【正文】 2 從 strat 開始尋找第二個(gè)跳變點(diǎn)，記為 end，則黑線中心位置為 start＋end/2.考慮的算法的可靠和穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用了閾值分割、邊沿檢測和黑線搜索相結(jié)合的方法提取黑線。該算法的流程為：1 從最左端的第一個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)開始一次向右進(jìn)行閾值判斷，由于實(shí)際黑白賽道邊沿可能會(huì)有模糊化，導(dǎo)致閾值并不是簡單的介于相鄰的兩個(gè)點(diǎn)之間。因此可以使用圖像處理算法中較為簡單的邊界提取算法。 else return ((uchar)((max2+min2)/2(uchar)(Thresholdkp2*(max2min2)/100)))。表 二值化方法分析速度 適合情況 類別雙峰法 較快 圖像需要光照均勻，有兩座明顯的雙峰 全局二值化灰度平均 快 圖像需要光照均勻 全局二值化 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 37 頁法OSTU法 較慢 圖像需要光照均勻 全局二值化NiBlack法 非常慢 圖像質(zhì)量要求相對較低 局部二值化通過表的分析結(jié)合智能車視頻圖像特點(diǎn)，選用雙峰發(fā)對圖像進(jìn)行分割。其算法流程如圖所示 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 36 頁開始讀取數(shù)據(jù)區(qū)圖象采集信息圖像信息濾波圖像分割圖像分割圖象進(jìn)行錯(cuò)誤判斷 ， 提出干擾圖像信息進(jìn)行識別 ， 尋出賽道控制使用 賽道提取算法賽道上的黑線相對于真?zhèn)€賽道較窄且賽道和引導(dǎo)線顏色對比鮮明，可以采二值化或邊沿檢測法對賽道上的引導(dǎo)線進(jìn)行提取。但是由于 S12 單片機(jī)A/D 采樣頻率的限制，每行圖像最多只能采集到 8 個(gè)點(diǎn)，還要預(yù)留部分時(shí)間給單片機(jī)做圖像信息的處理和控制算法的加載，再綜合路徑識別時(shí)對圖像信息精度的要求，最后我們采用的是單場數(shù)據(jù)的隔行采集，分辨率為 40*40。兩場合起來才構(gòu)成一幅完整的圖像(稱為一幀)。 //CRGINT_RTIE=1。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，普通 IO 的用途主要有： 撥碼開關(guān) 按鍵 裝飾燈 實(shí)時(shí)中斷本系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)中斷產(chǎn)生了一個(gè) 控制周期，對速度進(jìn)行控制。 // normal operation, 8bit data, no paritySCI0CR2=0x0C。在本次設(shè)計(jì)，我們利用其中一個(gè)串口 SCI0，通過采用無線串口裝置搭建了調(diào)試平臺(tái)，其具體設(shè)置如下：SCI0BD=208。使用時(shí)，可以對波特率、數(shù)據(jù)格式（8 位或 9 位）、發(fā)送輸出極性、接收喚醒方式等進(jìn)行選擇。ATD0DIEN = 0x00。ATD0CTL5_CA=0。 // 8 位精度, 1 個(gè)時(shí)鐘+4 A/D 時(shí)鐘周期, ATDClock=[BusClock*]/[PRS+1] 。ATD0CTL4_PRS=0。 // ATD0CTL3 = ATD0CTL3_S1C_MASK。ATD0CTL3_S2C=0。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 34 頁ATD0CTL3_S1C=1。 //ENABLE ATD POWERATD0CTL2_AFFC=1。另外單次轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換結(jié)果類型、轉(zhuǎn)換完成是否產(chǎn)生中斷、轉(zhuǎn)換序列長度等都是可以自行設(shè)置的。//ENABLE INPUT CAPTURE INTERRUPTTSCR1_TEN=1。ICOVW_NOVW0=1。TSCR2_PR=5。TSCR1_TFFCA=0。TCTL4_EDG0B=0。INTPUT 1。其初始化程序如下：TIOS_IOS0=0。 TCTL4_EDG1B=0。 //channel 0 interrupt DISableTIOS_IOS1=0 。 // external IRQ enable 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 33 頁 ECT 模塊ECT 模塊能實(shí)現(xiàn)輸入捕捉和輸出波形產(chǎn)生兩大功能，首先，本系統(tǒng)采用 ECT 的輸入捕捉功能捕捉行同步脈沖，完成數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集。在初始化程序中對外部中斷的捕捉邊沿，并開啟外部中斷 INTCR_IRQE=1。PWME=0B10101010。PWMPER23=20220。PWMPER67=4000。PWMPER01=4000。 //輸出左對齊PWMPOL =0b10101010。 //SA=A/2/10=400KHZPWMSCLB =16。//bbaabbaa 4:sa 3sb 0:SA,2:SBPWMPRCLK=0x00。PWM 模塊的初始化設(shè)置過程為 PWME=0x00。通過配置寄存器可設(shè)置PWM 的使能與否、每個(gè)通道的工作脈沖極性、每個(gè)通道輸出的對齊方式、時(shí)鐘源以及使用方式。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 32 頁 PWM 模塊脈寬調(diào)制模塊有 8 路獨(dú)立的可設(shè)置周期和占空比的 8 位 PWM 通道，每個(gè)通道配有專門的計(jì)數(shù)器。while(!(CRGFLG amp。最終，超頻后的總線時(shí)鐘為32MHz，具體設(shè)置過程為：SYNR=7?？偩€時(shí)鐘用作片上外圍設(shè)備的同步，而內(nèi)核時(shí)鐘則用作 CPU 的同步，它決定了指令執(zhí)行的速度。 當(dāng)前電路板采用的是 16MHz 的外部晶振，因此外部晶振時(shí)鐘為 16MHz；默認(rèn)設(shè)置下，鎖相環(huán)時(shí)鐘為 32MHz，總線時(shí)鐘為 8MHz，內(nèi)核時(shí)鐘為 16MHz。據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求，對各個(gè)模塊進(jìn)行了初始化配置，通過對相應(yīng)數(shù)據(jù)寄存器或狀態(tài)寄存器的讀寫，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 端口分配MC9S12DG128 的片上資源十分豐富，對于本智能車所使用的 112pin 的 DG128 而言，它包含 16 路 A/D,8 路 PWM,8 路 IC/OC,以及豐富的接口協(xié)議，如 IIC、SPI、CAN 等。程序結(jié)構(gòu)清晰、可移植性好。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁開發(fā)語言采用 HCS12C 語言，語法與標(biāo)準(zhǔn) C 語言基本相同，支持多種數(shù)據(jù)類型，中斷服務(wù)程序用中斷函數(shù)形式來實(shí)現(xiàn)，并提供了內(nèi)嵌匯編的功能。這是因?yàn)橹悄苘嚳叵到y(tǒng)相比來說是一個(gè)比較小的系統(tǒng)，且ＭＣ９Ｓ１２芯片資源有限，如用ＲＴＯＳ則需要而外的芯片資源消耗，所以選擇了第一種結(jié)構(gòu)。RTOS 的缺點(diǎn)：需要額為的 ROM/RAM 開銷、CPU 額外負(fù)荷以及內(nèi)核的費(fèi)用。RTOS 優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和開發(fā)變得容易，不需要大的改動(dòng)就可以增加新的功能。其后臺(tái)系統(tǒng)的有點(diǎn)為不需要額外芯片的 ROM/ROM 的開銷、CPU 負(fù)荷以及內(nèi)核的費(fèi)用，缺點(diǎn)為應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展不容易，增加新的功能比較難。中斷服務(wù)處理異步事件，這部分看成前臺(tái)程序。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案選擇編寫智能車控制應(yīng)用程序主要有兩種方案具體如下:1 前后臺(tái)系統(tǒng)對于基于芯片的開發(fā)來說，應(yīng)該程序一般為一個(gè)無限的循環(huán)，可稱為前后系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)。它提供的 ESD 保護(hù)在各種狀態(tài)都發(fā)揮作用，無論是正常工作期間，還是上電，掉電過程。25V，同時(shí)具有177。如果要從根本上解決問題，必須在電路中采用某種形式的 ESD保護(hù)措施，以防止帶靜電的物體直接或間接碰到系統(tǒng) I/O 口線。