【正文】 而在采集信號燈的過程中并不需要對采集的數(shù)據(jù)進行二值化處理。 MC9S12XS128 內(nèi)部包含 16 路模擬輸入通道，轉(zhuǎn)換位數(shù)有 8 位、 10 位 和 12 位三種，具有數(shù)據(jù)對齊方式、單次 /連續(xù)轉(zhuǎn)換、結(jié)果比較等多種轉(zhuǎn)換方式 [31]。 設計中用到 3 路 PWM 控制，即舵機控制和電機控制，其中電機要 實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，所以電機需要兩路 PWM 控制。 XS128 單片機的這部分有運行、等待、停止和凍結(jié)四種工作模式 [29]。 TIM 模塊初始化設計 MC9S12XS128 單片機內(nèi)部設置有定時器 TIM 模塊，其全稱是 Timer Module，這部分可以完成輸入捕捉、輸出比較和脈沖累加等功能，可用于測量輸 入波形、產(chǎn)生輸出波形、統(tǒng)計脈沖或邊沿個數(shù)，還可用于作為時間基準使用。當 cx 的值為 2 時，說明智能車已經(jīng)行至車庫，則執(zhí)行入庫程序，這里主要利用單片機的定時器功能，通過定時來控制電機方向和舵機轉(zhuǎn)角，至此整個程序運行結(jié)束。 在本次實驗 中選用的 3個是 NPN常開型紅外接收三極管，發(fā)射管是紅外發(fā)射二極管，其有效距離是 50厘米。紅外對管是紅外線發(fā)射管和紅外線接受管或紅外線接收頭的總稱，其中紅外線接收管又可分為光電二極管和光電三極管，光電二極管是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，而光電三極管不僅將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，又將其電流進行放大了。當電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為 0，電機停止轉(zhuǎn)動 [24]。由此可知，不僅場同步信號可以作為換場的標志， ODD引腳也可作為信號與單片機 PT1腳相連 [23]。攝像頭輸出信號如圖 39 所示。其最重要的部分是圖像傳感芯片，該芯片 需要與外圍電路配合才能正常工作，單板就是圖像傳感芯片與外圍電路的總稱， 單板上通常的三個端子是電源端、地端和視頻信號端，部分板子上還有一個音頻信號端 。 SR引腳外接電阻的大小，可以調(diào)節(jié) MOS 管導通和關斷的時間，具有防電磁干擾的功能，該電阻越大則三極管延遲時間就越大， 但開關變化率就會越小，綜合考慮開關變化率和死區(qū)時間，選取該電阻阻值為 10K。 圖 37 H 橋驅(qū)動電路示意圖 現(xiàn)在市場集成 H 橋電機驅(qū)動芯片有 3388 BTS7960 等，因為小車電機內(nèi)阻大約為430 毫歐，而 飛思卡爾公司的 33886 內(nèi)部的每個 MOSET 導 通電阻都在 120 毫歐以上，會大大增加電樞回路總電阻，導致直流電機轉(zhuǎn)速下降，驅(qū)動電路的效率也隨著降低，所以在本次設計中不采用 33886 芯片。其 在很多方面有優(yōu)越性，具體如下： （ 1）較大的轉(zhuǎn)矩能夠克服傳動裝置的摩擦和負載轉(zhuǎn)矩； （ 2）電機速度調(diào)整范 圍寬且精度高，機械特性及調(diào)節(jié)特性線性好，且速度平穩(wěn)； （ 3）電機有很硬的負載特性且過載能力較大，可保證速度不受負載沖擊的影響； （ 4）響應速度快，可滿足復雜變化速度的情況； （ 5）可以長時間的處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)而不會燒毀電機。電路中選用 歐姆的電阻作為檢測電阻 RSC，將電感 L的大小設置為 100uH。當 C 端和 D 端都為高電平時，片內(nèi)觸發(fā)器被置為高電平，從而使輸出開關管導通。需要注意的是電路中的電源濾波電容在布線時要原理調(diào)節(jié)端。 LM2941 是一種可調(diào)式低壓穩(wěn)壓器，其優(yōu)勢主要在于： 典型壓降為 ；最大輸出電流為 ；輸出電壓范圍為 0～ 20V，最大輸出電壓可達 26V；具有短路保 護、熱過載保護和自我保護功能。電源管理模塊主要包括： 主電源、舵機電源、攝像頭電源、電機驅(qū)動電源以及各芯片供電電源 [17]。此部分電路設計就是為了連接 BDM 調(diào)試器的， BDM 調(diào)試器的功能是將程序從微機上下載到單片機里，并可實現(xiàn)在線調(diào)試，同時它還可以給單片機供電 [16]。 復位電路設計 單片機要正常工作需要 在上電的時候給它一個復位信號， 使 CPU 和其他部件都置為一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。其主要功能如下：中央處理器是高速的 16 位處理單元，數(shù)據(jù)總線也是 16 位，由算數(shù)邏輯單元（ ALU）、核心寄存器組以及控制單元三部分組成；因為單片機的地址總線是 16 位的，所以基本存儲器的尋址范圍是 0x0000～ 0xFFFF,尋址空間為 64KB。 MC9S12X 系列是 HCS12 系列的增強產(chǎn)品，其基于 S12CPU 內(nèi)核，可以達到之前產(chǎn)品 2 到 5 倍的性能。車庫有左右之分，所以在小車的左右兩側(cè)各需要一個對管，用以區(qū)分空余車位在車的左側(cè)還是右側(cè)。其中車輪、舵機和電機已經(jīng)安裝在車上，不需要進行調(diào)節(jié)機械結(jié)構(gòu)。因為在路徑采集模塊選用的是 CCD 攝像頭，為了減少智能車的硬件組成以及減少費用預算，所以在這里使用同樣的攝像頭，但對信息的處理算法卻迥然 不同，在后續(xù)的論文中將會詳細介紹。其優(yōu)點是對比度高、動態(tài)特性好。其弊端是感知前方賽道距離有限，受外界紅外頻段光線干擾，精度比較低 [3]。 