【文章內容簡介】 ）的PWM周期根據(jù)公式42得：即對應舵機頻率為100Hz。同時其占空比可根據(jù)公式（3）求取。由于PWPER45=10000，固PWMDTY45的值變化范圍為1～10000，即對應的占空比可調值有10000個。實際中因舵機左右轉角位置限制使其可變的點數(shù)大概在600個左右。同理直流電機可調范圍根據(jù)公式（6）可得PWMPER23=200；即：所以PWMDTY23變化范圍為0～201。 整體來說，此部分初始化相對復雜，其范圍也要求較為嚴格，并且直接關系到舵機、直流電機的響應時間和穩(wěn)定性。在實際應用中，如果對應舵機的PWM通道的頻率設置過高（高于200Hz），可以很明顯聽到舵機發(fā)出斷續(xù)聲響。 鍵盤初始化本設計中鍵盤只是用來對小車的運行模式進行選擇，相當于撥碼開關。由于比賽前，賽道形狀是未知的，而且比賽時候又不能重新修改程序，為了在小車出發(fā)前，作最后參數(shù)調整，非常有必要設置撥碼開關，能夠根據(jù)賽道的實際情況和小車運行情況作出合理的調整，從而取得更好的成績。本次設置的按鍵只有兩個，與單片機的PA2與PA3兩個I/O相連。由于此款單片機的PA口本身具有上拉和下拉的功能，通過上拉使能寄存器PUCR_PUPAE設置對應的I/O口是否具有上拉功能。在此說明一下，有些單片機的端口內部具有上拉電阻，它和外部上拉電阻原理一樣，所實現(xiàn)的功能也是一樣的。當端口上拉電阻使能時，若端口方向寄存器（此處為DDRA）置為輸出則不影響引腳電平；若端口方向寄存器置為輸入，輸入為低時，單片機的此I/O口可向外提供一定的電流（此款單片機最大為20mA）。有些I/O口不具內部上拉電阻，那么此I/O口對應的引腳就相當于一個三極管的集電極。 按鍵連接圖（上拉） 說明：虛線以左為單片機引腳內部原理圖，它相當于一個集電極開路輸出，加上拉電阻。PA3為引出引腳。從圖中可以看到只需將按鍵一端接到單片機引腳上，另一端接地即可。如果按鍵（Button）沒有按下時，那么從PA3引腳讀入的值始終為邏輯1；當按鍵按下時，A點電平被拉低，那么讀入值為邏輯0。另一個按鍵接法相同。 補充：端口下拉，則按鍵的接法，： 按鍵連接圖（下拉）比較上拉和下拉，對應按鍵接法也不同，如果上拉中的Button接VCC，則Button不起作用；如果下拉中的Button接地，則Button也是不起作用的。很多單片機初級用戶就會犯這種錯誤，而且找不到問題的所在，這是很要注意的地方。根據(jù)上面的說明，參照附件中程序的PORT_Init()、KEY_Init()、Speed_Init()三部分程序代碼，不難理解。從程序中可以知道，小車的速度有9個檔位，每當預置一個檔位時，PB口對應的LED便滅掉，這樣就知道當前的小車速度檔位了。以上就是系統(tǒng)主要初始化說明了，其它模塊初始化，請參照附件程序。第五章 圖像采集與路徑分析圖像的采集與處理是設計中的難點，從圖像數(shù)據(jù)的采集到數(shù)據(jù)的處理，都不是一件容易的事。本次設計中數(shù)據(jù)采集方案主要嘗試了兩種方法，一是采用片內A/D；二是采用硬件二值化，最終選用的是硬件二值化。按一定的分辨率，以隔行掃描的方式采樣圖像上的點，當掃描到某點時，就通過圖像傳感芯片將該點處圖像的灰度轉換成與灰度成一一對應關系的電壓值，然后將此電壓值通過視頻信號端輸出。攝像頭連續(xù)地掃描圖像上的一行，就輸出一段連續(xù)的電壓視頻信號，該電壓信號的高低起伏正反映了該行圖像的灰度變化情況。