我們所用的賽車在比賽過程中會(huì)因?yàn)檩喬ズ?KT 板的摩擦產(chǎn)生很多的靜電。而且，有研究結(jié)果表明，因 ESD（靜電釋放）引起的電子器件或系統(tǒng)失效占總失效的比率大約為 10%30%。閉合開關(guān)將使輸出端產(chǎn)生邏輯低電平，直到輸入端穩(wěn)定 40ms 以上的時(shí)間后，OUT 端大的狀態(tài)才改變，消除了開關(guān)抖動(dòng)的影響。因此為復(fù)位開關(guān)加上一個(gè)去抖動(dòng)電路顯得很有必要。在開關(guān)閉合瞬間會(huì)產(chǎn)生比穩(wěn)態(tài)時(shí)高出 29 倍的浪涌電流，抖動(dòng)現(xiàn)象在開關(guān)的斷開和閉合過程中都會(huì)出現(xiàn)，產(chǎn)生的電弧會(huì)導(dǎo)致接觸磨損，增大接觸電阻，降低可靠性。實(shí)際開關(guān)都有一定大小的電阻，通常稱之為接觸電阻，阻值隨時(shí)間、開關(guān)次數(shù)的增加而變大。在賽車通過坡道和窄賽道時(shí)，會(huì)在 Z 方向上產(chǎn)生一個(gè)比較明顯的加速度信號，通過檢測這個(gè)信號就可以比較準(zhǔn)確地識別賽道，從而在通過時(shí)適當(dāng)減速，確保賽車能夠安全平穩(wěn)地通過。圖 模型小車坐標(biāo)系示意圖為了準(zhǔn)確識別坡道和窄賽道，我們采用了加速度傳感器 MMA7620Q。速度傳感器實(shí)物圖如圖 所示： 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁 加速度傳感器由于決賽的賽道增加了坡道，而賽車在通過坡道時(shí)由于車體上仰，攝像頭有一定時(shí)間無法掃描到賽道，這段時(shí)間內(nèi)很難對舵機(jī)做出正確的控制，因此在高速通過坡道時(shí)很有可能會(huì)出現(xiàn)跌落坡道的危險(xiǎn)；同時(shí)，如果通過坡道速度過快，賽車會(huì)飛離賽道，當(dāng)賽車再次回到賽道時(shí)產(chǎn)生的劇烈震動(dòng)會(huì)對賽車狀態(tài)產(chǎn)生極大影響。；供電電壓/消耗功率：9V 20mA； 速度傳感器由于我們在東北預(yù)賽中考慮到智能車在實(shí)際速度控制中對反應(yīng)車速的控制信號波形要求不是太高，因此在滿足比賽要求的基礎(chǔ)上盡量簡化電路，使用自制的光電編碼器來測速。因此，最終我們采用了 CMOS 模擬圖像傳感器方案。在華北區(qū)預(yù)賽中，我們看到有不少隊(duì)采用了數(shù)字?jǐn)z像頭的方案，本著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，我們在預(yù)賽之后選用了OV7620 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對數(shù)字?jǐn)z像頭的可行性進(jìn)行論證。因此，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)論證之后我們決定采用 CMOS 攝像頭。目前市面上常見的攝像頭主要有 CMOS 和CCD 兩種，上屆比賽我們采用的是 CCD 攝像頭。此電路可靠性高、控制方便, 具有較高的實(shí)用價(jià)值。在電壓上升和下降期間,為了保證系統(tǒng)的可靠性,可在兩個(gè)低端 MOS 管的門極各接一個(gè)下拉電阻以確保電橋保持關(guān)斷,但高端 MOS 管不能接下拉電阻,因?yàn)殡姾杀貌荒転槠涮峁┍匾碾娏?。R1～R4 的值通常為 10～100Ω?？烧{(diào)電阻R1 用于調(diào)節(jié) TD340 的模擬電壓輸入值,進(jìn)而輸出可調(diào) PWM 信號,同時(shí)給 MOSFET 的門極施加開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號并通過調(diào)節(jié)占空比的大小來調(diào)節(jié)直流電機(jī) M 的轉(zhuǎn)速。開關(guān)向上時(shí),電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)加上一個(gè)足夠的門信號電壓時(shí),功率 MOSFET 的通路電阻小于常規(guī)二極管；而在沒有門信號電壓的情況下,它具有常規(guī)二極管的反向特性。圖 直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)框圖圖 為本系統(tǒng)中直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖,圖中的 MOSFET 管采用STP100NE04L。