【正文】 ................................................... 14 5 總結(jié)和展望 ..................................................................................................................... 17 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 18 致 謝 ................................................................................................................................. 20 1 1 緒論 論文研究背景與意義 論文 主要 內(nèi)容 鑒于目前比較成熟的智能尋跡小車(chē) 大多采 用 紅外傳感器 實(shí)現(xiàn) 尋跡 ， 論文提出了一種 基于圖象識(shí)別 的 智能 尋跡方案， 采用攝像頭對(duì)道路圖象信息進(jìn)行采集，利用 STM32處理器完成軌跡識(shí)別與小車(chē)行進(jìn)控制。 2 OV7620 攝像頭 采集圖像思路 采集圖像思路： 方案一：使用 for 循環(huán)延時(shí)采集 1） 需要采集圖像時(shí)，開(kāi)場(chǎng)中斷 2） 場(chǎng)中斷到來(lái)，開(kāi)啟行中斷，關(guān) 場(chǎng)中斷 3） 行中斷里用 for 循環(huán)延時(shí)采集像素，可以在行中斷里添加標(biāo)志位，部分行不采集，即可跨 行采集 4） 行中斷次數(shù)等于圖像行數(shù)時(shí)即可關(guān)閉行中斷，標(biāo)志圖像采集完畢 這種方法 最簡(jiǎn)單，但采集圖像最不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)消隱區(qū)全為 0 等問(wèn)題。 圖像處理與圖像識(shí)別 在研究圖像時(shí)，首先要對(duì)獲得的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理（前處理）以濾去干擾、噪聲，作幾何、彩色校正等，以提供一個(gè)滿足要求的圖像。 圖像識(shí)別，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是要把一種研究對(duì)象，根據(jù)其某些特征進(jìn)行識(shí)別并分類(lèi)。故圖像識(shí)別是在上述分割后的每個(gè)部分中，找出它的形狀及紋理特征，以便對(duì)圖像進(jìn)行分類(lèi)，并對(duì)整個(gè)圖像做結(jié)構(gòu)上的分析。 目前較通用的是紅外光電管，它根據(jù)光電管發(fā)出的紅外光對(duì)地面不同顏色產(chǎn)生強(qiáng)度不同的發(fā)射信號(hào)特征，由安裝在車(chē)前方 5~10 厘米處的一橫列光電管對(duì)前方道路的顏色進(jìn)行采樣分析，從而識(shí)別路徑。然而豐富的賽道信息造成數(shù)據(jù)采集量大，處理時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，并且攝像頭易受光線和賽道背景顏色 的干擾。由于系統(tǒng)中存在著多種微控制器，所以需要 5V 和 的電壓源。 圖 7805 線性穩(wěn)壓芯片應(yīng)用電路 從電路中可以看出，線性穩(wěn)壓電源的外圍電路相對(duì)簡(jiǎn)單，節(jié)省 PCB 板空間。 主控模塊設(shè)計(jì) 主控模塊采用意法半導(dǎo)體的 STM32F103ZET6 芯片搭建 的一個(gè)硬件平臺(tái)。從 STM32F103ZET6 的指令的吞吐 量和存儲(chǔ)空間上看，此款芯片很適合做為 該 系統(tǒng)的主控芯片。 圖 為 STM32F103ZET6 的復(fù)位電路，采用積分型復(fù)位電路積，復(fù)位為低電平有效，此電路具有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位的功能。 L298N 是 SGS 公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。 OLED 顯示屏 OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管（ Organic LightEmitting Diode ），又稱為有機(jī)電激光顯示（ Organic Electroluminesence Display， OELD ）。這樣同樣的顯示， OLED 效果要來(lái)得好一些。 3）高分辨率，該模塊的分辨率為 128*64。這里使用的是 4 線串行（ SPI）方式， 4 先串口模式使用的信號(hào)線有如下幾條： CS ： OLED 片選信號(hào)。在 4 線串行模式下， D0 信號(hào)線作為串行時(shí)鐘線 SCLK。 