對于PAL制式，攝像頭每秒掃描25幅圖像，每幅又分奇、偶兩場，先奇場后偶場，故每秒掃描50場圖像。奇場時只掃描圖像中的奇數(shù)行，偶場時則只掃描偶數(shù)行?？梢姡繄鲂盘柍掷m(xù)時間為20ms。本次設計在攝像頭的選型上花了很長時間，并且因為前后采集思路的變化，導致前后換了6個攝像頭。最終選用的是卡默萊公司一款型號為：CM3125BHP4這款針孔攝像頭。 攝像頭實物圖 性能指標及規(guī)格攝像頭選擇的標準：首先，由于賽道僅由黑白兩種顏色組成，故只需要采用黑白攝像頭即可，這樣同時也減輕了數(shù)據(jù)處理的壓力。其次，關于攝像頭線數(shù)，到目前為止，以往歷屆參賽隊伍關于攝像頭選擇都有著比較一致的說法：線數(shù)不能太高，因為單片機的處理速度有限，并且A/D的轉換速率也跟不上。贊同這種說法，理由同上；不贊同這種說法，理由：上述普遍觀點都是建立在圖像數(shù)據(jù)采集方案為A/D基礎上的，但是如果不是基于這種采集方案的，如本次設計的最終方案，上面的那種普遍觀點就不適用了。有關內容在后面有詳細論述。最后，關于視角對于攝像頭來說，視角越大，則在相同的放置角度下，視場范圍越寬。對于智能車來說，視場越大則相對來說受到的外界光線干擾就越多，這對于圖像采集來說并不利，而視場越小則能前瞻的距離也受限，因此應該選擇視角范圍在45176?！?0176。范圍之間。 圖像信號組成當掃描完一行，視頻信號端就輸出一低于最低視頻信號電壓的電平，這樣相當于，緊接著每行圖像對應的電壓信號之后會有一個電壓“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脈沖，它是掃描換行的標志。然后，跳過一行（因為攝像頭是隔行掃描的方式），開始掃描新的一行，如此下去，直到掃描完該場的視頻信號，接著就會出現(xiàn)一段場消隱區(qū)。此區(qū)中有若干個復合消隱脈沖（簡稱消隱脈沖），在這些消隱脈沖中，有個脈沖它遠寬于（即持續(xù)時間長于）其他的消隱脈沖，該消隱脈沖又稱為場同步脈沖，它是掃描換場的標志。場同步脈沖標志著新的一場的到來。不過，場消隱區(qū)恰好跨在上一場的結尾部分和下一場的開始部分，得等場消隱區(qū)過去，下一場的視頻信號才真正到來。 圖像信號各參數(shù)測量對于不同的攝像頭來說，由于制作工藝各方面的差異，因而各種信號持續(xù)的時間在標準時間的基礎上會出現(xiàn)差異，由于這些信號出現(xiàn)的時刻以及持續(xù)的時間直接影響到后期對圖像的采集上，因為需要提前測量清楚。理論上攝像頭的參數(shù)：場周期為20ms（每秒50場）；行周期為64us（，其中偶場的第一行是一個半行）；場消隱寬度=25個行周期=；場同步寬度==160us；行消隱寬度=12us；行同步寬度=；利用數(shù)字示波器實測該款攝像頭圖像各項參數(shù)如下：場周期20ms；場同步信號200us；行周期64us；；行消隱12us。由于攝像頭輸出的信號中含有消隱信號（包括行消隱和場消隱），這對于賽道信息提取是沒有用的，因而需要避免將這部分信號采到單片機中。這就需要有視頻分離芯片對視頻信號進行分離，將同步信號提取出來，供單片機判斷當前是否是有效的視頻信號以及是第幾場第幾行的信號。本設計中采用的是行同步信號和奇偶換場信號作為判斷標志。其中奇偶換場信號中奇場時該引腳輸出為高電平，偶場時該引腳輸出為低電平。由于在每一幀的圖像中，奇偶兩場的信號差別不大，為了節(jié)省空間，提高采集數(shù)據(jù)的實時性，我們選擇每一幀圖像僅采偶場，則判斷奇偶換場信號的下降沿。