【正文】 發(fā)展進(jìn)行 了展望 ，對(duì)工業(yè)尋跡小車 的實(shí)現(xiàn)提出了相關(guān) 建設(shè)性意見 。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用 PID 經(jīng)典控制 算法， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)小車 速度和方向的精確控制 。 論文 主要內(nèi)容包括： 1） OV7620 攝像頭采集圖像 思路 ； 2）圖像處理與圖像識(shí)別的介紹； 3） STM32 微處理的應(yīng)用軟硬件平臺(tái)的搭建：采用 Altium Designer 繪制 PCB 版圖 ， 為 STM32 搭建最小硬件系統(tǒng) ， 利用 RVMDK 以及 STM32 固件庫(kù)完成 STM32的軟件 開發(fā)； 4）尋跡方案的設(shè)計(jì)：紅外傳感器和 CMOS 傳感器優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比； 5）電源設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中使用到了多個(gè)不同電壓值的電源，所以選取一種合理的電源 穩(wěn)壓 方案； 6）大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：選 取 一 種 合理的 直流 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路； 7） OLED 顯示屏：實(shí)時(shí)顯示攝像頭采集的畫面。 方案二：使用場(chǎng)中斷和行中斷，結(jié)合 for 循環(huán)延時(shí)采集 1） 需要采集圖像時(shí)，開場(chǎng)中斷 2） 場(chǎng)中斷來了，開行中斷 3） 行中斷來了就結(jié)合 for 循環(huán)延時(shí)采集，如果先過濾部分行不采集，則設(shè)置一個(gè)靜態(tài)變量，每次行中斷來了都自加 1，根據(jù)值來選擇采集或不采集某些行 4） 每個(gè)奇偶場(chǎng)標(biāo)志觸發(fā)后，就把攝像頭輸出的值讀取到內(nèi)存數(shù)組里。 通過對(duì)以上兩種方案的理論分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)比，最終確定用方案二來實(shí)現(xiàn) OV7620攝像頭圖像采集。圖像處理包括圖像編碼，圖像增強(qiáng)、圖像壓縮、圖像復(fù)原、圖像分割等。圖像處理主要用來解決兩個(gè)問題：一是判斷圖像中有無需要的信息；二是確定這些信息是什么?？梢哉J(rèn)為，對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行區(qū)別分類其實(shí)質(zhì)就是對(duì)圖像進(jìn)行模式識(shí)別。為了更好地識(shí)別圖像，還要對(duì)整個(gè)圖像做結(jié)構(gòu)上的分析，對(duì)圖像進(jìn)行描述，以便對(duì)圖像的主要信息做一 個(gè)好的解釋，并通過許多對(duì)象相互間的結(jié)構(gòu)關(guān)系對(duì)圖像加深理解，以便更好幫助和識(shí)別。因而對(duì)圖像識(shí)別環(huán)節(jié)來說，輸入是圖像（經(jīng)過上述處理后的圖像），輸出是類別和圖像的結(jié)構(gòu)分析，而結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果則是對(duì)圖像做描述，以獲得對(duì)圖像的重要信息的解釋。 尋跡方案的設(shè)計(jì) 智能尋跡小車的檢測(cè)外部信息一般采用紅外傳感器和攝像頭傳感器。為保證檢測(cè)精度，光電管必須安裝在距地面較近的區(qū)域，這使得光電管傳感器不能提供充分的前瞻距離，從而影響了小車在高速運(yùn)行時(shí)的過彎能力；同時(shí)光電管是反射式紅外傳感器， 測(cè)量的結(jié)果受地面的顏色、平整度等各種因素的影響；另外，每個(gè)光電傳感器只能獲得一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)信息，獲得路徑的信息太少。另外，面陣式攝像頭采用行掃描模式，一副 5 圖像可采集多達(dá)上千個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此賽道信息大大豐富。 上述兩種方案中，紅外光電管的成本比攝像頭的價(jià)格低，但是該論文是為了研究一款工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，如果采用紅外光電管尋跡，必須要用大量的紅外傳感器，其價(jià)格 也不比攝像頭低， 且其性能沒有攝像頭優(yōu)， 就這兩種 方案的性價(jià)比來說， 攝像頭的性價(jià)比更高一些。 電源設(shè)計(jì) 該 系統(tǒng)采用兩塊 1200mAh 的鉛酸電池做為系統(tǒng)的 電源，接法為兩串，形成一個(gè) 2400mAh 的直流電源。這兩個(gè)電壓源用 直流電源通過穩(wěn)壓模塊獲得。如圖 所示是 其 穩(wěn)壓電路。線 6 性穩(wěn)壓芯片的輸出紋波系數(shù)一般比較小 ， 在 該 系統(tǒng)中 5V 的電壓源負(fù)載比較重，對(duì)電壓紋波也不是很敏感，所以 到 5V 的穩(wěn)壓模塊采用線性電源穩(wěn)壓芯片 。 