【正文】 ndergraduates in our nation, road acquisition system of the car is mainly through the image sensor equipment on the car. In order to be better in handle signal and control car driving , we chooses the MC9S12XS128MAL microcontroller of Freescale semiconductor pany, use the codewarrier software of Freescale pany as the software development and simulation platform, We use the PID（ Proportional Integral Differential） algorithm and plete the design of the whole system of auto guiding smart car. This intelligent car can realize tracing and have a very good antomatic follow the control performance, it can control speed and steering by a very sensitive control. But about the image acquisition system how to get a better treatment method to obtain higher measurement accuracy and at improve the accuracy of the PID control algorithm have a further improve aspects of improvement. Key words: CMOS image sensor。 PID（ Proportional Integral Differential） control algorithm。 A/D convert III 目錄 引 言 ..................................................................................................................................... 1 第 1 章 緒 論 ........................................................................................................... 2 論文研究意義和發(fā)展趨勢 ................................................................................... 2 論文研究的內(nèi)容 ........................................................................ 錯誤 !未定義書簽。在本智能車的設計以及調(diào)試過程中，需要各個學科知識的配合，以使小車達到最佳的控制靈敏度。觀看近幾年智能車方面的比賽和項目研究，可以說，智能車的研究還是只是出于不斷探索的階段，該技術還沒有很好地得到廣泛的應用。 本智能車系統(tǒng)按照功能劃分為：電源模塊、單片機模塊、運行模式切換模塊、路徑識別模塊、直流電機驅動模塊、轉向伺服模塊、速度檢測模塊等。電機驅動部分采用 2 片MC336886 并聯(lián)，以增強其對電機的驅動能力。交通事故的發(fā)生，給國家和社會帶來巨大損失。 當汽車電子得以迅猛發(fā)展時，智能車產(chǎn)生和不斷探索并服務于人類的趨勢將不可阻擋。人們在行駛汽車時，不再只在乎它的速度和效率，更多是注重駕駛時的安全性，舒適性，環(huán)保節(jié)能性和智能性等。另外更重要的是，可明顯提高運輸效率，促使交通運輸業(yè)繁榮發(fā)展。