【正文】 出現(xiàn)這樣的顏色規(guī)律時就判定為是起跑線。因此 ,對于起跑線的精準識別顯得至關(guān)重要。 圖 十字交叉 圖 小 S 虛線 方向控制方案 圖 方向控制流程圖 起跑線的判斷 : 全國大學(xué)生智能車競賽規(guī)定 ,智能車必須能夠識別起跑線 ,并在跑完一圈以后能夠自動停止在 3米以內(nèi)的賽道中 ,否則在本來的時間基礎(chǔ)上加上 1秒 ,如果加上 1 秒那必須將速度加大很多才能挽回。 當左 (右 )邊界的結(jié)束行小于右 (左 )邊界的開始行時 ,如果按照步驟 (2)來計算賽道中心線的位置會出現(xiàn)中心線不連續(xù)的情況。 賽道中心線提取 : 由于智能車大賽在第八屆賽道中心的黑線調(diào)成了賽道兩邊 ,而智能車想要在賽道上平穩(wěn)的行駛 ,不沖出賽道 ,必須知道賽道的中心 ,為此 ,我們利用提取的左右兩邊的黑線坐標對賽道的中心進行了計算 ,基本思想如下 : 當該行左右黑線均已提取到時 ,則將左右黑線位置的平均值作為中心線的位置 。否者 ,搜索下一行的左右邊緣 。否者如果遍歷到圖像 HEIGHT1 行 ,表明提取失敗 ,退出 。同理 ,對于右邊界 ,如果右邊兩列小于閾值并 且左邊一列大于等于閾值 ,則判斷為右邊界 。 黑線提取算法的基本思想如下 : Step1:首先確定圖像二值化的灰度級閾值 THRESHOLD。 黑線的提取 和中心的計算 由于智能汽車大賽在第八屆對規(guī)則進行了改變 ,其中最為明顯的就是在小S 彎處設(shè)置了長為一米的虛線 ,這就為我們黑線的提取增加了難度。我們根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn) ,越是靠近 CMOS 圖像傳感器的地方 ,掃 描到的范圍就越窄 ,離 CMOS圖像傳感器距離較遠的地方 ,掃描到的范圍就越寬 ,因此 ,在相同的情況下 ,如果CMOS 圖像傳感器在最近處和最遠處采集到黑線的數(shù)字信號距離中心位置均是 30的話 ,事實上最遠處偏離中心位置的距離可能比最近處偏離中心位置的距離大很多。下面對坐標校正的方法進行具體的介紹。 因為 CMOS 圖像傳感器所掃描到的圖像是一幅發(fā)射式的圖像 ,產(chǎn)生了嚴重的畸變 ,如果不 進行校正 ,那么掃描到的數(shù)據(jù)的正確性將無法保證 ,那么對于道路形狀的判定將會不準確 ,造成賽車判斷失誤 ,走的不是最優(yōu)路徑 ,嚴重時甚至沖出軌道。 黑線的提取和圖像中心的計算 原始圖像的特點及校正 在單片機采集圖像信號后需要對其進行處理以提取主要的賽道信息 ,同時 ,由于起點線的存在 ,光線、雜點、賽道連接處以及賽道外雜物的干擾 ,圖像效果會大打折扣。根據(jù)采集到的賽道信息 ,采用 PD 對舵機進行反饋控制。系統(tǒng)的基本軟件流程為 :首先 ,對各功能模塊和控制參數(shù)進行初始化。電路如圖 所示。 緊湊的封裝使得這些器件適于空間受限應(yīng)用 ,如小型執(zhí)行器、傳感器模塊和轉(zhuǎn)向柱集成模塊。 K60,32 位微控制器系列針對一系列成本敏感型汽車車身電子應(yīng)用進行了優(yōu)化。為了將此信號放大整形 ,設(shè)計了信號調(diào)理電路 ,其基本原理是使用一個運放做成比較器電路 ,調(diào)節(jié)參考電壓 ,使輸出變?yōu)?0/5V 的方波信號 ,送入單片機進行運算。