基于CMOS图像传感器的视觉导航智能小车设计论文

1、基于CMOS图像传感器的视觉导航车设计摘要89C51单片机是一款八位单片机，其易用性和通用性得到了广大用户的好评。下面介绍如何使用89C51单片机实现科大毕业设计。本设计是结合科研项目确定的设计课题。本系统针对设计问题的要求，以89C51单片机为控制核心，利用超声波传感器检测道路障碍物，控制电动汽车自动避障，快慢行驶，自动停车，并能自动记录时间。 ，里程和速度，自动跟踪和寻光功能。整个系统电路结构简单，可靠性高。实验测试结果符合要求。本文重点介绍了系统的硬件设计方法和测试结果分析。使用的主要技术有：通过编程控制小车的速度；传感器的有效应用；CMOS图像传感器关键词: 80C51单片机, 光电检

2、测器, PWM调速, 电动车目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc302839573 一、系统设计要求 PAGEREF _Toc302839573 h - 1 - HYPERLINK l _Toc302839574 1.1任务 PAGEREF _Toc302839574 h - 1 - HYPERLINK l _Toc302839575 1.2设计相关要求 PAGEREF _Toc302839575 h - 1 - HYPERLINK l _Toc302839576 1.2.1基本要求 PAGEREF _Toc302839576 h - 1 - HYPERLINK

3、 l _Toc302839577 1.2.2主要技术指标 PAGEREF _Toc302839577 h - 1 - HYPERLINK l _Toc302839578 2、系统方案的论证与选择 PAGEREF _Toc302839578 h - 1 - HYPERLINK l _Toc302839579 2.1系统基本方案 PAGEREF _Toc302839579 h - 2 - HYPERLINK l _Toc302839580 2.2系统各模块最终方案 PAGEREF _Toc302839580 h - 6 - HYPERLINK l _Toc302839581 三、系统硬件设计与实现

4、 PAGEREF _Toc302839581 h - 7 - HYPERLINK l _Toc302839582 3.1系统硬件的基本组成 PAGEREF _Toc302839582 h - 7 - HYPERLINK l _Toc302839583 3.2主机电路设计 PAGEREF _Toc302839583 h - 8 - HYPERLINK l _Toc302839584 3.2.1电源电路 PAGEREF _Toc302839584 h - 8 - HYPERLINK l _Toc302839585 3.2.2控制电路 PAGEREF _Toc302839585 h - 10 - H

5、YPERLINK l _Toc302839586 3.2.3跟踪检测电路 PAGEREF _Toc302839586 h - 13 - HYPERLINK l _Toc302839587 3.2.4边缘检测电路 PAGEREF _Toc302839587 h - 16 - HYPERLINK l _Toc302839588 3.2.5电机驱动电路 PAGEREF _Toc302839588 h - 17 - HYPERLINK l _Toc302839589 3.2.6 PWM调速 PAGEREF _Toc302839589 h - 17 - HYPERLINK l _Toc302839590

6、 3.2.7伺服控制电路 PAGEREF _Toc302839590 h - 18 - HYPERLINK l _Toc302839591 四、系统软件设计 PAGEREF _Toc302839591 h - 19 - HYPERLINK l _Toc302839592 4.1系统总体流程图 PAGEREF _Toc302839592 h - 19 - HYPERLINK l _Toc302839593 4.2程序初始化流程图 PAGEREF _Toc302839593 h - 20 - HYPERLINK l _Toc302839594 4.3 OV7620工作流程图 PAGEREF _To

7、c302839594 h - 21 - HYPERLINK l _Toc302839595 五、参考文献 PAGEREF _Toc302839595 h - 22 - HYPERLINK l _Toc302839596 5.1测试仪器 PAGEREF _Toc302839596 h - 22 - HYPERLINK l _Toc302839597 5.2指标测试 PAGEREF _Toc302839597 h - 22 - HYPERLINK l _Toc302839598 5.2.1试验方法 PAGEREF _Toc302839598 h - 22 - HYPERLINK l _Toc302

8、839599 5.2.2试验数据及试验结果分析 PAGEREF _Toc302839599 h - 23 - HYPERLINK l _Toc302839600 5.2.3系统任务完成 PAGEREF _Toc302839600 h - 23 - HYPERLINK l _Toc302839601 6. 总结 PAGEREF _Toc302839601 h - 23 - HYPERLINK l _Toc302839602 参考文献 PAGEREF _Toc302839602 h - 24 - HYPERLINK l _Toc302839603 附录 PAGEREF _Toc302839603

