【正文】 ance vehicle operation and drive fort . These technologies included electronic fuel injection to control engine performance , particularly aimed at enhancing the capabilities of the vehicles , the most recent wave of invehicle technology , which is of most interest to IVI , are the intelligent transportation systems designed to enhance the capabilities of the driver . These systems include warning and information , driver assistance , and automation technologies . Just as people possess different specialized abilities , invehicle ITS technologies endow vehicles with different types and levels of “intelligence” to plement the driver , Driver information systems expand the driver’s knowledge of routes and locations . Warning systems , such as collisionavoidance technologies , enhance the driver’s ability to sense what’s going。實驗 四、 系統(tǒng)軟件設(shè)計 流程圖 系統(tǒng)總 流程圖 如 15圖所示。 脈沖 控制信號周期 20ms， 舵機(jī) 轉(zhuǎn)向角度為 0176。若想轉(zhuǎn)動到 45176。若舵機(jī)停在 135176。若舵機(jī)停留在 0176。 PWM信號可由單片機(jī)的定時器中斷來實現(xiàn)，該方案將 20ms 的周期信號分為兩次定時中斷 22 來完成：一次定時實現(xiàn)高電平定時 Th；一次定時實現(xiàn)低電平定時 Tl。 舵機(jī)的工作原理： PWM信號由接收通道進(jìn)入信號調(diào)解電路進(jìn)行調(diào)解，獲得一個直流偏置電壓 。 可見 ,只要控制 Ug1,Ug4,Ug2,Ug3 的脈沖寬度 ,就可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和速度 ,且可以達(dá)到動態(tài)靜止 ,有利于正反轉(zhuǎn)死區(qū)的消除 。當(dāng) Ug2=Ug3 為正時 , VT1 和 VT4 截止 ,但 VT2 和 VT3不能立即導(dǎo)通 ,因為電機(jī)的反電勢使 AB存在續(xù)流 ,續(xù)流流經(jīng) VD3和 VD2,保護(hù)了四個三極管 ,若續(xù)流在這個過程沒有 得到很大衰減 ,而 Ug1=Ug4 為正的階段已經(jīng)來臨 ,則 VT2 和 VT3 沒有導(dǎo)通的時候 。電壓 或電流源是以一種通或斷的重復(fù)脈沖序列被加載到模擬負(fù)載上的。 PWM 即脈沖寬度調(diào)制，它是利用微處理器的數(shù)字輸出對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，光法應(yīng)用于測量、通信、功率控制與變換等許多領(lǐng)域。由單片機(jī)技術(shù)可知， A/D 轉(zhuǎn)換過程中的數(shù)據(jù)確認(rèn)周期并不是必須的，通過軟件的處理可以縮短這部分的等待時間，從而達(dá)到提高轉(zhuǎn)換速度的效果。 邊緣檢測電路如下圖 11所示 18 在本設(shè)計中，該系統(tǒng)的圖像處效果受到兩個瓶頸因素限制：一是攝像頭 50Hz 的圖像采集頻率，這是流程中最慢的環(huán)節(jié)，它限制了小車至少經(jīng)過20ms 時間才能完成一次由圖像采集、圖像處理、策略選擇到驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過程；另一個因素是單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換速度，通常完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要花費 12us 的時間、對于一幅圖像每行 56us 的采集 時間，單片機(jī) A/D 模塊智能轉(zhuǎn)換約 40 次，也就是說在單片機(jī)不超頻的情況下，采集得到的圖像數(shù)據(jù)每行最多只有 40 點，這進(jìn)一步限制了圖像的分辨率。算法思路是：設(shè)定一閾值，對于二位數(shù)值組矩陣中每一列，從上至下求得相鄰兩像素值間的差值（上減下）。事實上，分辨率反映的是攝像頭的縱向分辨能力。 本次設(shè)計所用的攝像頭每秒掃描 30幅圖像，每幅又分奇、偶兩場，先奇場后偶場，故每秒掃描 60場圖像。當(dāng)掃描完一行，視頻信號端就輸出一個低于最低視頻信號電壓的電平（如 ），并保持一段時間。同時設(shè)計一個二進(jìn)制計數(shù)器 , 在VSYNC 有效后 ,以 PCLK的下降沿為觸發(fā)沿對 PCLK 做計數(shù) ,并取其輸出作為RAM 的地址信號 ADDRESS。 