圖 系統(tǒng)中 電源穩(wěn)壓電路 通過上電測(cè)試，在 7805 線性穩(wěn)壓 電路的輸入端輸入 8V 電壓，輸出端輸出 電壓，在 穩(wěn)壓芯片的輸入端輸入 5V 電壓， 輸出 電壓，這兩個(gè)電源滿足該系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。STM32F103ZET6 是一款 ARM 32 位的 CortexM3 內(nèi)核的微處理器， 512K 字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器，高達(dá) 64K 字節(jié)的 SRAM，最高時(shí)鐘頻率為 72MHz，三個(gè) 12 位 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，多達(dá) 21 通道，支持 12 通道的 DMA ，多達(dá) 13 個(gè)通信接口其中有 5 個(gè) USART,多達(dá) 112 個(gè) 通用 IO 口。所以采用了一種折中的芯片選型方案，選擇了一款高性價(jià)比的嵌入式微處理器做主控板。通其豐富的外部設(shè)備，如 ADC 為陀螺儀的輸出模擬信號(hào)的 AD 轉(zhuǎn)換提供了方便， 5 個(gè) USART 為各模塊和主控電路之間的通信提供 7 了方便的接口。 OSC32 為一 個(gè)低頻晶振，為STM32F103ZET6 提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 8 圖 為 STM32 的 JTAG 仿真接口電路，在一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中，軟件調(diào)試往往很花費(fèi)時(shí)間，如果系統(tǒng)上留有 JTAG 接口，可以通過 JTAG 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試，可以讓程序單步執(zhí)行，從而可以查看程序的運(yùn)行路徑，很容易定位軟件中的邏輯錯(cuò)誤，提高開發(fā)效率。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 設(shè)計(jì) 通過近一段時(shí)間的研究，直流有刷電機(jī)的正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路常用的有 L298 搭建的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè) H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，如圖 ，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的電機(jī)。 通過上電測(cè)試，下載 STM32 芯片 控制直流 電機(jī)正反轉(zhuǎn)的程序 ，該 直流 電機(jī)可以 9 正常實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn) ，說明該 L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可以正常使用。 OLED 由于同時(shí)具備自發(fā)光，不需背光源、對(duì)比度高、 厚度薄、視角 廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡(jiǎn)單等優(yōu) 異之特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。 圖 OLED 模塊原理圖 LCD 都需要背光，而 OLED 不需要，因?yàn)樗亲园l(fā)光的。 OLED 的尺寸難以大型化，但是分辨率確可以做到很高。 2）尺寸小，顯示尺寸為 寸，而模塊的尺寸僅為 27mm*26mm大小。 4）多種接口方式，該模塊提供了總共 5 種接口包括： 6800、 8080 兩種并行接口方式、 3 線或 4 線的穿行 SPI 接口方式， IIC 接口方式（只需要 2 根線就可以控制 OLED 了）。 該系統(tǒng) 使用的 OLED 模塊的控制器是 SSD1306，它支持 2 種方式與 OLED 模塊連接，一種是 8080 的并口方式，另外一種是 4 線 SPI 方式。 RST(RES) ：硬復(fù)位 OLED 。 SCLK：串行時(shí)鐘線。 SDIN：串行數(shù)據(jù)線。 通過上電測(cè)試，下載 STM32 控制 OLED 顯示屏顯示中英文字符的程序， OLED屏成功顯示出 中英文字符，證明該 OLED 顯示屏可以正常顯示。 圖 STM32 主控制器程序 流程圖 12 攝像頭傳感器采集圖像模塊 攝像頭傳感器采集圖像信息， 使用場(chǎng)中斷和行中斷，結(jié)合 for 循環(huán)延時(shí)采集圖像，每三行采集一次數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在圖像讀取數(shù)組中，將模擬數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的閥值相比較，大于閥值的為 0，小于閥值的為 1，數(shù)據(jù)進(jìn)行二值化后存儲(chǔ)在圖像處理存儲(chǔ)數(shù)組中，根據(jù)圖像信息實(shí)現(xiàn)路徑識(shí)別了 ，如圖 所示 。 