【正文】 能是通過采集道路黑線信息調(diào)整小車的狀態(tài)，上面已經(jīng)介紹了通過單片機內(nèi)部 AD 可以對畫面上每行采集 20 個點，由 CCD 攝像頭的原理可知，每場畫面上包含 300 行左右，而這里并不需要對每一行的信息都進行采集，而且又考慮單片機的運行速率，設計中設置每場畫面采集 37 行，采集的行信息用數(shù)組 get_n[]來表示。 設置 AD轉(zhuǎn)換結(jié)果為 8位右對齊的數(shù)據(jù)，即 AD控制寄存器 1和 5的數(shù)值分別為 0x00、0x20，由此可知 AD 的轉(zhuǎn)換精度為 28，因為單片機的參考電壓輸入為 0～ 5V，所以 AD轉(zhuǎn)換的最小分辨電壓為 毫伏。信號的占空比可由通道占空比寄存器（ PWMDTY）來調(diào)節(jié)，具體計算如式 44 所示。將 PWM 控制寄存器的值設置為 0x70，實現(xiàn)通道 0 和 2和 4 和 5 的 16 位級聯(lián)；極性寄存器決定了先輸出電平的高低，則設置其的大小為 0xff，PWM 信號在周期開始時輸出高電平，達到占空比計數(shù)后翻轉(zhuǎn)為低電平；要輸出精確的脈寬調(diào)制信號，首先要選擇和設置時鐘參數(shù)，程序中設置預分頻時鐘選擇寄存器為 0x33，即時鐘 A 和 B 的頻率為總線頻率的四分之一（ 40/4=10MHz）。 24 PWM 模塊初始化設計 脈沖寬度調(diào)制 PWM 是嵌入式應用系統(tǒng)的常用功能之一，即產(chǎn)生一個在低電平和高電平之間交替重復的方波輸出信號，通過軟件編程可以調(diào)節(jié)方波信號波形的占空比、周期以及 相位。 設計中決定 PIT 模塊定時時間的寄存器是微定時器加載寄存器和加載寄存器，其中微定時器加載寄存器是給微定時器 0 和 1 裝載數(shù)據(jù)的，加載寄存器為 16 為計數(shù)器裝載計數(shù)初值。其中 TSCR1 寄存器控制定時器的使能位； TIOS 寄存器用于選擇定時器的具體功能，清零時相應通道起輸入捕捉的作用，置一時相應通道起輸出比較的作用，硬件上需要 5個輸入捕捉端口，因此 TIOS的值為 0xe0，即通道 0、 3 和 4 作為輸入捕捉端口； TCTL3 和 TCTL4 是輸入捕捉邊沿控制位 ，程序上將其分別設置為 0x01 和 0x55，也就是說 5 個端口都是上升沿捕捉； TIM 寄存器控制定時器的中斷使能位。 TIM 模塊的主要組成部分有 1個 16 位自由運行計數(shù)器、 1 個 16 位脈沖累加器和 8 個 16 位輸入捕捉 /輸出比較通道，通過可編程預分頻器為其提供時鐘源 [28]。 與鎖相環(huán)相關的寄存器有時鐘分頻寄存器（ REFDV）、時鐘合成寄存器（ SYNR）、鎖相環(huán)控制寄存器、時鐘產(chǎn)生標志寄存器、時鐘后分頻寄存器以及時鐘選擇寄存器。主程序流程如圖 41 所示。初始化程序包括參數(shù)初始化、鎖相環(huán)初始化、輸入捕捉初始化、定時初始化、 PWM 初始化以及 AD 初始化。右側(cè)車庫接受管的信號引腳與單片機 PT2口連接，左側(cè)車庫接受管的信號引腳與單片機 PT3口連接，十字路口接收管的信號引線與單片機 PT4口連接。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電 流也越大，這種特性稱為光電導 。紅外接收管的工作原理是： 紅外線接收管核心部件是一個特殊材料 20 的 PN 結(jié)， 在結(jié)構(gòu)上 與普通二極 管相比有很大的改變，為了能夠更多更大面積的接受入射光線，紅外線接收管 PN 結(jié)面積盡量做的比較大，電極面積盡量減小，而且 PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于 1微米。