設計方案分析 在設計小車自動停車入庫系統(tǒng)的過程中，通過對相關資料的查詢，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的 4 不同部分存在多種實現(xiàn)方案，各種方案都存在其利弊。通過攝像 頭采集交通燈的信息，經(jīng)過程序算法提取出交通燈的指向，指引小車向空車位行駛。此外，如果停車場內(nèi)有對外開放的臨時車位，自動停車系統(tǒng)更加有 利于對這些車位的管理。為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和開發(fā)能力，我校信息與工程學院先后創(chuàng)辦了創(chuàng)新基地與秋實工作室，智能停車場課題也是在此基礎上提出的。通過 CCD 攝像頭采集道路信息并對其處理，提取出路中央黑線與小車位置的偏差，從而控制舵機動作來矯正行駛中小車的狀態(tài)；通過安裝在車頭的紅外線對管來確定空車位及信號燈的位置；同樣采用 CCD 攝像頭來提取信號燈的指向，進而指引小車正確駛向車庫。 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 microcontroller. Besides, relative calculations of parameters are also given. In this automatic car parking garage system, the smart car is designed to drive to the assigned garage automatically from the entrance and to park in the storage accurately, though identifying information of roads, traffic lights and garages. Firstly, the system is used to deal with the information searched by CCD camera, then to find the deviation between the position of the car and the central black line, and correct the car through a steering gear. In addition, the infrared tubes can be installed in front of the car to determine the locations of the empty parking spaces and the signal lights. Similarly, the directions of signal lights can be detected by CCD camera as well to make the car drive in the garage correctly. Key words: Automatic parking garage。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。 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。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。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。 （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。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。 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。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]。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。 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。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]。 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。 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。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。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。 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。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。 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。 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。 選用 BTS7960 作為主控芯片。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。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。 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]。 舵機及舵機驅(qū)動電路 本設計中