13 圖 控制直流電機(jī)速度和方向 流程圖 OLED 顯示程序模塊 開始由主控芯片對(duì) OLED 顯示屏進(jìn)行初始化，同時(shí)處理二值化后得到的路徑二值化數(shù)據(jù)，再調(diào)用 OLED 顯示屏的顯示圖像的函數(shù)，將圖像數(shù)據(jù)顯示在 OLED 屏上，這樣可以實(shí)時(shí)顯示路徑情況，方便調(diào)試。 為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行， 該 系統(tǒng)中引入看門狗技術(shù)，因?yàn)榇嬖诙鄠€(gè)分立的單片機(jī)模塊，所以每個(gè)單片機(jī)和微處理器都根據(jù)自己主循環(huán)時(shí)間的長(zhǎng)度設(shè)置看 門狗時(shí)間，當(dāng)單片機(jī)不受控的時(shí)候會(huì)自動(dòng)復(fù)位，增加了系統(tǒng)的安全性。 在調(diào)試過程中也遇到了不少問題，并對(duì)其一一解決， 主要為以下幾點(diǎn)： 1） 攝像頭開始安裝在車頭， 與地面成 90 度角，后來在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)這樣減小了前瞻距離， 主控芯片對(duì)于路徑的采集信息面減小，接著就對(duì)其位置 經(jīng)行調(diào)整，與地面成一定傾斜角度，使得小車更加穩(wěn)定前進(jìn)。 3）為了使所有的模塊線路都是不可見的，在設(shè)計(jì)的時(shí)候就選擇用一塊萬用板把所有線路焊接都接上， 等上電后發(fā)現(xiàn)根本達(dá)不到效果，后來檢測(cè)主控板的電壓，始終是 ，根據(jù)這個(gè)斷定萬用板上肯定存在短路，經(jīng)過一番 檢測(cè)后，的確發(fā)現(xiàn)有幾處電路存在短路，還有的地方有斷路現(xiàn)象， 修正后發(fā)現(xiàn)這一套系統(tǒng)工作正 常。 5）將小車的各個(gè)模塊都連接在一起后，想看看攝像頭采集的畫面能不能正常顯示在顯示屏上， 在攝像頭下面放一張白紙， 上電后發(fā)現(xiàn)圖像顯示不正常，都是黑白很雜亂的畫面，到處都是黑白點(diǎn)， 開始一直懷疑是程序在攝像頭采集圖像這塊有問題，查了一些相關(guān)技術(shù)文檔資料，發(fā)現(xiàn)寫的沒什么問題， 這時(shí)就懷疑電源供 電有問題，果然一測(cè)試電源電壓，明顯電壓過低，導(dǎo)致主控板以及各個(gè)模塊都不能正常工作， 所以畫面不能正常顯示，換了新電池后畫面就顯示的比較清晰了。 7）小車有預(yù)期的尋跡效果，但是在行駛過程中很不穩(wěn)定，開始猜想是電源供電不足，測(cè)試電源電壓，都是正常值，接著就懷疑是軟件中對(duì) 中心點(diǎn)坐 標(biāo)的定位存在問題， 在中心點(diǎn)附近什么區(qū)域應(yīng)該向前、向后、向左、向右前進(jìn)，需要慢慢調(diào)試，根據(jù)小車的實(shí)際路面情況， 還有 OLED 顯示屏顯示出的中心點(diǎn)坐標(biāo)來確定這些方向控制區(qū)域，最后發(fā)現(xiàn)小車的尋跡效果有了很大程度提高。 9） 開始調(diào)試的時(shí)候， 小車在前進(jìn)過程中，遇到急轉(zhuǎn)彎情況，小車由于慣性偏離軌道，而此時(shí)道路軌跡又不在 攝像頭范圍內(nèi)， 出現(xiàn)這種情況小車會(huì)不受控， 后來設(shè)置成 小車會(huì)在原地向右轉(zhuǎn)，一段時(shí)間后，如果在攝像頭范圍內(nèi)找到了軌跡，小車會(huì) 沿著軌跡繼續(xù)前進(jìn)。 11) 小車在 前進(jìn) 過程中 依然存在找錯(cuò)軌跡路線的時(shí)候， 開始調(diào)試的時(shí)候這種情況比較嚴(yán)重，估計(jì)是采樣處理點(diǎn)少了， 將軟件程序中原來的三行 采一次樣改為現(xiàn)在的每行都采樣，增加了采樣點(diǎn)，這樣小車在尋跡的時(shí)候比較準(zhǔn)確的判斷軌跡路線。 由于專業(yè)知識(shí)的匱乏和時(shí)間的限制，仍然有許多需要解決和改進(jìn)的地方，有很多地方還不是十分完善。 在圖像識(shí)別方面 的算法要進(jìn)一步研究，提高采樣頻率，盡可能的朝工業(yè)級(jí)小車發(fā)展 實(shí)現(xiàn)。在論文的選題和提綱的構(gòu)架上，王老師給予了我直接的指導(dǎo)，在論文的寫作過程中，王老師總會(huì)不辭辛苦的為我檢查論文進(jìn)度，提出寶貴的建議，在論文初稿完成后，王老師又在百忙之中抽出 時(shí)間為我的論文認(rèn)真批改，嚴(yán)格把關(guān)，提出中肯的指導(dǎo)意見，及時(shí)糾正論文研究方向中出現(xiàn)的偏差，老師誠(chéng)信待人的生活品質(zhì)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和盡職盡責(zé)的工作作風(fēng)都感召著我不斷地學(xué)習(xí)和前進(jìn)。 其次，感謝在我學(xué)習(xí)、生活和研究工作過程中，給予了熱情幫助的同學(xué)，在論文寫作工程中給予幫助和鼓勵(lì)，再次向他們表達(dá)我深深的謝意。 最后，我還要特別感謝我的父母 ，他們的理解和支持是我的不斷前進(jìn)的動(dòng)力源泉。