一般舵機的位置等級有 1024個，由此可計算出舵機角度精度等級為 ，脈沖控制精度為 2us（ 2ms/1024），即脈沖每改變 2us舵機就轉(zhuǎn)動 。 在這選用的舵機型號是 S3010，其在 6V電壓時轉(zhuǎn)動速度可達 60度。 舵 機 插 頭 紅 線白 線黑 線 圖 311 舵機接線圖 單片機的 PWM控制信號傳給舵機的紅色端口，通過占空比的不同來控制舵機的位置。 舵機及舵機驅(qū)動電路 本設計中使用舵機對小車前進方向控制，舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，可以用于那些需要角度不斷變化并可以保持 的控制系統(tǒng)，舵機是一種學名，它其實是一種伺服馬達?，F(xiàn)在進行分離的方法可以分為硬件和軟件兩種：軟件方法是直接通過單片機 AD提取，因為行同步脈沖、消隱脈沖或場同步脈沖信號的電平低于視頻信號電壓， 18 可以在軟件上設置一個電壓閥值，通過對采集信號判斷出各種同步信號；硬件方法是利用外部芯片提取出 攝像頭信號的行同步脈沖、消隱脈沖和場同步脈沖以供單片機作控制之用。 圖 39 攝像頭視頻信號 我國的電視標準為 PAL 制式，黑白視頻信號規(guī)定每幀圖像共 625 行，每場為 行，在每場的 行中，有一些行要用作場消隱，是不包含視頻信號的，按照 CCIR656標準規(guī)定的行編號方法，奇場的行號為第 1 至 行，偶場的行號為第 至 625行 [22]。因為攝像頭是隔行掃描的方式，所以攝像頭跳過一行后，就開始掃描新的一行，如此下去直到掃描完該場的視頻信號。通常我們所見的攝像頭就是單板與鏡頭、外殼、引線和接頭組裝在一起而成的。 視頻采集電 路 視頻采集模塊主要有攝像頭、視頻分離電路以及單片機 AD 模塊組成，攝像頭輸出的視頻信號，一路傳給分離電路，分離出相應的場行同步信號；一路傳給單片機 AD 口，便于有用信號的采集，即視頻信號是 AD 采集的基礎。由于電機在進行 PWM 調(diào)制時三極管開關速率較快，導致電路產(chǎn)生較大的紋波電壓，所以在電源與地之間連接一個 470uF 的電容。 使用兩片 BTS7960 構(gòu)成電機全橋驅(qū)動，一片就相當于一側(cè)的半橋。 選用 BTS7960 作為主控芯片。但需 15 要注意的是同側(cè)三極管不能一起導通，否則會導致短路。 電機驅(qū)動電路 電機驅(qū)動電路要求不僅能夠使電機在所需轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，而且要求能夠?qū)崿F(xiàn)反轉(zhuǎn)的功能，所以需要使用 H 橋?qū)﹄姍C驅(qū)動。因為直流電機速度控制性能優(yōu)良，其輸出轉(zhuǎn)矩較大，可直接拖動后輪負載，重要的是可通過調(diào)節(jié)控制脈沖直接控制轉(zhuǎn)速和方向。 直流電機及電機驅(qū)動電路 電機 RS380 簡介 直流電機的結(jié)構(gòu)可以分為 定子和轉(zhuǎn)子 兩大部分組成。 圖 36 12V 穩(wěn)壓電路圖 所設計的電路是將 升壓至 12V，根據(jù) MC34063 的工作原理可知，電路輸出電壓的大小只與電阻 R1 和 R2 有關，但 R1R2 的阻值不能過小，否則支路的分流電流將會變大，導致輸出端的負載能力下降。當 C 端和 D 端有一端為低電平時，觸發(fā)器被置為低電平，輸出開關管就被關閉。因為充電和放電的電流都是恒定的，所以振蕩器的振蕩頻率完全取決于定時電容的容量。 12V 電源電路設計 CCD 攝像頭的額定工作電壓是 12V，所以需要使用升壓電路將 電源升壓至12V，在這里我們使用 MC34063 構(gòu)成直流升壓電路，這款芯片使用不同的外圍 電路可產(chǎn)生不同的電壓值。 