HREF為水平窗開始信號 ,以其上升沿開始 , 輸出有效數(shù)據(jù)。 CMOS 芯片單幀讀取時序如圖 2 所示。從表 l 中可以看出，每一行 Y 通道和 UV 通道交替輸出上一行重復(fù)數(shù)據(jù)和本行新數(shù)據(jù)。 LPC2210 的最大中斷延遲時問為 27 個處理器指令周期，最小延遲時問為 4 個指令周期，再加上中斷服務(wù)時間、現(xiàn)場恢復(fù)時間等，完成一次中斷響應(yīng)的時問要 大于 7～ 30 個指令周期。在 Pclk_IRQ()中斷服務(wù)程序中，判斷 HREF 的有效電平，若有效，則 z 增加，同時采集一個像素點的圖像數(shù)據(jù)。在內(nèi)存中定義一個二維數(shù)組存儲圖像數(shù)據(jù)，一維用變量 y 表示，用于水平同步信號計數(shù)；二維用變量 x表示，用于像素同步信號計數(shù)。例如，設(shè)置 OV7620 為連續(xù)掃描、 RGB 原始數(shù)據(jù) 16 位輸出方式，需要進(jìn)行如下設(shè)置： I2CSendByte()為寫寄存器函數(shù)，它的第 1 個參數(shù) OV7620 為宏定義的芯片地址 0x42，第 2 個參數(shù)為片內(nèi)寄存器地址，第 3 個參數(shù)為相應(yīng)的寄存器設(shè)定值。 Don’t care 位由從機(jī)產(chǎn)生； NA位由主機(jī)產(chǎn)生，由于 SCCB 不支持多字節(jié)的讀寫， NA 位必須為高電平。 OV7620 圖像傳感器的管腳圖如下 圖 8： OV7620 內(nèi)部可編程功能寄存器的設(shè)置有上電模式和 SCCB 編程模式。具有 14 自動增益和自動白平衡控制 ,能進(jìn)行亮度、對比度、飽和度、 γ 校正等多種調(diào)節(jié)功能 。而 CMOS 由于制造工藝簡單，因此可以在普通半導(dǎo)體生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)，其制造 成本比較低廉。由于賽道是白色背景黑色引導(dǎo)線， 為區(qū)分黑線和白色賽道背景并過濾其他干擾信息，可取黑、白兩個閾值帶分別對應(yīng)于黑色引導(dǎo)線與白色背景的值。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 RST：復(fù)位輸入。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入?？刂频姆椒ㄓ泻芏?，但大多選用單片機(jī)作為控制。使用兩片 LM2940分別向傳感器、控制器和編碼器供電。舵機(jī)額定工作電壓是 6V，此時舵機(jī)的滯后常數(shù)很大，在毫秒級上。 LM2940 是一款低壓穩(wěn)壓芯片，能提供 5V 的固定電壓輸出。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電流容量各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包含多個穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成各個模塊所需要的電壓。模型車系統(tǒng)中接受供電的部分包括：傳感器模塊、單片機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、伺服電機(jī)模塊等。 統(tǒng)硬件框圖如圖 2 所示 。 三、 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 本設(shè)計是一個光、機(jī)、電、無線通信一體的綜合設(shè)計 ,在設(shè)計中運用了檢測技 術(shù)、自動控制技術(shù)、無線通信技術(shù)和電 子技術(shù)。雖然不能在斷電后保存數(shù)據(jù)，但可以在實驗結(jié)束后根據(jù)按鍵顯示相應(yīng)值。為了減小舵機(jī)的時滯現(xiàn)象，充分利用舵機(jī)的轉(zhuǎn)矩余量，本系統(tǒng)采用了以下三種方法 ： (1) 提高舵機(jī)工作電壓，使其工作在額定電壓之上，從而減小舵機(jī)的響應(yīng)時間； (2) 將舵機(jī)轉(zhuǎn)臂加長至 ，充分利用轉(zhuǎn)矩余量 ； (3) 將兩個 8 位 PWM寄存器合并為一個 16 位 PWM寄存器，將舵機(jī)的 PWM控制周期放大至 2020，從而細(xì)化 PWM 控制量，使轉(zhuǎn)臂變化更加靈活、均勻。當(dāng)舵機(jī)所需轉(zhuǎn)動幅度一定時，長轉(zhuǎn)臂要比短轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動的角度小，即響應(yīng)更快。 CMOS 具有以下優(yōu) 點： 1. 允許的電源電壓范圍寬，方便電源電路的設(shè)計 2. 邏輯擺幅大，使電路抗干擾能力強(qiáng) 3. 靜態(tài)功耗低 4. 隔離柵結(jié)構(gòu)使 CMOS 期間的輸入電阻極大，從而使 CMOS 期間驅(qū)動同類邏輯門的能力比其他系列強(qiáng)得多 在今日， CMOS制造工藝也被廣泛用于制作數(shù)碼影像器材的感光援建，雖然在用途上與過去的 CMOS 電路主要作為固件或計算工具的用途非常不同，但是基本上仍然采取 CMOS的工藝，只是將純粹邏輯運算的功能轉(zhuǎn)變成接收外界光線轉(zhuǎn)化為電能，再透過芯片上的數(shù)模轉(zhuǎn)換器將獲得的影像訊號 7 轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)碼訊號輸出，并且不要要進(jìn)行視頻信號分離，因此大大簡化 了硬件電路。