【正文】 、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，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，[22]。 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。在這選用的舵機型號是S3010。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的PN結，在結構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結面積盡量做的比較大，電極面積盡量減小，而且PN結的結深很淺，一般小于1微米。右側車庫接受管的信號引腳與單片機PT2口連接，左側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。主程序流程如圖41所示。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]。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。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）。設置AD轉換結果為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的轉換精度為28，因為單片機的參考電壓輸入為0～5V。硬件設計中用單片機的輸入捕捉來采集攝像頭的行場中斷，所以在軟件設計中，將數(shù)據(jù)采集模塊放在行中斷里面。Error數(shù)值越大則小車偏離引導線越遠，舵機所需轉動的角度也就越大。行駛到車庫前方準備倒入車庫時，小車要進行向左或右打輪。電機的兩路PWM信號與右側時相同，在進入車庫后，小車要向后直行1秒方可停入車庫正中。在硬件設計模塊，我自學了protel軟件，利用它繪制了小車相關的硬件電路圖，并且自動布線繪制了印制電路板；系統(tǒng)學習了單片機MC9S12XS128的內(nèi)部結構，以及CCD攝像頭的工作原理。 //采集的行從新編號uint fazhi=130。 //int SERVOR_CENTER =200。//左中右交通燈標識參數(shù)unsigned int get_n[]={ 83,87,91,94,98,107,111,115,124,130,133,136,139,142,144,146,148, 150,152,154,156,158,160,162,164,167,175,181,190,197}。= 0x7F。asm NOP。 //8個AD轉換時間，AD=40/4=10 =41 ATD0CTL5 =0x20。 //定時器中斷通道0使能PITCFLMT_PITE=1。 //通道01級聯(lián)為16位PWM,由通道1控制，用于電機控制一PWMCTL_CON45 =1。 //SA的時鐘頻率為10/2*20=PWMSCLB=20。 //占空比為200/5000=4%，此時舵機沒有轉角PWME_PWME1=1。if(x0)n=x。} //右打輪 if(zuoku==1) {PWMDTY23=220。 } } void Servor_Control1(void)//道路舵機控制{ if( ERROR=10 ) { PWM_duoji=180。PWM_duoji=SERVOR_CENTER+PER_TEMP*SERVOR_ANGLE。case 3: SERVOR_ANGLE=3。 //舵機左轉3度 break。 PWM_duoji=SERVOR_CENTER+PER_TEMP*SERVOR_ANGLE。//舵機右轉3度 break。case 1: SERVOR_ANGLE=1。 PWM_duoji=SERVOR_CENTERPER_TEMP*SERVOR_ANGLE。amp。 //定時器中斷通道0關閉 PITCFLMT_PITE=0。amp。 //PWM輸出DDRT=0X00。 //電機控制在低速下行駛PWMDTY45=0。 //通道1，5設置為SA時鐘源，通道3設置為SB時鐘源PWMPRCLK=0x33。 //通道0，1,2,3,4 中斷使能TFLG1=0xFF。 //八位定時器初值設定PITLD0=PITTIME1。 //設置快速清除標志位AFFC ATD0CTL3 =0x0C。 //32M時 SYNR=0x43,具體頻率都需要計算PLLCTL = PLLCTL | 0x70。j)。 //定時器初始化參數(shù)uchar cx=0。int PWM_duoji。//總行計數(shù)uint row。