9、h - 24 -一、系统设计要求视觉导航技术作为移动机器人领域的一项关键技术，近年来越来越受到越来越多的学者的关注，并进行了深入的研究。目前，视觉导航技术已成为移动机器导航方式的主流趋势，已广泛应用于交通、医药、娱乐、物流等领域。目前机器人视觉系统大多采用CCD摄像头，此类视觉系统中必须配置专门的视频采集卡才能获取数字图像信息。近年来发展起来的CMOS图像传感器，由于采用CMOS工艺制造，可以集成A/D等器件，大大提高了图像传感器的集成度，使数字通信方式更加便捷，构建硬件更简单。因此，将CMOS图像传感器应用到移动机器人领域是一种发展趋势。.1.1任务本设计主要通过CMOS图像传感器获取道路引

10、导线图像信息，利用高速单片机进行图像降噪处理，识别路径。实时调整小车的姿态和速度，达到巡线的目的。1.2设计相关要求1.2.1基本要求(1) 使用CMOS图像传感器的路径识别；（2）可识别起始标线和停止标线；（3）可驱动直流电机带动车轮，具有测速功能；(4) 电池电压检测，低电压提示；(5)电机堵转和过流保护。1.2.2主要规格(1)小车驱动电源为7.2v ；(2) 最大行驶速度10m/s；(3) 耐力行驶距离200m。2 、系统方案论证与选型根据课题的要求，系统可分为供电部分、信号检测部分、控制部分和无线通信部分。其号码检测部分包括：跟踪检测模块、测距模块。控制部分包括：电机驱动模块、单片机

11、模块。该模块的框图如图1所示。2.1系统基本方案为了实现各个模块的功能，制作并演示了几种不同的设计方案。电源模块演示与选型方案一：系统采用7.2V/2000mAh锂电池组直接供电。针对单片机系统的核心功能，主控模块采用单独的稳压电路供电；为了提高舵机的响应速度，电源正极串联一个二极管，直接加到舵机上；电机驱动芯片由电源直接供电。通过外围电路调谐将功率分配给每个模块。使用LM2940进行稳压，降压至5V给微控制器等供电。方案二：使用LM7805稳压电源。当稳压管温度过高时，稳压性能会变差甚至损坏。我们常用的7805稳压器产生5V电压，但是7805一个明显的缺点就是当输入电压大于12V时发热会很厉

12、害，最大输入电压也可以智能达到15V左右，输入输出电压差不宜过大。转换效率迅速下降，容易发生故障损坏。综合以上，选择方案一，电源选择LM2940 。2.控制器模块演示与选型方案一：使用PIC，或AVR，或智能汽车专用芯片作为控制核心；这些单片机资源丰富，可以实现复杂的逻辑功能，功能强大，可以完全控制汽车。但对于这个话题，其优势资源无法体现，成本略高。方案二：采用STC89C公司的STC 51作为系统控制器的CPU方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大。通过软件编程可以实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积小、技术成熟、成本低等优点，被广泛应用于各个领域。 .综上，采用第二种方案

13、。跟踪检测模块方案一：使用光敏电阻组成光电探测器。光敏电阻的阻值会随着环境光的变化而变化。比较器可以输出高低电平。单片机据此判断小车是否偏离轨道或是否到达转弯标志，并根据不同电平信号的反馈，发出相应的控制操作指令来控制小车。当光线照射在白纸上时，发光较强，而光线照射在黑线以上时，发光较弱。因此，当光敏电阻在板迹线和黑迹线上方时，阻值会发生明显变化。通过电阻值的变化。但这种方案的缺点是受环境光线影响较大，而且由于电压变化不是很大，无法稳定工作。方案二：使用光电感应，即红外光遇到障碍物会反射回来。红外接收管可以接收。在汽车行驶过程中，红外发射管不断发射红外光。当发射的红外光进入黑线时，没有反射，红

14、外输出低电平，如果红外接收管不在黑线以上，则可以接收到轨道地板反射的光并输出高电平。该光电传感器调理电路简单，工作性能稳定。在黑暗或强光下，车载系统都能稳定工作，对环境的适应性强。选项3：三个光电开关。一个放在轨道中间，一个放在轨道外侧。当小车偏离轨道时，即放置在中间的光电开关偏离轨道时，等待外面任何一个检测到黑线，并进行相应的转弯。调整至中间的光电开关再次检测到黑线（即返回轨道）并恢复向前行驶。综上，采用第二种方案。4.测距模块选项 1：使用超声波传感器。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物时会反射回来，然后被超声波传感器接收。超声波测距的原理是利用超声波从发