輸出電壓的計算方法如式 31 所示。此外當輸入輸出壓差超過 3V 時 , 芯片內(nèi)部有專門的電路將引腳地的靜態(tài)電流減小。 5V穩(wěn)壓電路原理圖如圖 34 所示。其中主電源需要一塊充電電池， 現(xiàn)在市場上常見的充電電池 有鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、堿性電池和封閉式鉛酸電池等幾類，其中鎳氫電池電路簡單、技術成熟而且價格便宜，所以這里選用一塊由 6 節(jié)型號相同 電池串聯(lián)的 電池，其額定容量為 1300mAh。當使用 BDM 下載程序時，單片機 需要處于調(diào)試模式，即要求 MODC 引腳處于低電平，實現(xiàn)過程是 BDM 調(diào)試器的對應引腳自動將其拉低。 BDM 接頭存在兩種定義方式，一是飛思卡爾的方式 ，方法是將通訊口 BKGD 設置在第一腳， VDD 在第六腳，若 BDM插反， VDD 將直接與 BKGD 短接，很可能引起芯片 BDM 模塊故障，甚至燒毀芯片。當按鈕被按下時， 復位引腳被拉到低電平，單片機進入復位狀態(tài)。 此外，在調(diào)試程序的時候經(jīng)常需要手動對單片機復位，所以復位電路的設計必不可少。 圖 31 時鐘電路 圖中晶振的大小選用 16MHz，電容 C C2 稱為負載電容，將它們分別與晶振連接后接地，作用是消減諧波對電路穩(wěn)定性的影響，其典型值為 22pF。這些地址空間分給了數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 EPROM、數(shù)據(jù)閃存器 EEPROM 和 I/O 口寄存器；共有十一個 并行 I/O 口，分別是： A、 B、 E、 K、 T、 S、M、 P、 H、 J 和 AD，其中除了 A、 B 和 H 作為通用 I/O 口，其他端口都存在復用功能；中斷模塊實現(xiàn)了 7 級嵌套，每個中斷源靈活分配中斷級別，中斷源又分為可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷；串行通信 SCI 模塊由 13 位的波特率選擇，同時支持 LIN 總線協(xié)議； 16通道的 AD 轉(zhuǎn)換位數(shù)有 8 位 /10 位 /12 位可選，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)左對齊或右對齊，存在單次或連續(xù)轉(zhuǎn)換兩種方式； 8 通道 8 位的脈沖寬度調(diào)制器 PWM 可轉(zhuǎn)換成 4 通道 16 位；定時器/計數(shù)器模塊分為輸入捕捉 /輸出比較模塊和周期中斷定時模塊；內(nèi)部集成 了系統(tǒng)運行監(jiān)視功能，即看門狗功能，用硬件監(jiān)視軟件是否正常運行，從而可以保證出錯后系統(tǒng)快速恢復；工作環(huán)境溫度范圍寬等 [12]。 MC9S12X 系列單片機目前有一下幾個子系列： MC9S12XA 系列、 MC9S12XB 系列、 MC9S12XD 系列、MC9S12XE 系列、 MC9S12XS 系列 [11]。 S12X 系列單片機增加了 172 條指令，可以執(zhí)行 32 位計算，總線頻率最高可達 40MHz，并完全具備了 CAN 功能，改進了中斷處理能力。用于定位路口的紅外對管需要安裝距離路口 11cm的地方，這是由裝在車上對管的位置決定 [10]。車庫中道路是按照雙車道設計的，所以檢測路口的紅外對管需要安裝在車的右側(cè)，又因為采用的對管是同一個型號，為了避免出現(xiàn)錯誤判斷，檢測路口的傳感器 安裝位置要高于其余兩個對管。