，另一种方法是利用双电源供电的方法，来实现自己各模块的不同需求，由于电路的模块较多，该方案中需要升压或降压芯片，实际应用中，我们确定采用升压降压芯片等来实现对各个模块的
11、供电需求，而且，再电路设计中，考虑到由于电机驱动所引起的电源不稳定，在电源输入端，各芯片电源引脚都加入滤波电路。如图2.3所示电源模块的组成摄像头图 2.3 电源模块的组成框图 2.2.1 5v电源市场上常用的5V芯片有LM2940，LM7805，LM2575，LM2596其中LM2940和LM7805转换效率低（40%）输出波纹小，而且稳定，对于电源要求比较高的元件适合。LM2575和LM2596转换效率高（75%80%）输出波纹大，可能会让单片机出现重启。所以我们选择前者而LM2940比LM7805压差小，而且更加稳定因此我们选择LM2940作为5V稳压芯片。原理图如图2.4所示图2.4
12、5V稳压电路原理图2.2.2 6V电源舵机的响应速度与其电源电压有关。因此，为了获得更快的响应速度，舵机的供电采用其工作上限电压+6V，舵机的工作电压4-6V，因此为了稳定起见我们给舵机也做了稳压电路，期间的选择的是LM2941.原理图如图2.5图2.5 舵机电源6V2.3数字摄像头OV66202.3.1 OV6620简介（1）、OV6620需要稳定的5V电压供电，和系统板上的供电电源兼容。（2）、NAL制，每秒25帧，一帧两场，那么每秒就有50场。意味着20MS就有一副图像产生。356x292pixels,理解为：有292行，一行有356个点。（3）、视野和可视距离：这个和镜头的选择有关，据
13、我测试，f=3.6MM时视野应该有25度左右，f越大视场越小。可视距离需要调节镜头焦距。经我测试可视距离可以看到十几米，毕竟像素值只有10万多，用单片机读可以看到3-4M的距离。这里解释一下为什么用单片机读会打折扣，因为线宽度只有2.5CM，太远了黑线会很细，采点之后就分辨不出是噪音还是有用信号了，在1米左右时，黑线宽度可用8个点表示。（4）、内部有IIC可编程。可以调整摄像头的参数，比如最大灰度，对比度，暴光率控制等等。其本质是SCCB协议。（5）、数据格式-YCrCb 4:2:2,GRB 4:2:2,RGB;电子曝光/增益/白平衡控制；内部自动图像增强，亮度，对比度，伽马，饱和度，锐度，加
14、窗等。最重要的是不需AD，不需1881.当然玩一下他的模拟输出一可以，VTO管脚就可以当普通的模拟摄像头用。2.3.2 OV6620 和普通摄像头的对比模拟的优势比较明显：便宜，程序有现成的。缺点：消耗MCU资源，功耗大，取点个数少，需要做12V的供电模块（最近有队伍说把摄像头上的5V稳压芯片取下来飞飞线就可以直接用5V供电），外围处理电路多，还要1881。数字的优点就是避免了模拟的缺点。行场同步中断信号有现成的，而且消隐区也十分有规律。可以用示波器对比一下模拟的和数字的，数字的信号非常漂亮，非常稳定。这对于图像采集来说是十分有利的。最终我们选择了数字摄像头OV6620。OV6620的管脚分布
15、样子如图2.6和2.7所示：2.3.3 OV6620管脚说明 图2.6管脚分布图 图2.7 OV6620像头PIN1-PIN8 灰度信号输出接口 Y0-Y7 PIN11 SCCB数据接口 SDA PIN12 奇偶场同步信号 FODD PIN13 SCCB数据时钟 SCL PIN14 行中断信号 HREF PIN16 场中断信号 VSYN PIN18 像素同步信号 PCLK(也叫TCLK PIN32 模拟信号输出接口 VTO 这里仅说明可能需要用到的管脚，模拟摄像头无非也就这几个信号，重要的是，模拟摄像头的信号线需要分离，这当然会给图像的采集带来本可以避免的干扰。2.3.4 OV6620图像采集我最不能忍受的是模拟的图像采集之后的分辩率.真的还不如在光电前加个老花镜.数字摄像头相对来说贵一些,他内部的信号处理比较复杂,接口也较多,一般是彩色的YUV信号,只取Y的亮度信号,所以用起来略有浪费. 附上测的数字OV6620的时序图,我发现它的DS上表示有些不明确,就自己画了一个.而实际上,图像采集的这块最关键的也是时序的把握了.另外,中断的优先级一定要保证,要不然系统一运行起来,图像采到一半就丢了. 先看DS上的时序图2.8：图2.8 DS上的时序如果这个图还不明白的话看下面的
