【正文】 圖 為遠(yuǎn)端黑線，圖 為近端黑。圖 為 LM339 的比較結(jié)果。后來改用 LM339， 實(shí)際 轉(zhuǎn)換速度達(dá)到 600ns 左右 ，在攝像頭抖動程度不太 大、前瞻在 1m以內(nèi)的情況下能夠滿足設(shè)計(jì)要求 。 在比較器的選擇方面我們先后選擇了 LM32 LM33 LM31 MAX901，它們的響應(yīng)時間分別為 10us、 300ns、 200ns、 8ns。 比較器的選擇 在比較器的選擇方面，最主要是要考慮比較器轉(zhuǎn)換速率的問題。的方法又會出現(xiàn)諸如單片機(jī)發(fā)熱量增加或者算法難度增加等不利影響。 比較器 在本設(shè)計(jì)中，關(guān)于視頻數(shù)據(jù)的采集進(jìn)入單片機(jī)不是通過 A/D 轉(zhuǎn)換，而是通過比較器。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。這就需要有視頻分離芯片對視 頻信號進(jìn)行分離，將同步信號提取出來，供單片機(jī)判斷當(dāng)前是否是有效的視頻信號以及是第幾場第幾行的信號。 理論上 攝像頭的參數(shù)： 場周期為 20ms（每秒 50 場） ； 行周期 為 64us（每場 行 ， 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 = 個行周期 =160us； 行消隱寬度 =12us； 行同步寬度 =； 利用 數(shù)字示波器實(shí)測該款攝像頭圖像各 項(xiàng) 參數(shù)如下： 場周 期 20ms； 場同步信 號 200us； 行周期 64us； 行同步時間 ； 行消隱 12us。不過，場消隱區(qū)恰好跨在上一場的結(jié)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。此區(qū)中有若干個復(fù)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(yuǎn) 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(biāo)志。 圖像信號 簡介 圖像信號組成 圖 圖像信號組成 當(dāng)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(dāng)于，緊接著每行圖像對應(yīng)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(biāo)志?！?70176。 最后 ，關(guān)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。 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(diǎn)都是建立在圖像數(shù)據(jù)采集方案為 A/D 基礎(chǔ)上的，但是如果不是基于這種采集方案的，如本次設(shè)計(jì)的最終方案，上面的那種普遍觀點(diǎn)就不適用了。第四屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告 30 圖 攝像頭實(shí)物圖 表 性能指標(biāo)及規(guī)格 攝像頭選擇 的標(biāo)準(zhǔn)： 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，第五章圖像采集與路徑分析 31 這樣同時也減輕了數(shù)據(jù)處理的壓力 。最終選用的是 卡默萊公司一款型號為： CM3125BHP4這款針孔攝像頭。可 見，每場信號持續(xù)時間為 20ms。 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。 攝像頭 原理與選型 工作原理 按一定的分辨率，以隔行掃描的方式采樣圖像上的點(diǎn)，當(dāng)掃描到某點(diǎn)時，就通過圖像傳感芯片將該點(diǎn)處圖像的灰度轉(zhuǎn)換成與灰度成一一對應(yīng)關(guān)系的電壓值，然后將此電壓值通過視頻信號端輸出。 29 第五章 圖像采集 與路徑分析 圖像的采集與處理是 設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，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。從程序中可以知道，小車的速度有 9 個檔位，每當(dāng)預(yù)置一個檔位時， PB 口對應(yīng)的 LED 便滅掉，這樣就知道當(dāng)前的小車速度檔位了。很多單片機(jī)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。另一個按鍵接法相同。從圖中可以看到只需將按鍵一端接到單片機(jī)引腳上，另一端接地即可。 圖 按鍵連接圖（上拉） 說明：虛線以左為單片機(jī)引腳內(nèi)部原理圖，它相當(dāng)于一個集電極開路輸出，加上拉電阻。