其顯著特點是： ； ，工作電壓低，抗沖擊與震動，性能穩(wěn)定，壽命長； 敏度高，噪聲低， 動態(tài)范圍 大； ，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像； 超大規(guī)模集成電路 工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產(chǎn)成本低 。因此一定時間內(nèi)單片機(jī)累加器獲得的脈沖數(shù)值可以用來表示車速，并可直接作為控制器參數(shù) 。 。 4. 可通過外部電阻調(diào)節(jié)內(nèi)部 MOSFET 開關(guān)速率， 以獲得最優(yōu) EMI。缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。通過控制 IN1 和 IN2 的電平，即可控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)。當(dāng) IN1 輸入高電平時 ,OUT1 輸出也為高電平 —— 即通過 H 橋與 V+導(dǎo)通；當(dāng)IN1 輸入低電平時， OUT1 輸出也為低電平 —— 即通過 H 橋與 GND導(dǎo)通。 綜 上所述，選擇方案一。 塊 方案一：采用直流減速電機(jī)。當(dāng)沒有光線反射回來時，輸出高電平。超聲波測距方便，計算簡單，易于做到實時控制，并且在測量精度方面達(dá)到實用的要求。超聲波測距原理是利用超聲波從發(fā)射到接收過程中傳播的時間來計算出傳播距離。一只置于軌道中間，兩只置于軌道外側(cè)，當(dāng)小車脫離軌道時，即當(dāng)置于中間的一只光電開關(guān)脫 離軌道時，等待外面任一只檢測到黑線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開關(guān)重新檢測到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛。 方案 二 ： 采用光電傳感器 ，即利用紅外線遇到障礙物會反射回來紅外接收管可以接受到，在小車行駛過程中紅外發(fā)射管不斷發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線射入 黑線 時，沒有反射，紅外輸出低電平，若紅外接收管沒有在 黑線 上方則可以接收到經(jīng)軌道地板反射回的光線則輸出高電平。單片機(jī)據(jù)此來判斷小車是否 偏離軌道或是否 到達(dá)轉(zhuǎn)彎標(biāo)志 ，并根據(jù)反饋來不同的電平信號，發(fā)出相應(yīng)的控制操作命令來 控制小車 當(dāng)光線照射到 白紙 上面時，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。 綜上所述，采用方案二。 2. 控制器模塊論證與選擇 方案一： 選用 PIC、或 AVR、或 智能車專用芯片 等作為控制核心；這些單片機(jī)資源豐富，可以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，功能強(qiáng)大，完全可以實現(xiàn)對小車的控制。 使用 LM2940 進(jìn)行穩(wěn)壓降壓至 5V，給單片機(jī)等供電 方案二：采用 LM7805 穩(wěn)壓電源。 控制模塊電 源 模 塊車 速 檢 測 模 塊直 流 電 機(jī)C M O S 圖 像 傳 感 器B T S 7 9 7 0驅(qū) 動 模 塊舵 機(jī)前 輪后 輪測 距 模 塊 系統(tǒng)基本方案 為實現(xiàn)各模塊的功能，分別作了幾種不同的設(shè)計方案并進(jìn)行了論證。 二、 系統(tǒng)方案論證與選擇 根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為電源部分、信號檢測部分、控制部分和無線通信部分。 任務(wù) 本設(shè)計主要通過 CMOS 圖像傳感器獲得路面引導(dǎo)線圖像信息，利用高速單片機(jī)進(jìn)行圖像降噪處理以及路徑識別。目前多數(shù)機(jī)器人視覺系統(tǒng)采用的是 CCD 攝像機(jī)，此類視覺體系中必須配置專用視頻采集卡才能獲得數(shù)字圖像信息。 系統(tǒng)任務(wù)完成情況 ...................... 錯誤 !未定義書簽。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中 以明確方式標(biāo)明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。實驗測試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng) 的硬件設(shè)計方法及測試結(jié)果分析。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 CMOS 圖像傳感器的視覺導(dǎo)航小車設(shè)計 摘要 89C51 單片機(jī)是一款八位單片機(jī)，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外， 不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或