美國加州國際汽車經(jīng)濟研究所的調(diào)查報告指出，下一個汽車銷售高潮將從普及“智能化汽車”開始，新一輪競爭的焦點，將是基于信息融合技術微電子技術、計算機技術、智能自動化技術、人工智能技術、網(wǎng)絡技術、通信技術、等的智能汽車的研究設計開發(fā)。 智能車是一種輪式移動機器人，它能夠自主進行路徑識別、決策規(guī)劃以選擇最佳的行駛狀態(tài)，智能車集中運用了自動控制、傳感器技術、汽車電子、電氣、計算機、機械等多個學科的知識。在我國現(xiàn)階段，很多企業(yè)和學校也都意識到了研究智能車的重大意義和有著廣闊的研究前景，企業(yè)與學校聯(lián)合研究，共享資源的智能車研究也已有較多的合作項目。隨著計算機技術和信息技術為代表的高新技術的發(fā)展，智能車輛技術的研究將會有突破性的進展。 3 論文研究的內(nèi)容 設計目標是使智能小車能以最快速度完整的跑完整個賽道，這就要求小車具有較強的道路信息采集系統(tǒng)和信息處理、反饋系統(tǒng)，為了使小車能夠采集到比較保真的圖像，我選用的是 QV7620 圖像傳感器，然后用 MC9S12XS128MAL 控制芯片收集和處理采集到的圖像信號，然后再通過對采集到的信號進行處理和反饋來控制小車的行進。對于小車的引導采用的是與白色地面顏色有較大差別的黑色線條作為引導。為此，系統(tǒng)必須把路徑識別、相應的轉向舵機控制以及直流驅動電 機控制準確地結合在一起。從這里可以看出，本課題可以分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。軟件系統(tǒng)主要是用軟件開發(fā)工具來進行軟件調(diào)試 基于圖像傳感器的自動循跡智能車系統(tǒng)設計 4 第 2 章 智能車系統(tǒng)總體介紹 整體設計概述 本課題所設計的小車要求有自動循跡功能，能在指定的賽道上高速、穩(wěn)定的運行。因此，設計的小車要能沿黑線正常行駛，并盡量能夠快速、平穩(wěn)的完成行駛過程。在嚴格遵守規(guī)則中對于電路限制條件，保證智能車可靠運行前提下，電路設計應盡量簡潔緊湊，以減輕系統(tǒng)負載，提高智能車的靈活性，同時應堅持充分發(fā)揮創(chuàng)新原則，以簡潔但功能完美為出發(fā)點，并以穩(wěn)定性為首要前提，實現(xiàn)智能車快速 運行。它可分為傳感器、信息處理、控制算法和執(zhí)行機構四個部分組成。故而，自動控制器設計可以分為硬件電路設計和控制軟件兩部分。 速度檢測 舵機 直流電機 模 型 車 控 制 器 信 息 檢 測 5 為了實現(xiàn)上述對智能車的控制，智能車必須具備以下主要功能模塊： 道路信息檢測模塊。 控制器模塊。 為智能車提供動力的驅動電機模塊和為智能車提供轉向功能的舵機模塊。 電源管理模塊。 為了調(diào)試的方便還要有人機交互模塊。MC9S12XS128MAL 是一款飛思卡爾 16 位的單片機，其開發(fā)方法和工作特點都與常用的 8051 單片機有一定的區(qū)別。該微控制器是 freescale 公司推出的 S12 系列單片機中具有增強型的 16 位單片機，該系列單片機在汽車電子領域有著廣泛的應用。 它的寄存器組包括如下 5 個部分 : (l)8 位累加器 A， B 或 16 位的累加器 D?？煞謩e用于源地址，目的地址的指針型變量運算。 (4)程序計數(shù)器 PC 是 16 位寄存器。 (5)條件碼寄存器 CCR。它包括兩個 8 路 10 位精度A/D 轉換器，控制器局域網(wǎng)模塊 (CAN)，增強型捕捉定時器并支持背景調(diào)試模式。賽車硬件電路作為系統(tǒng)實現(xiàn)其一系列控制功 能的基礎，其設計的好壞直接關系到最終系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定的運行。 圖 23 電源模塊分配框圖 舵機 電機 轉 5V 測速傳感器 驅動電機芯片 單片機 電池 電源管理 驅動芯片 舵 機 電機 MCU CMOS 轉速測量 7 系統(tǒng)軟件模塊的分析 圖 24 系統(tǒng)軟件結構 從該結構圖中 可以看出，系統(tǒng)的軟件模塊主要有： 1. 單片機系統(tǒng)的初始化，包括單片機系統(tǒng)時鐘的初始化、 ATD 模塊的初始化、 PWM模塊的初始化、增強型時鐘模塊的初始化，還有一些輸入輸出口的初始化； 2. 