15、射到接收的传播时间来计算传播距离。设l为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c，则有t= 2l/c，声波在空气中的传播速度为（m/s ) .其中 T 是环境温度； c O是绝对温度下的速度，是一个常数。可以从以上两个公式推导出来。超声波测距方便，计算简单，易于实现实时控制，在测量精度上满足实际要求。方案二：使用漫反射光电开关。光电开关的工作原理是根据发光体发出的光束被物体反射，其接收电路做出相应的判断和响应。当光被反射回来时，输出很低。当没有光反射回来时，输出为高。考虑到这个系统不仅要检查黑线，还要测量距离。所以放弃这个计划。根据上述情况，选择选项 1。5.电机模块选项 1：使用直流减

16、速电机。直流减速电机转矩大、体积小、重量轻、组装简单、使用方便。小车的电机部分装有减速齿轮组，因此无需考虑调速功能。 、退、停等操作，方案二：采用步进电机作为系统的驱动电机，因为它的旋转角度可以精确定位，可以实现小车前进距离和位置的精确定位。使用步进电机虽然有很多优点，但是步进电机的输出扭矩低，随着转速的增加而减小，在较高的转速下急剧下降，在低转速时不适合小型车。某些必需的系统。经过综合对比分析，我们决定放弃这个方案。根据上述情况，选择选项 1。6.电机驱动模块MC33886的应用原理图如图2所示。图中V+为直流电机的电源。两个逻辑电平输入端IN1和IN2分别控制输出端OUT1和OUT2 。当

17、IN 1输入高电平时， OUT 1的输出也是高电平即通过H桥接V+ ；当IN 1输入为低电平时， OUT 1的输出也为低电平即通过H桥，V+ GND导通。 IN 2 和UT 2之间的关系是相同的。 FS为故障信号的开漏输出，低电平有效。当D 1 为高电平或D 2 为低电平时， OUT 1 和OUT 2 的输出同时关闭，使OUT 1和OUT 2 同时变为高阻态。通过控制 I N 1 和 I N 2 的电平，可以控制电机正转、反转和停止。对IN1和IN2的电平信号进行脉宽调制来控制电机的转速。方案二：用继电器控制电机的通断，通过开关的切换来调节小车的速度。这种方案的优点是电路更简单。缺点是继电器响

18、应时间慢，机械结构容易损坏，寿命短，可靠性不高。方案三：使用BTS7970。BTS7970是一款高集成度大电流半桥驱动芯片。该芯片集成了一个 P 沟道高边 MOSFET 和一个 N 沟道低边 MOSFET。由于高端使用了P沟道MOSFET，从而避免了电磁干扰，提高了性能，采用这种方案的原因如下：驱动电流可由输入逻辑电平直接控制，简化了电路设计，提高了电路的可靠性。连续漏极电流尽可能高40A，可以让PWM频率从0HZ到25kHZ任意变化，满足目标电机的各种驱动要求。通过状态标志位（1s位）可以实现电机状态诊断和电流采样，并具有多种保护功能。可以调整外部 MOSFET 开关速率以获得最佳 EMI。

19、BTS7970 为大电流 PWM 调速电机提供了最佳的解决方案，具有最小的板空间。总之，该芯片在驱动电机方面具有很高的可靠性。因此决定采用BTS7970控制直流电机，即采用第三种方案。7.车速检测模块方案一：通过霍尔元件感应磁铁产生脉冲（霍尔元件靠近磁场时输出高，其他时候输出低） ，将四个小磁铁均匀地放在一个轮子上，计算一个second 可以通过计算得到的脉冲数来计算车轮在一秒钟内的转数，然后可以测量车轮的周长来计算汽车的当前速度，就可以得到当前的距离通过积累。 .方案二：车速检测模块采用中国奥托尼克斯E30S360-3-2型旋转编码器作为车速检测装置。旋转光电编码器硬件电路简单，信号采集速度

20、快，360线的精度足以满足PI控制算法调整的需要。旋转编码器和直流驱动电机通过两个齿数为1：1的齿轮连接在一起，因此智能汽车车轮的一圈可以用360个脉冲来表示。因此，单片机的累加器在一定时间内得到的脉冲值可以用来表示车辆的速度，可以直接作为控制器参数。综上，采用第二种方案。8 、图像传感器的选择选项 1：使用 CCD 图像传感器。 CCD图像传感器可以直接将光信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大，从模拟转换为数字，实现图像的采集、存储、传输、处理和再现。其显着特点是： 1、体积小、重量轻； 2、功耗低、工作电压低、抗冲击振动、性能稳定、寿命长； 3、灵敏度高、噪声低、动态范围大； 4、响应