11 3 尋跡小車(chē) 軟件設(shè)計(jì) 該 系統(tǒng)是由 主控制芯片的一套程序來(lái)完成，但是還是采用了模塊化設(shè)計(jì)方法， 該系統(tǒng)的軟件也是按模塊來(lái)劃分編寫(xiě)的，系統(tǒng)的主要模塊可以劃分為： 1） STM32 主控制器程序模塊； 2）攝像頭傳感器采集圖像模塊； 3）控制直流電機(jī)速度和方向模塊； 4） OLED 顯示程序模塊； STM32 主控制器程序模塊 STM32 主控制器先調(diào)用 STM32 固件庫(kù)中啟動(dòng)代碼和初始化函數(shù)完成的對(duì)其自身的初始化，完成初始化之后，對(duì)圖像傳感器采集的模擬數(shù)據(jù)經(jīng)行處理，處理后再調(diào)用PID 算法子程序模塊，算出要輸出的控制量大小，最后形成電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制命令來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) ，如圖 所示 。 系統(tǒng)軟件保護(hù)模塊 在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序邏輯錯(cuò)誤，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱 看門(mén)狗 (watch dog)。 2） 電源模塊開(kāi)始是直接給 L298 模塊供電，這樣這個(gè) L298 模塊就不受電源開(kāi)關(guān)控制了，發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題后就馬上對(duì)電源開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行改進(jìn)， 使得電源開(kāi)關(guān)對(duì)整個(gè)作品的模塊電源起控制作用。 6） 把整個(gè)小車(chē)硬件系統(tǒng)搭建完成后，放在實(shí)際路面測(cè)試，發(fā)現(xiàn)小車(chē)沒(méi)有按照預(yù) 15 定軌跡前進(jìn)， OLED 顯示屏顯示的畫(huà)面中黑白分明不明顯，原因是程序中圖像處理的二值化閥值 設(shè)置不是很好，導(dǎo)致黑白圖像不明顯，重新設(shè)置后，畫(huà)面黑白對(duì)比明顯，小車(chē)可以正常尋跡。 10) 小車(chē)在前進(jìn)過(guò)程中總是搖擺前進(jìn)，雖然能完成 基本尋跡效果，但是 不穩(wěn)定，所以在程序中將中心點(diǎn)的坐標(biāo)范圍適當(dāng)縮小，這樣小車(chē)可以 比較穩(wěn)定的前進(jìn)。 1） 小車(chē)功能有待完善，有些元器件的自主控制精度并不是很理想， 該 文運(yùn)用 PID控制算法反饋控制直流電機(jī)只是控制理論中一種較為常見(jiàn)的控制策略，該算法的應(yīng)用受到很多限制 ； 2） 實(shí)驗(yàn)室中模擬路徑信息完成的智能尋跡小車(chē)距離真實(shí)的外界環(huán)境還有很大的區(qū)別，在傳感器、電源模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及整個(gè)機(jī)械硬件都有很大的待提升空間 ； 該論文只是闡述了一種工業(yè)級(jí)小車(chē)實(shí)現(xiàn) 智能控制 尋跡 的思路，簡(jiǎn)單完成了黑白圖像的處理和識(shí)別， 實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的智能控制，個(gè)人在后期要進(jìn)一步研究彩色圖像的識(shí)別 ，在硬件方面更近一步完善，外觀的設(shè)計(jì)更加合理，軟件方面的算法更精確， 充分考慮到上述的幾種特殊情況， 盡可能去解決和完善。借此機(jī)會(huì)，我謹(jǐn)向王懷興老師致以深深的謝意。此論文完成作為我學(xué)生工作的一個(gè)階段性總結(jié)，我將在今后的工作學(xué)習(xí)中加倍努力，不斷前進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想而奮斗，以優(yōu)異的成績(jī)回報(bào)家人和社會(huì)。 同時(shí)也感謝參與我論文評(píng)審和答辯的各位老師，他們給了我一個(gè)審視自己幾年來(lái)學(xué)習(xí)成果的機(jī)會(huì)，讓我明確了今后的發(fā)展方向，給了我一筆無(wú)價(jià)的人生財(cái)富。 18 參考文獻(xiàn) [1]林立，張俊亮，曹旭東 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 . 電子工業(yè)出版社， 20xx 年 7 月 . [2] 陳渝 .嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用開(kāi)發(fā) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx 年 2 月，17. [3]王子輝，葉云岳 .