在做畢業(yè)設計的過程中，我不僅復習查閱了單片機和硬件電路方面的知識，而且學習了不少新的軟件知識。之后將小車前輪打正。因為小車收到車庫紅外發(fā)射器信號的時候，安置接受器的車頭位于車庫最前方，要讓小車安全進入車庫仍需要前行一段距離。圖43 引導線提取流程圖 上圖中參數(shù)error為小車偏離引導線的相對距離，其為正數(shù)時小車位于引導線的左側，需要對舵機進行右打輪。對于每個點采集到的數(shù)據(jù)，可以直接用于數(shù)據(jù)處理，也可以對其先進行二值化再做數(shù)據(jù)處理，因為車道是在白色底板上鋪設黑色引導線，因此干擾比較小，黑線與白色低板在攝像頭中轉換的電壓值差距很大，根據(jù)實驗可知，黑線在單片機中反應的數(shù)字量在90左右，而白色底板在單片機中反應的數(shù)字量在140左右，所以設置二值化的閥值為130。轉換方法可以利用專用的AD轉換器實現(xiàn)，這種方法轉換速度較快，但需要設計相關的外圍電路，也可以用XS128單片機內(nèi)置的AD模塊，為了充分開發(fā)單片機的內(nèi)部資源，這里使用第二種方法。MCS12XS128內(nèi)置的PWM模塊包括8路具有可編程周期和占空比的PWM通道，亦可通過設置變?yōu)?個16位的PWM通道，每個通道由獨立運行的8位通道計數(shù)器、通道周期寄存器和占空比寄存器等組成[30]。PIT模塊的工作原理是：通過片內(nèi)總線時鐘的8位微計數(shù)器減一操作完成，當此微計數(shù)器的數(shù)值減到0時，就會觸發(fā)高16位計數(shù)器做一次減一操作，如此循環(huán)計數(shù)直到這兩個計數(shù)器的數(shù)值都減到0，則就會產(chǎn)生定時器溢出中斷，從而完成計時功能。?BUSCLK=?PLLCLK/2=?VCOCLK/2=?OSCCLK?(SYNR+1)/(REFDV+1) （41）上式中?OSCCLK為外部振蕩器的頻率，即?OSCCLK等于16MHz；REFDV的值由時鐘分頻寄存器的后5位確定，為了使鎖相環(huán)穩(wěn)定，應該選擇盡可能大的REFDV，綜合考慮到其他因素，程序中設置其值為1；SYNR的值由時鐘合成寄存器的后5位決定，設計中要求內(nèi)部總線的時鐘頻率達到40MHz，所以這里設置時鐘合成寄存器的值為0x44，即SYNR的值為4。當cx的值為0時，執(zhí)行自動循跡子程序，通過單片機內(nèi)部AD對CCD攝像頭的數(shù)據(jù)采集，判斷出小車與中心黑線的偏差，將偏差送給舵機1子程序，調(diào)整小車的狀態(tài)；當cx的值為1時，說明小車已經(jīng)行駛到十字路口，同樣用AD將信號燈的數(shù)據(jù)采集出來，通過辨別信號燈的指向，確定小車的轉向。如果外電路上存在負載，負載上的電壓信號就會隨之光強度的變化而變化。 紅外對管電路 紅外線是光譜中波長從760至400微米的電磁波，其是不可見光線，人眼無法識別，紅外線可用于檢測的優(yōu)點是受其他光線影響較小。舵機內(nèi)部含有一個基準電路，它可以產(chǎn)生周期為20ms，將電位器電壓與直流偏置電壓進行比較獲得電壓差輸出，最后電壓差的正負輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉。圖310 攝像頭圖像采集電路如上圖所示CVBS引腳（即2腳）為視頻信號輸入端，在其之前接一個電容濾除雜波，與此同時視頻信號也接入單片機的AD0口；VSYNC引腳（即3腳）為場同步信號輸出端，與單片機輸入捕捉端口PT1連接，當攝像頭信號的場同步脈沖到來時，該端將變?yōu)榈碗娖?，一般維持230us，然后重新變回高電平；CSYN引腳（即2腳）為行同步信號輸出端，與單片機輸入捕捉端口PT0連接，當信號中的行同步脈沖到來時，該端將變?yōu)榈碗娖剑籓DD引腳為奇偶同步信號輸出端，當攝像頭信號處于奇場時，該端為高電平，當處于偶場時，為低電平。場同步脈沖標志著新的一場的到來，但是場消隱區(qū)恰好跨在下一場的開始部分和上一場的結尾部分，只有等場消隱區(qū)過去，下一場的視頻信號才真正到來[21]。攝像頭的主要組成部分有鏡頭、圖像傳感芯片和外圍電路。將IN腳與單片機的PWM輸出口連接，當IN為高電平且INH為高電平時，高邊MOSET三極管導通，OUT引腳輸出高電平；當IN為低電平且INH為高電平時，低邊MOSET三極管導通，OUT引腳輸出為低電平。H橋示意圖如圖37所示?！罗D電流可達24A。 （32）根據(jù)MC34063工作頻率等特性，可以計算出定時電容CT的大小為470pF,濾波電容C和C0的大小都為100uF。當比較器的輸入電平低于閥值電平時，與門的D輸入端表現(xiàn)為高電平，反之，則表現(xiàn)為低電平。