21、速度快，具有自扫描功能，图像失真小，无残像； 5、采用VLSI工艺技术生产，像素集成度高，尺寸准确，商业化生产成本低。选项 2：使用 CMOS 图像传感器。 CMOS（原指互补金属氧化物半导体存储器，是一种用于大规模制造集成电路芯片的原材料）是微机主板上的可读写RAM芯片，主要用于保存当前系统的硬件配置和操作。人员对某些参数的设置。 CMOS RAM芯片由系统通过后备电池供电，因此无论处于关机状态还是遇到系统断电， CMOS信息都不会丢失。 CMOS具有以下优点：内容的电源电压较宽，便于电源电路的设计逻辑摆幅大，使电路抗干扰能力强低静态功耗隔离门结构使得 CMOS 期间的输入电阻非常大，使其在

22、 CMOS 期间比其他系列更能驱动相同的逻辑门如今，CMOS制造工艺也广泛用于生产数字成像设备的光敏助剂。虽然用途与过去主要用作固件或计算工具的 CMOS 电路有很大不同，但基本还是采用 CMOS 工艺，只是将纯逻辑运算的功能转化为接收外部光，转化为电能量，然后将得到的图像信号通过芯片上的数模转换器转换成数字信号输出，不需要对视频信号进行分离，从而大大简化了硬件电路。 .基于以上信息，第二种选择是选择CMOS图像传感器。9.伺服控制模块舵机属于位置伺服电机，控制信号为单片机产生的PWM信号。舵机本身的硬件特性决定：在给定电压不变的情况下，空载和空载条件下的角速度分别保持不变，线速度= * R与

23、长度R成正比的手臂。当舵机所需的转动范围一定时，长臂的转动角度小于短臂的转动角度，即响应更快。如图5所示，对于旋转臂1和2，当R1R1时。 R2与旋转位移相同，旋转角度1； ?2。因此，对于相同的角速度，臂响应时间t11。 t2 可以得到。显然，利用舵机的扭矩裕度可以提高系统的整体响应速度。在智能汽车的行驶过程中，舵机的响应时间决定了系统的稳定性和快速性。为了减少舵机的时滞，充分利用舵机的转矩余量，系统采用以下三种方法： （1）提高舵机的工作电压，使其工作在额定值以上。电压，从而减少舵机的响应时间；(2)加长转向臂，3.5cm充分利用扭矩余量；(3)将两个8位PWM寄存器合并为一个16位PWM

24、寄存器，将舵机的PWM控制周期放大到2000，从而细化PWM控制量，使换臂更加灵活均匀。10.数据存储模块选项 1：使用外部 ROM 进行存储。使用外部ROM进行存储是保存实验数据的常用方法。方案二：直接使用MCU的RAM进行存储。虽然断电后数据无法保存，但实验结束后可按按键显示相应数值。而且，本实验中的数据存储量并不大。使用RAM可以减少IO接口的使用，方便IO接口的分配。因此，该方案具有成本低、易于实现的优点，更符合实际需要。鉴于方案二的上述优点及综合比较，本方案采用方案二。2.2系统各模块最终方案经过仔细分析论证，最终确定了系统各模块的方案如下：(1)电源模块：采用LM2940电源稳压芯

25、片(2)控制模块：采用STC 89C51单片机(3) 跟踪检测模块：采用光电传感器(4)测距模块：采用超声波传感器(5)电机模块：采用直流减速(6)电机驱动模块：采用专用芯片BTS7970作为电机驱动芯片(7)车速检测模块：使用编码器测速(8)图像传感器的选择：CMOS图像传感器(9) 舵机控制：采用PWM占空比控制(10)数据存储：直接使用单片机部分的RAM进行存储。三、系统的硬件设计与实现3.1系统硬件基本组成本设计是光、机、电、无线通信的综合设计。设计中采用了检测技术、自动控制技术、无线通信技术和电子技术。该系统可分为传感器检测部分和智能控制部分。传感部分包括图像传感跟踪模块和超声波测距

26、模块，智能控制部分包括系统中的控制装置，根据传感器变换输出的电信号进行逻辑判断，控制小车电机与无线通信完成小车的直线运动。诸如驾驶、检测转向标志等任务。控制部分包括两个主要单元电路：单片机控制电路和电机驱动电路。系统硬件框图如图2所示。整个电路系统分为检测、控制和驱动三个模块。首先由光电管检测到路信号，经过比较器处理后，送入软件控制模块进行实时控制，并输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个汽车的运动。系统原理框图如图3所示：3.2主机电路设计3.2.1电源电路电源是一个系统正常运行的基础，电源模块为系统的其他模块提供所需的能量保证，因此电源模块的设计非常重要。模型车系统中接受供电的