安裝位置過低，會導致視野不夠開闊，使得有效的路徑識別范圍縮??；安裝位置過高，又會導致黑色引導線變得過窄而無法被檢測到，而且會使智能車系統(tǒng)重 心抬高，從而降 7 低了其穩(wěn)定性。車體本身 機械參數(shù)如下：車長 ；車寬17cm；車輪直徑 5cm；軸寬 12cm[9]。最終確定的方案是使用紅外線對射管，這種對管的原理是點對點的發(fā)射接收，車庫空著時對管發(fā)射信號，車輛行駛至車庫時接收紅外信號。 小車自動入庫方案分析 這一部分要實現(xiàn)的主要功能是小車行駛的過程中能夠準確定位到空余車位。 交通燈識別方案分析 現(xiàn)在各學科對識別交通燈的研究很多，依據(jù)的理論也各不相同。缺點是工作電壓是 12V，需要升壓模塊，耗電量較大，且圖像穩(wěn)定性不高。通過對檢測的圖像用適當?shù)膱D像處理方式進行處理后，可以獲得道路的中心位置、道路 5 形狀、彎道曲率等信息。 （二）、采用電磁傳感器的路徑識別方案 這種方案是在道路中央安裝電流約為 20KHz、 100mA 的導線，采用電磁傳感器陣列來感應道路上的磁場信號，經(jīng)過放大電路放大后，可以得到正弦波，傳給單片機進行AD 采樣，得到正弦波的峰值，以判斷電磁傳感器距離導線的距離，從而定位智能車在路徑上所處位置。 現(xiàn)在做路徑識別的技術很多，方法也 是千差萬別，但其目的都是為小車尋到前進的方向，現(xiàn)在分析下面三種方案的利弊。系統(tǒng)的方案選擇主要存在道路識別、交通燈識別、自動倒庫三個模塊，下面將分析這三個模塊的方 案，選擇出最利于我們實現(xiàn)的方法。智能車系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。在小車和車位上安裝紅外線對管，當車位上沒有車時，車位上的紅外線對管發(fā)射信號，小車經(jīng)過時通過紅外接收器檢測到信號，從而實現(xiàn)定位車位的功能。這部分要實現(xiàn)的主要功能是：智能車在攝像頭的配合下， 能夠 自動識別指定 道路 并沿著 道路 上的引導線行駛 。 隨著我國 城市化進程的加速 和 人們經(jīng)濟生活水平的提高 ， 擁有私家車的家庭越來越多， 城市機動車輛迅速增加。 本設計是在智能停車場的基礎上，對車輛自動進入車庫系統(tǒng)進行設計的，以便提高車庫的自動化程度。學院計劃設立智能停車場實驗室，用于研究其相關系統(tǒng)，同時用于單片機嵌入式課程的教學。在此平臺上能夠?qū)崿F(xiàn)自動停車和車庫設計兩方面的功能，其中自動停車方面可以研究自動循跡、信號燈識別、圖像識別以及 PWM 控制等，車庫設計方面可以研究空位查詢、各種安全報警以及停車信 息系統(tǒng)管理等。 關鍵詞： 自動入庫； 智能車系統(tǒng)；圖像采樣 ； Freescale16 位單片機 III Abstract On the experimental platform of the smart parking garage in School of Information Engineering, the automatic car parking storage system is designed on the basis of the Freescale intelligent car. Including the minimum system circuit, power management part, motor drive circuit, servo drive circuit, path recognition circuit and the geminate transistors circuit, the system takes the MC9S12XS128 SCM as its m