此外輸出電壓的穩(wěn)定性；也取決于R1和R2的穩(wěn)定性；即電阻穩(wěn)定性好，則電路就不會因溫度等因素而引起輸出電壓的不穩(wěn)定，所以這兩個電阻不能太小或者不接。舵機工作時需要的工作電流一般在幾十毫安左右，且電壓無需十分穩(wěn)定，所以這里選用LM2941作為穩(wěn)壓芯片。 電源電路設計電源模塊的設計是為整個系統(tǒng)提供所需的電源，所以首先需要設計出滿足要求的電壓電流，其次需要考慮電源轉換率和噪聲等方面，穩(wěn)定可靠的電源是整個硬件電路穩(wěn)定運行的基礎。 BDM接口電路設計BDM模塊可以實現(xiàn)程序下載、讀寫存儲器/寄存器、硬件斷點、條件斷點、單步運行、連續(xù)運行等全部在線調(diào)試功能，而只需要簡單的外部接口電路。在設計時鐘電路PCB時要注意下面三點：（1） 晶振體的周圍盡量不要有線路，特別是對信號質(zhì)量要求高的器件連線；（2） 為了保證單片機的穩(wěn)定性和避免晶振對周圍電路造成干擾，它們之間的連線要盡量短，盡量寬；（3） 為了阻擋晶振體的噪聲，可以將地線包圍和覆蓋在其周圍，這樣也可以避免其他信號的干擾。因為本次設計需要的引腳較多，所以選用的是112引腳的封裝。圖23 車場系統(tǒng)安裝示意圖第三章 硬件設計 單片機最小系統(tǒng)電路 單片機MC9S12XS128簡介我們選用飛思卡爾公司的MC9S12XS128作為系統(tǒng)的主控芯片，其隸屬于MC9S12X系列。其次便是紅外對射管的安裝，智能車在兩處需要用紅外對管定位，一處是車庫門前，另一處是在路口。 系統(tǒng)硬件安裝 智能車系統(tǒng)硬件安裝智能車上的硬件有：車輪、舵機、路徑采集攝像頭、交通燈采集攝像頭、電機、主控芯片、電源驅(qū)動一體化電路、紅外接收管、視頻分離電路。但總的來說，各種方案都是使用攝像頭來對交通燈進行信息采集的。攝像頭的選擇也存在兩種方案，一種是采用CCD圖像傳感器，其是以PAL制式信號輸出到CCD信號處理模塊并進行同步信號分離，連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)和同步信號同時輸入到S12單片機控制核心，進行進一步的圖像處理。這種方案的優(yōu)點是電路簡單，信號處理速度快。其中微控制器選用Freescale公司的MC9S12XS128開發(fā)模塊；電源管理模塊為開發(fā)模塊、各傳感器、舵機以及直流電機提供電源；圖像采集模塊采用面陣CCD攝像頭；舵機控制模塊用來控制小車轉向的，模塊化舵機只要送入脈寬調(diào)制信號就可控制其轉向和轉角，控制主要是通過單片機片內(nèi)資源PWM配合編程實現(xiàn)；直流電機驅(qū)動模塊為車后輪直流電機驅(qū)動。在此基礎上設計智能車自動進入車庫并準確停入空余車位，這部分主要包括識別交通燈和定位空車位兩部分。因為車輛入庫是按照空余車位指定的路線自動行駛停放的，從而解決了車庫排隊擁擠和停車安全的問題，減少了車主停車的時間。除了要學習測控的理論知識外，還要進行相關實踐的訓練，以提高解決實際問題的能力，加深對知識的理解。在小車自動停車入庫系統(tǒng)中，小車通過采集道路信息、交通燈信息以及車庫信息，自動從車場入口行駛至指定空車位，并準確停車入庫。 Intelligent vehicle system。該項目為我們提供了一個學習的平臺，讓有興趣的同學參與開發(fā)研究，可以開闊大家的視野，激發(fā)學習基礎理論的熱情。車輛的高速增長導致城市交通擁堵，與此同時，停車入庫排隊時間長和尋找車位困難已經(jīng)成為十分嚴重的社會問題。本設計的具體任務如下：（1）、結合停車場模型，設計引導路線的識別方法；（2）、結合停車場模型，設計信號燈的識別方法；（3）、設計小車控制硬件電路原理圖、PCB；（4）、設計循跡、停車入庫軟件。 道路識別方案分析道路識別模塊要實現(xiàn)的功能是在白底黑線的車道上自動識別行駛的路線，檢測智能車相對于車道中央的偏移量、方向等信息使小車自主沿著車道運行。這種方案的特點是：磁場在空間的分布具有方向性，所以電磁傳感器采集的信息同樣具有特定的方向。另一種方案是采用CMOS圖像傳感器，這種傳感器的原理與CCD圖像傳感器的原理大致相同。能夠?qū)崿F(xiàn)定位的傳感器數(shù)不勝數(shù)，最初試想的方案是利用光敏電阻來測量小車與車位的距離，具體做法是在車庫中央安裝發(fā)光二極管，車庫空著時二極管被點亮，在小車四周安裝八個光敏電阻，利用光敏電阻距離光源位置不同產(chǎn)生不同電阻的原理，進而產(chǎn)生電壓差，從而測出小車距離光源的位置。智能車硬件安裝如圖22所示。 車場硬件安裝智能車場的設計是獨立于自動入庫系統(tǒng)的，但本次設計需要車場相關硬件配合，所以這里對車場的硬件安裝提出簡單要求，其主要部分有：