圖像信號的采集：通過對圖像信號波形的學習，根據(jù)圖像信號的特點，采集有效圖像信號； 3. 圖像信號的處理：將采集到的信號存儲在單片機中，通過對圖像信號的分析和判斷來識別路徑，判斷黑線中間位置，判斷道路是直線還是曲線，以及通過計算判斷出曲線的斜率，從而進一步的控制舵機的轉角和驅動電機的轉速。 單片機的初始化 圖像信號的處理 控制驅動電機轉速 控制轉向舵機轉向 圖像信號的采集 霍爾輪速傳感信號輸入 基于圖像傳感器的自動循跡智能車系統(tǒng)設計 8 第 3 章 智能車硬件系統(tǒng)的設計和調(diào)整 道路檢測模塊方案分析 信息采模塊的選擇 在功能模塊中，道路信息檢測模塊方案的選定尤為重要，道路信息檢測質量的優(yōu)劣直接影響到控制器能 否作出合理、快速、準確地決策，從而左右整個智能車控制品質的好壞。另外，如何有效利用單片機內(nèi)部資源進行路徑參數(shù)檢測，也是確定檢測方案的關鍵。 通過比較分析，單排紅外發(fā)光二極管具有以下缺點：由于使用紅外發(fā)光二極管，其最遠探照距離為 20cm,作用距離相當有限，而且受限于 16 個檢測傳感器，在彎道處可能會出現(xiàn)檢測不到黑線的情況，不能做到提前轉彎和彎道減 速，以至于使小車沖出跑道。雙排紅外發(fā)光二極管具有以下缺點：使用紅外光電管還是沒能克服探照距離近的障礙，同時整個比賽成績的優(yōu)異太過于依賴第一圈的穩(wěn)定性，如果第一圈記錄路徑出現(xiàn)了較大的誤差，將影響整個比賽成績。經(jīng)過以上比較，最終選定了了攝像頭方案，但是攝像頭有 CCD 和 CMOS 之分，下面對 CCD 和 CMOS 攝像頭的原理、優(yōu)缺點做出了比較，以選出能達 到最佳效果的道路檢測模塊 . CCD 和 CMOS 圖像傳感器的原理 CCD(charge coupled device） 電荷耦合器件 CCD 利用光電效應制作的半導體器件，起步早，技術已相當成熟，在生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應用。 CCD 的基本功能是電荷的存儲和電荷的轉移。電荷讀出時 ,在一定相位關系的移位脈沖作用下 ,從一個位置移動到下一個位置 ,直到 移出 CCD ,經(jīng)過電荷 電壓變換 ,轉換為模擬信號。 CMOS芯片內(nèi)部提供了一系列控制寄存器 ,通過總線編程來對自動增益、自動曝光、白色平衡、γ校正等功能進行控制 ,編程簡單、控制靈活。 9 CCD 和 CMOS 圖像傳感器優(yōu)缺點比較： 光電轉換 CMOS 和 CCD 使用相同的感光元件，具有相同的靈敏度和光譜特性，但光電轉換后的讀取信號方式不同。而 CCD 存儲的電荷信息的轉移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源配合，較為復雜。 電源及耗電量 CCD 電荷耦合器大部分需要三組電源供電，耗電量高，一般需要 12V 以上供電電壓。 成像效果 CCD 技術起步早，技術比較成熟，消噪效果好，成像質量相對 CMOS 光電傳感器好。 道路信息采集模塊 要能有效地采樣攝像頭視頻信號，首先要處理好的技術問題就是能提取出攝像頭信號中的行同步脈沖、消隱脈沖和場同步脈沖。 當不使用外部芯片是可以直接采用單片機的 A/D 轉換 模塊 進行提取。據(jù)此，可設一個信號電平閾值來判斷 A/D 轉換采樣到的 是否是視頻信號的同步信號或消隱信號。 基于圖像傳感器的自動循跡智能車系統(tǒng)設計 10 LM1881 視頻同步信號分離芯片可以從視頻信號中提 取信號的時序信息，如行同步脈沖、場同步脈沖和奇、偶場信息等，并將它們轉換成 TTL電平提供給單片機。LM1881 引腳封裝圖如下： COMP SYNC O1COMP VID IN2VERT SYNC O3GND4BACK PORCH5RST6ODD/EVEN O7VCC8U3LM1881M 圖 31 LM1881 引腳圖 攝像頭視頻信號端接 LM1881 的視頻信號輸入端及 2 腳，同時也接入 S12 的一個A/D 轉換 器口（選用 PAD0）。 LM1881 的奇 偶場同步信號輸出端接 S12 的另外一個能實現(xiàn)中斷功能的 I/O 口，選用 PT4 口。 采用 LM1881 芯片的視頻同步信號分離電路如下： 11 COMP SYNC O1COMP VID IN2VERT SYNC O3GND4BACK PORCH