在本設計中，關于視頻數(shù)據(jù)的采集進入單片機不是通過A/D轉換，而是通過比較器。對于A/D轉換，一方面受到單片機A/D轉換速度的限制，在不做其他方面改變的情況下，每一行采到的點數(shù)非常有限，達不到分辨道路狀況的要求，而如果通過超頻或者降低A/D轉換精度的方法，或者是采用將攝像頭旋轉90176。的方法又會出現(xiàn)諸如單片機發(fā)熱量增加或者算法難度增加等不利影響。因此本設計采用比較器來代替A/D的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。在比較器的選擇方面，最主要是要考慮比較器轉換速率的問題。在攝像頭拍攝賽道時，由于黑線的寬度占整個賽道的1/24，而行周期是64us，有效信號實際只有52us左右的時間，這說明在離攝像頭較遠的賽道上黑線所占的時間非常之短，而往往前瞻的這部分賽道的情況是實現(xiàn)整個提前控制的關鍵所在，因而如果比較器的轉換速度不夠的話，將很可能導致黑線無法識別出來的現(xiàn)象。在比較器的選擇方面我們先后選擇了LM32LM33LM31MAX901，它們的響應時間分別為10us、300ns、200ns、8ns。最先使用的是LM324，經示波器觀察后發(fā)現(xiàn)其響應時間太長，約10us，（）比較結果，從圖中可以明顯看到LM324的上升沿和下降沿都是跟不上圖像的變化的。后來改用LM339，實際轉換速度達到600ns左右，在攝像頭抖動程度不太大、前瞻在1m以內的情況下能夠滿足設計要求。至于LM311，情況和LM339差不多。 LM324圖像比較結果 LM339圖像比較結果但是在本次設計中，由于采用的攝像頭為600線的，并且攝像頭的安裝高度從去年的40cm降到20cm，攝像頭基本是水平放置的，這樣做的結果是：圖像的最遠端到最近端的視場寬度變化很大，圖像的遠端黑線相對的寬度也就變小。，比較其寬度變化，實際通過示波器的測量，近端黑線寬度為4us，那么如果還用LM339作為電壓比較器的話，遠端黑線就很難比較出來，所以本次設計采用的MAX901，其響應時間為8ns，足以滿足要求。 近端黑線。 小車側視示意圖實際上，比較器是將輸入的信號進行二值化的最簡單的一種方法，當將視頻信號接入比較器的同向輸入端，在反向輸入端給定一基準電壓（）。 二值化原理圖通過示波器的觀察，當LM339的工作電壓選在（5V）時，它的高電平輸出約為5V（注：加10K上拉電阻后），低電平輸出為0V，這種電平被單片機接收后將直接被認為是1和0，從而直接完成了視頻信號的二值化。LM339的響應時間為300ns（不夠短），而且它的下降沿長達1us。這個問題是我這次設計選擇MAX901的原因之一。此種方法具有很高的處理速度，而且具有較高的可靠性和抗噪能力，提高了系統(tǒng)的整體性能。方案1：本設計中使用奇偶換場信號的下降沿作為一場信號來臨的標志，對于一場信號來說，換場信號過后首先將經歷一段場消隱區(qū)，然后行同步信號到來，而每一場的前十幾行的信號是無用信號，因此需要將這部分信號全部剔除，避免對賽道路況分析產生影響。通過示波器對視頻信號進行分析可以算出，從換場信號下降沿來臨之后1024us是無用信號，通過單片機定時可以將這部分信號濾除，之后便是有效的圖像信號。以行同步信號作為外部中斷，通過S12的某一個I/O口捕捉LM1881換場信號的下降沿，當捕捉到到就開中斷，當行同步信號來臨時開始對比較器輸出信號進行采集，由于比較器的輸出是一段連續(xù)的電壓信號，要達到道路分辨率實際上每行采集40個左右的點即可滿足，因而采用查詢方法，達到每行采集40個點的目的。