有些 I/O 口不具內(nèi)部上拉電阻，那么此 I/O 口對應(yīng)的引腳就相當(dāng)于一個三極管的集電極。在此說明一下，有些單片機(jī)的端口內(nèi)部具有上拉電阻，它和外部上拉電阻原理一樣，所實(shí)現(xiàn)的功能也是一樣的。本次設(shè)置的按鍵只有兩個，與單片機(jī)的 PA2 與 PA3 兩個 I/O 相連。 鍵盤初始化 本設(shè)計(jì)中鍵盤只是用來對小車的運(yùn)行模式進(jìn)行選擇，相當(dāng)于撥碼開 關(guān)。 整體來說，此部分初始化相對復(fù)雜，其范圍也要求較為嚴(yán)格，并且直接第 四 章 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 27 關(guān)系到舵機(jī)、直流電機(jī)的響應(yīng)時間和穩(wěn)定性。實(shí) 際中因舵機(jī)左右轉(zhuǎn)角位置限制使其可變的點(diǎn)數(shù)大概在 600個左右。同時其占空比可根據(jù)公式（ 3）求取。 2__ ____ ?? F R E QSACH F R E QACHD IVSACH 公式 44 同時本程序編寫可很方便地對舵機(jī)工作頻率進(jìn)行軟調(diào)： define ServoFreq 100 //表示舵機(jī)工作頻率為 100Hz。若 Bus_Freq 改為80000000Hz，則 4 分頻后時鐘 A 頻率 20200000Hz，則將 CH_A_FREQ 聲明為20200000 則通過公式（ 4）計(jì)算得 CH_SA_DIV=10。 第四屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告 26 } 經(jīng)過以上處理后，如果總線頻率 Bus_Freq 改變的話，我只要簡單計(jì)算新的Bus_Freq 經(jīng) PWM_PRCLK (此處為 4 分頻 )分頻后的頻率，并將 CH_A_FREQ 聲明為新值，其它不作改變。 //使能 PWM45 PWME_PWME3 = 1。 //極性相反 PWMCAE = 0x00。 //極性為正 PWMPOL_PPOL3 = 1。 //寫 PWM45 的周期寄存器 ， 給舵機(jī) PWMPER23 = PWMPER67 = CH_SB_FREQ / MotorFreq。 //PWM3 使用 SB PWMCLK_PCLK7 = 1。 //組合 PWM23 PWMCLK_PCLK5 = 1。 //組合 PWM45 PWMCTL_CON67 = 1。 //CH_SA_FREQ= CH_A_FREQ/CH_SA_DIV/2 PWMSCLB= CH_SB_DIV。 第四屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告 24 圖 PWM 占空比 PWM 周期： ）（通道時鐘周期 1P W M P E R x ???T 公式 42 脈寬左對齊，起始高電平輸出，占空比計(jì)算公式： 100%1P W M P E Rx 1P W M D T Y x ????占空比 公式 43 由于總線時鐘在調(diào)試過程中經(jīng)常會人為地進(jìn)行調(diào)整， 每次進(jìn)行調(diào)整都將再次對每個 PWM 寄存器進(jìn)行分頻，預(yù)分頻的調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期的輸出周期（舵機(jī)100Hz左右 ，電機(jī) 10KHz左右），這樣給調(diào)試帶來了不便，故部分程序編寫進(jìn)行了相應(yīng)的處理： 頭文件中進(jìn)行如下宏定義： define Bus_Freq 80000000 //總線頻率 80MHz define PWM_PRCLK 0X22 //CH_A = CH_B = BUS_FREQ/4 define CH_A_FREQ 20200000 //時鐘 A 頻率 ,為 Bus_Freq 4 分頻后計(jì)算所得值 define CH_B_FREQ 20200000 //時鐘 B 頻率 ,為 Bus_Freq 4 分頻后計(jì)算所得值 define CH_SA_FREQ 1000000 //時鐘 SA 頻率 define CH_SB_FREQ 4000000 //時鐘 SB 頻率 define CH_SA_DIV CH_A_FREQ/(CH_SA_FREQ*2) //CH_SA_DIV = 4 define CH_SB_DIV CH_B_FREQ/(CH_SB_FREQ*2) //CH_SB_DIV = 1 //舵機(jī)頻率選擇 50～ 200Hz 第 四 章 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 25 define ServoFreq 80//舵機(jī)頻率 100Hz(此處數(shù)值對應(yīng)舵機(jī)頻率） //DC 電機(jī)頻率選擇 0～ 25KHz define MotorFreq 20200//DC 電機(jī)頻率 20KHz(此處值對應(yīng)直流電機(jī)的工作頻率 ) 在 源文件中進(jìn)行如下處理： void pwm_init(void){ PWMPRCLK = PWM_PRCLK。