該系統(tǒng)由信號輸入電路、TD340 和 H 橋電路組成。實(shí)際上, 當(dāng)CF 端直接接地時(shí), 輸入 TD340 的數(shù)字信號就可直接產(chǎn)生 PWM 信號。其中速度由 PWM 來控制, 當(dāng)然, 也可以接受外部的 PWM 信號。除此之外, TD340 芯片還具有H 橋直流電機(jī)部分和微控制器之間的必要接口。該器件內(nèi)集成有可驅(qū)動(dòng) N 溝道高邊功率 MOS 管的電荷泵和內(nèi)部 PWM 發(fā)生器, 可進(jìn)行速度和方向控制而且功耗很低,同時(shí)具有過壓( 20V) 、欠壓( 6. 2V) 保護(hù)功能, 以及反向電源有源保護(hù)功能。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁圖 TD340 的模擬輸入控制電路TD340 驅(qū)動(dòng)器芯片是 ST 微電子公司推出的一種用于直流電機(jī)的控制器件, TD340 芯片是 N 溝道功率 MOS 管驅(qū)動(dòng)器, 適合于直流電機(jī)控制。電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)道理相同。對于大電流,耗散是重要的排放方法。由于直流電機(jī)是一個(gè)感性負(fù)載,當(dāng) MOS 關(guān)斷時(shí),電機(jī)中的電流不能立即降到零,所以必須給這個(gè)電流提供一條釋放通路,否則將產(chǎn)生高壓破壞器件。而 Q2H 和 Q1L 截止。圖 所示為可逆的 PWM 變換器主電路的H 型結(jié)構(gòu)形式。功率 MOSFET 管的驅(qū)動(dòng)芯片為 TD340。第三代電機(jī)驅(qū)動(dòng)板為一個(gè)由分立元件制作的直流電動(dòng)機(jī)可逆雙極型橋式驅(qū)動(dòng)器，其功率元件由四支 N 溝道功率 MOSFET 管組成，額定工作電流可以輕易達(dá)到 70A 以上，相對與 MC33886 能提供的最大 6A 的電流來說，大大提高了電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。特點(diǎn)?與 MC33186DH1 類似的增強(qiáng)特性? v 至 40 v 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)?120 mΩ RDS(ON) H 橋 MOSFETs?TTL/CMOS 兼容輸入?PWM 的頻率可達(dá) 10 千赫?通過內(nèi)部常定時(shí)關(guān)閉對 PWM 有源電流限制(依靠降低溫度的閾值)?輸出短路保護(hù)?欠壓關(guān)閉?故障狀況報(bào)告33886 簡化內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖:圖 MC33886 芯片內(nèi)部封裝圖芯片的封裝： 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁圖 MC33886 芯片外部引腳的封裝圖各個(gè)引腳的功能：表 31 MC33886 引腳對應(yīng)功能列表在調(diào)速過程中發(fā)現(xiàn)，芯片內(nèi)通過電流太大，MC33886 發(fā)熱量很大，導(dǎo)致 MC33886 的 FS 引腳置位，從而使其不工作，反向制動(dòng)后這種情況更為嚴(yán)重。 集成電路也可以工作在 40V 通過降低規(guī)定的定額值。C≤TA≤125 176。兩路獨(dú)立輸入控制兩個(gè)半橋的推拉輸出電路的輸出，兩個(gè)無效輸入使 H橋產(chǎn)生三態(tài)輸出(呈現(xiàn)高阻抗)。它的集成電路包含內(nèi)部邏輯控制,電荷泵,門控驅(qū)動(dòng),及低讀選通(on)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管輸出電路。圖 LM1881 信號時(shí)序圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路第一代驅(qū)動(dòng)電路采用一片組委會(huì)提供的 MC33886 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。引腳 7 為奇偶場同步信號輸出端，當(dāng)攝像頭信號處于奇場時(shí)，該端為高電平，當(dāng)處于偶場時(shí)，為低電平。圖 視頻同步分離電路 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁其中，引腳 2