，要達到分辨要求實際上對于每場來說只需很少的行信號就能夠分辨前方道路情況，因此本設計中采用每隔6行采集一行，這樣一來，每場只采集前140行，這樣構成了一個20行50列的二維數(shù)組。： A/D數(shù)據(jù)采集經二值化數(shù)據(jù)，所以后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中應將它濾掉，（注：因為圖中顯示的是第一行也就是最遠的一行，故采到黑點的數(shù)目少（只有三個），實際可以在1到6點范圍變化）。 方案2：方案1是以點的形式采集圖像信號，但是因為每行所采集的點數(shù)必須有較大的數(shù)，這樣帶來的結果是占用了很多存儲單元，而且很容易把離散的噪聲點也采集進去了。方案2采用的是捕捉圖像二值化后的邊沿。 捕捉圖像示意圖行同步信號下降沿1到來后，圖像整個寬度為W=W1+W2+W3。其中W2為黑線。通過公式：OFFSET=W1W3,就可以知道黑線的偏移量了。而整個數(shù)組只要建成：20行4列無符號整型，也就是整個比上面的方法要少20*5020*4*2=840字節(jié)的存儲單元。這是一個非?？捎^的數(shù)量。不僅如此，后續(xù)的數(shù)據(jù)處理也更為簡單。開始時采用的是第一種方案，比較優(yōu)劣后，最終選用的是第二種方案。 捕捉邊沿得到的一組數(shù)據(jù)。 TCNT_COUNT部分數(shù)據(jù)表：每行數(shù)據(jù)A、C、E、5 。，從數(shù)值上和每行的圖像信號52us相吻和，+W2+W3。藍底數(shù)據(jù) ，它對應于黑線的寬度。正如上面說的那樣，可以通過W3－W1可以知道黑線的偏移量。但是方案2采集思路也是有問題的，而這一點是不確定的。，發(fā)現(xiàn)比中間要低，而圖像硬件二值化結果第一點并不是和圖像開始邊沿對齊，也就是說我們用W3－W1得出的黑線偏移是以W1為基準點，而W1又是變動的，那么同一位置的偏移量就有變動的。所以在后面的處理中，我選擇的參考點為1，因為它是行同步下降沿，所以為定值。 方案一程序流程圖當時為了提高圖像每一行采集點數(shù)，只有提高語句的執(zhí)行效率，此部分程序采用匯編語言[8]所寫。asm{ LDAA 01 //與ATD0STAT0_SCF相與，檢測A/D轉換是否完成? LDX ad_value //裝載數(shù)組地址,X作為列計數(shù)器 LDY ad_value //Y作為行計數(shù)器 LDAB ADC_ROW //裝載行計數(shù)器 //LDAA ADC_LINE//裝載列計數(shù)器 lab1://準備一行開始 CLR IRQ_FLG //清行中斷標志lab2://行同步到來？ TST IRQ_FLG。//測試行中斷標志:IRQ_FLG00則N=1,Z=0。 =0則Z=1,N=0。0則Z=N=0 BEQ lab2 //Z為1,跳轉至lab2,則繼續(xù)檢測，行同步到來？ CLR IRQ_FLG。//清行中斷標志，下一行開始 CLIlab3://開始采集一行數(shù)據(jù) BITA ATD0STAT2L //A/D轉換完畢? (A)amp。(ATD0STAT0) 結果為0則Z置1,否則清0 BEQ lab3 //A/D沒有轉換結束則跳轉至lab3 MOVB ATD0DR0L,1,X+ //將轉換結果存入數(shù)組中 TST IRQ_FLG。 //測試行中斷標志:IRQ_FLG00則N=1,Z=0。 =0則Z=1,N=0。0則Z=N=0 BEQ lab