所以說：此款單片工作穩(wěn)定后 SYNR 不可再寫入。時鐘合成寄存器 SYNR 讀寫表 [4]如下： 表 時鐘合成寄存器 SYNR 讀寫 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 Read 0 0 SYN5 SYN4 SYN3 SYN2 SYN1 SYN0 Write / / 復(fù)位值 0 0 0 0 0 0 0 0 注：該寄存器在任何時候可讀，但當(dāng) PLLSEL = 1 時，不可寫入；其他情況均可寫入。*11 F os crefdvsynF bus ??? 公式 41 上述公式中 Fosc 為外部振蕩器的頻率，此處即為 16MHz。 //engage PLL to system。 //when pll is steady ,then use it。 //BUS CLOCK=80M 第 四 章 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 23 _asm(nop)。 //pllclock=2*osc*(1+SYNR)/(1+REFDV)=80MHz。 REFDV=0xc0 | 0x01。 //disengage PLL to system PLLCTL_PLLON=1。 PLLCLK = Fbus * 2。以下為這部分的初始化程序。對于 9S12XS128 來說，外部晶振為 16MHz，經(jīng)過單片機(jī)的內(nèi)部鎖相環(huán)倍頻電路，可以使內(nèi)部總線頻率達(dá)到 40MHz，基本上可以滿足攝像頭的圖像采集，并且可以作簡單的圖像數(shù)據(jù)處理和算法分析，以得到正確的賽道信息，并最終控制小車的運(yùn)行。 系統(tǒng)初始化流程圖 系統(tǒng)初始化流程圖如圖 所示： 串口中斷 關(guān)接收中斷 臨時變量定義 讀取上位機(jī)命令 開接收中斷 執(zhí)行對應(yīng)上位機(jī)命令 中斷返回 第 四 章 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 21 圖 系統(tǒng)初始化流程圖 系統(tǒng)時鐘初始化 系統(tǒng)時鐘初始化直接關(guān)系到 9S12XS128 工作的總線頻率，對于整個系統(tǒng)的性能來說尤為重要。 圖 串口接收中斷 程序流程圖 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化 工作主要完成 系統(tǒng)時鐘、 全局變量 初始值的設(shè)置 、小車的初始狀態(tài)（如初始速度、初始轉(zhuǎn)角等）的設(shè)置、 SD 卡初始化、 PWM 周期設(shè)置、 A/D時鐘設(shè)置 、 SCI 串口通信速率設(shè)置、 SPI 初始化、 小車模式設(shè)置等 [3~6] ]。 圖 外中斷 IRQ 流程圖 ⑶ 輸入捕捉中斷 TC0： 這個中斷 用來捕捉經(jīng)過比較器輸出的圖像信號的跳變邊沿 ，程 序 流程圖 如圖 所示。 圖 主程序流程圖 中斷程序流程圖 ⑴ 實(shí)時中斷 ： 這個中斷是用來定時測速并對小車速度進(jìn)行控制的 ， 其流程圖如 圖 所示。此 部分 主要包括 系統(tǒng)初始化、 圖像采集，路徑分析，控制策略，調(diào)試軟件 五 部分，以下 詳細(xì) 說明智能車的各部分程序的流程圖 。 實(shí)測 0 度 實(shí)測 15度 實(shí)測 30度 實(shí)測 15度 實(shí)測 30度 標(biāo)準(zhǔn)模型 第 三 章 硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 圖 3. 14 不同占空比下的舵機(jī)模型 18 第四章 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 智能車軟件 設(shè)計(jì) 方案 硬件是 基礎(chǔ)，軟件是靈魂。和 +45176。這樣可以在舵機(jī)輸出一個較小的轉(zhuǎn)角下，取得較大的前輪轉(zhuǎn)角，從而提高了整個車的轉(zhuǎn)向速度。舵機(jī)的響應(yīng)速度與工作電壓有關(guān)系，電壓越高速度越快，所以應(yīng)在舵機(jī)允許的工作電壓范圍內(nèi)，盡量選擇最大的工作電壓。組委會提供的是 S3010 型舵機(jī)，工作電壓為 4V6V。控制信號是周期在 20ms左右的脈沖信號，脈沖信號的寬度決定舵機(jī)輸出舵盤的角度。通過內(nèi)部的位置反饋，使它的舵盤輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的控制信號。在智能車上，舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角