其獲取信息準確、精度高、應(yīng)用簡單。其中數(shù)字攝像頭 OV7620 可以直接輸出 8 路數(shù) 字圖像信號 ,使主板硬件電路的簡化成為可能 ,且能夠達到 60 幀 /S的幀速率 ,只需要對其內(nèi)部寄存器進行適當設(shè)置 ,因此 ,最終我們選擇了 CMOS 數(shù)字圖像傳感器的方案。因此 ,經(jīng)過實驗論證之后我們決定采用 CMOS 攝像頭。 圖 CMOS 電源電路 傳感器模塊 攝像頭的選擇 目前市面上常見的攝像頭主要有CCD 和 CMOS 兩種 :CCD 攝像頭具有對比度高、動態(tài)特性好的優(yōu)點 ,但需要工作在12V 電壓下 ,對于整個系統(tǒng)來說過于耗電 ,且圖像穩(wěn)定性不高 。 圖 單片機電源和電機電源分離 單片機供電電路 單片機電源模塊我們選用 TPS76850QD和 LT1117芯片 ,輸入電壓用電池電壓通過 TPS76850QD 先穩(wěn)到 5V 再通過 LT1117 穩(wěn)壓到 ,最后給單片機供電。所以在主電機電源和單片機電源系統(tǒng)之間加了一極π型濾波器。由于對賽車速度的控制采用的是 bangbang 控制 ,因此在賽車的行駛的過程中始終存在較大的電流波動。同時由于其低功耗特點 ,在進行電路板設(shè)計時 ,可以減少散熱片的體積和 PCB 板的面積 ,有時甚至不需要加裝散熱片 ,方便了電路設(shè)計與使用 ,提高了穩(wěn)定性能。主電機驅(qū)動電路采用 BTN7971B 搭建的 H 橋電路 ,該驅(qū)動電路導(dǎo)通內(nèi)阻小 ,能承載的電流大 ,相比之下賽車可獲得更大的加速度和直道上限速度。 圖 電路板的形狀與安裝 硬件設(shè)計 總體方案 系統(tǒng)硬件電路主要由一塊 PCB 板構(gòu)成 ,集成了整個系統(tǒng)的邏輯電路和驅(qū)動電路。 PCB 設(shè)計形狀示意如圖 所示。 電路板安裝 電路板應(yīng)安裝于智能車的最低的部位 ,并且固定于底盤。校正后的攝像頭能夠采集到小車前方上底為60cm,下底為 240cm,高為 220cm 的近似等腰梯形圖像。經(jīng)過多次的實驗和總結(jié) ,我們對 CMOS 圖像傳感器的遠度進行了標定 ,對 CMOS 圖像傳感器的采集的圖像信息進行了中 心位置的校正。 CMOS 圖像傳感器的安裝是可調(diào)整的。而且當攝像頭的安裝位置較高時 ,所能掃描到的圖像靠近智能車的部分范圍較大 ,當智能車偏離賽道一定距離時 ,依然可以掃描到黑線 ,這樣會便于圖像的算法處理。這樣可以使得智能車在 CMOS圖像傳感器的安裝角度不是很大的情況下就能夠前瞻到前方足夠遠處的路況信息。因為當 CMOS 圖像傳感器不居中 ,其采集進來的圖像也不是居中的 ,而處理程序?qū)Χ鏅C輸出量是居中的 ,這樣就會導(dǎo)致智能車在直道上也偏離賽道中央 ,即使可以通過程序校正 ,也會導(dǎo)致掃描到的圖像面積左右不對稱 ,會浪費一部分圖像信息。如圖 所示 ,這種方法是通過機械方式 ,利用舵機的輸出轉(zhuǎn)距余量 ,將角度進行放大 ,加快了舵機響應(yīng)速度 [4]。采用杠桿原理 ,在舵機的輸出舵盤上安裝一個較長的輸出臂 ,將轉(zhuǎn)向傳動桿連接在輸出臂末端。