基于 CMOS 傳感器的智能尋跡小車(chē)圖像識(shí)別技術(shù)研 究［ J］ .傳感技術(shù)學(xué)報(bào) ， 20xx 年 22 月， 4:484－ 488． [4] 王棟 .基于 ARM 的智能探測(cè)小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].蘇州大學(xué)碩士論文 .20xx年 . [5] 董宗祥 .基于 ARM 的自尋跡機(jī)器人小車(chē)的研發(fā) [D].東華大學(xué)碩士論文 .20xx年 . [6]邵貝貝 .單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開(kāi)發(fā)方法 [M].北京 :清華大學(xué)出版社 , 20xx 年 . [7] 葉云岳，陸凱元 .直線電機(jī)的 PID 控制與模糊控制 [J].電子技術(shù)學(xué)報(bào) .20xx 年，16(3):1115 [8]張錚 ， 王艷平 ， 薛桂香 .數(shù)字圖像處理與機(jī)器視覺(jué) ——Visual C++與 Matlab 實(shí)現(xiàn) .人民郵電出版社 ， 20xx 年 4 月 1. [9]韓曉軍 .數(shù)字圖像處理技術(shù)與應(yīng)用 .電子工業(yè)出版社 ， 20xx 年 7 月 . [10]楊紅，李生明，袁明月 .智能尋跡消防小車(chē)設(shè)計(jì) [J].清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，20xx 年 12 月 . [11]王偉 ,陳慧 ,刁增祥 ,等 .基于光電導(dǎo)航無(wú)人駕駛電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)尋跡控制系統(tǒng)研究 [J].汽車(chē)工程， 20xx,30(2):137140. [12] 徐健 .嵌入式小車(chē)尋跡控制系統(tǒng) [J].裝備制造技術(shù)， 20xx 年， 5:5354. [13］卓晴，黃開(kāi)勝，邵貝貝 .學(xué) 做 智 能 車(chē) : 挑 戰(zhàn) “飛 思 卡 爾 ”杯 [M］北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx 年， 4568. [14］甄紅濤，齊曉慧 .智能車(chē)參數(shù)自校正方向模糊控制器的設(shè)計(jì)［ J］ .自動(dòng)化儀表， 20xx 年， 31(9):5159. [15］黃偉，吳青，馬育林，等基于視覺(jué)導(dǎo)航的智能小車(chē)調(diào)速控制器設(shè)計(jì)［ J］ . 19 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào) : 自然科學(xué)版， 20xx 年， 32(6):103106,135. [16] 汪海燕 , 李娟娟 , 張敬華 . 自適應(yīng)模糊 PID 控制的直流電機(jī)及仿真 [J]. 微電機(jī)， 20xx 年， 36(4):1417. [17] 吳鳳和 .基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的圖像輪廓提取方法研究 [J]. 計(jì)量學(xué)報(bào) , 20xx 年， 28(1):1820. [18] 杜宇人 . 一種基于輪廓特征的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法 [J]. 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ), 20xx 年， 30(5): 514515. 20 致 謝 首先，要真誠(chéng)感謝我的導(dǎo)師王懷興老師，感謝他對(duì)我的嚴(yán)格要求、精心培養(yǎng)。 16 圖 41 圖像識(shí)別尋跡小車(chē)的硬件平臺(tái) 17 5 總結(jié)和展望 該 論文 研究了基于嵌入式的圖像識(shí)別尋跡小車(chē)，并對(duì)電源模塊、圖像傳感器檢測(cè)模塊 、 主控板模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、圖像顯示模塊等經(jīng)行了研究，主要完成了以下工作： 1）介紹了 OV7620 攝像頭的兩種采集圖像的方法，最終得到了適合 該 系統(tǒng)的圖像采集方法； 2）驗(yàn)證了兩種尋跡方案、電源模塊供電方案以及大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，最終確定出 該 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果的最佳方案； 3） 詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)控制器的軟硬件設(shè)計(jì)方法，并完成了所有模塊的硬件制作和軟件設(shè)計(jì)； 4）完成了