如此一來 ,舵機的響應(yīng)速度還可以進一步提高 ,大約為 degrees。 圖 舵機安裝方式 2. 提高舵機工作電壓。根據(jù)以上的分析 ,提出以下幾個解決辦法 : 1. 提高 PWM 波頻率?？梢哉f ,舵機的響應(yīng)速度直接影響智能車通過 彎道時的最高速度。我們將這部分延時叫做舵機機械延時。轉(zhuǎn)動到 60176。由此可知 ,舵機轉(zhuǎn)動一定角度有時間延遲 ,時間延遲正比于旋轉(zhuǎn)過的角度 ,反比于舵機的響應(yīng)速度。大賽指定使用的舵機工作電壓范圍為 5V 左右 ,在 時 ,響應(yīng)速度時 ,在 時 ,響應(yīng)速度為 。 圖 PWM 波占空比改變示意圖 ② 舵機機械延時 由于舵機內(nèi)部具有小型直流電機、級聯(lián)減速齒輪組、位置反饋電位器等機械裝置 ,因此不可能瞬間達到我們所期望的輸出角度 ,這就是影響舵機控制特性的一個主要參數(shù)即響應(yīng)速度 ,也叫做舵機輸出軸轉(zhuǎn)動角速度 ,這個參數(shù)一般以舵機空載時輸出轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn) 60176。根據(jù)上面的敘述 ,當 PWM 波周期為 ,產(chǎn)生的延遲時間為0~。而通常這一時刻則在 B 點 ,即 中的任意一點。我們在軟件中運算得出需要的占空比對應(yīng) 的 PWMDTYx 寄存器的值 ,并將其賦值給 PWMDTYx 寄存器 ,如果這一時刻在 A 點 ,即一個周期剛開始的時刻 ,那么我們運算得出的結(jié)果將要在緩沖器中保存 ,在下一周期開始時才進入 PWMDTYx寄存器 ,使占空比變成我們計算出的結(jié)果 。這樣設(shè)計的目的 ,雖然是為了避免輸出變化著的不穩(wěn)定的 PWM 波形 ,但是卻產(chǎn)生了延時 ,如圖 所示。但是 ,當在軟件中 改變了 PWMDTYx 寄存器中的值后 ,輸出 PWM 波的占空比并不會立刻改變。設(shè)定好這 兩個寄存器的值后 (具體的設(shè)置還與系統(tǒng)總線頻率和其它寄存器的值相關(guān) ),對應(yīng)的通道就會一直輸出一個固定頻率的 PWM 波 ,直到改變這兩個寄存器的值為止 [5]。 ① 微控制器輸出周期延時 前面已經(jīng)提及 ,我們利用 K60微控制器內(nèi)部集成的 PWM模塊產(chǎn)生周期一定 ,占空比 (及脈寬 )可調(diào)的 PWM 波形。 在之前的比賽中 ,有很多隊伍都提到了舵機的響應(yīng)會滯后 ,但是沒有分析原因 ,導(dǎo)致有些隊伍無法對癥下藥 ,不得不以犧牲速度為代價 ,來換取智能車平安完成比賽。情況好的 ,在減速剎車后經(jīng)過一段時間還能轉(zhuǎn)回來 ,駛上正常的軌道 。否則 ,即使控制算法再好 ,輸出控制信號后 ,執(zhí)行器 (舵機 )沒有動作 ,則也達不到預(yù)期的控制效果。即可。 模型車提供了專門的外傾角調(diào)整配件 ,近似調(diào)節(jié)其外傾角。所以事先將車輪校偏一個正外傾角度 ,一般這個角度約在 1176。在汽車的橫向平面內(nèi) ,輪胎呈“八”字型時稱為“負外傾” ,而呈現(xiàn)“ V”字形張開時稱為正外傾。左右 ,不宜太大。對于模型車 ,通過調(diào)整前橋的螺桿的長度可以改變