27、部件包括：传感器模块、单片机模块、电机驱动模块、伺服电机模块等。在设计中，除了电压范围和电流容量等基本参数外，还需要优化电源转换效率、噪声、干扰和电路简单性。可靠的供电方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。所有硬件电路的电源均由7.2V 2A/h可充电锂电池提供。由于电路中不同的电路模块需要不同的工作电流容量，电源模块应包括多个稳压电路，将充电电池的电压转换为各个模块所需的电压。智能汽车所需电源如图4所示舵机舵机控制器编码器传感器5V5V7V电池图 4 系统所需电源电源模块由几个独立的稳压电源电路组成。在本系统中，除了电机驱动模块的电源直接取自电池外，其他模块的工作电压都需要通过电源管理芯片来

28、实现。汽车在行驶过程中，电池电压会下降，所以使用了低压差电源管理芯片LM2940。 LM2940是一款低压稳压芯片，可以提供5V的固定电压输出。 LM2940低压差稳压芯片克服了早期稳压芯片的缺点。与其他稳压芯片一样，LM2940 需要外接输出电容来维持输出的稳定性。出于稳定性考虑，需要在稳压输出端和地之间连接一个等效电阻为 22 uF的低电容。舵机额定工作电压为6V。此时舵机的滞后常数很大，在毫秒级。我们测量了电机的电阻（不考虑电感因素）为2，电机综合功率随电池电压波动10%。经简单计算，电机可在9V以下工作。经过大量测试，终于发现当电池电压不低于7.3V时，当伺服电源使用7V时，伺服的磁滞

29、常数会大大降低。灵敏度会大大提高，所以伺服采用7V供电。使用两片LM2940分别给传感器、控制器和编码器供电。使用一块 LM2940 和 3 个整流二极管 1N4007 将电压提升到 7V 为舵机供电。为了防止电源电压反接，二极管D1用作防反接保护二极管。电路图如图5所示3.2.2控制电路这部分是整个智能汽车的核心部分，起到控制汽车所有运行状态的作用。控制方式有很多种，但大多采用单片机作为控制方式。由于51单片机具有价格低廉、操作简单的特点，因此选用了ATMEL公司生产的AT5189C作为控制的核心部件。其引脚定义如下：VCC：电源电压。GND：接地。P0 口：P0 口为 8 位开漏双向 I/

30、O 口，每个引脚可吸收 8TTL 栅极电流。当端口 P1 的管脚第一次写 1 时，定义为高阻输入。 P0 可用作外部程序数据存储器，可定义为数据/地址的第 8 位。在 FIASH 编程中，P0 端口用作原始代码输入端口。 FIASH 验证时，P0 输出原始码。这时P0的外部必须拉高。P1 端口：P1 端口是一个 8 位双向 I/O 端口，提供上拉电阻。 P1端口缓冲器可以接收和输出4TTL栅极电流。 P1端口引脚写1后上拉高电平，可作为输入使用。当P1端口被外部拉低到低电平时，它会输出电流，这是由于该部分的上拉。在 FLASH 编程和验证过程中，接收 P1 端口作为第八个地址。P2 端口：P2

31、 端口是一个带有上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。 P2 端口缓冲器可以接收和输出 4 个 TTL 栅极电流。当 P2 端口写“”1”时，其引脚被上拉电阻上拉。拉高，并用作输入。因此，当用作输入时，端口 P2 的引脚被外部拉低并输出电流。这是由于外部上拉，P2端口用于外部程序存储器或16位地址外部数据访问存储器时，P2端口输出地址的高8位。当给定地址时1”，它利用部分上拉的. 读写外部八位地址数据存储器时, P2口输出特殊功能寄存器. 内容. P2口在FLASH编程时接收高位八位地址信号和控制信号和验证。P3口：P3口引脚为8个双向I/O口，带上拉电阻，可接收和输出4路TTL门极电流。当

32、P3 端口写入 1”时，它们被上拉为高电平并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，因此 P3 端口将输出电流（ILL）。这是由于上拉。P3口也可以作为89CAT 51的一些特殊功能口使用，如下表所示：引脚交替功能P3.0 RXD（串行输入端口）P3.1 TXD（串行输出端口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（定时器 0 外部输入）P3.5 T1（定时器1的外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）端口 3 同时接收一些用于 flash 编程和编程验证的控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器

33、件时，将 RST 引脚保持高电平两个机器周期。ALE/PROG：地址锁存使能输出电平用于在访问外部存储器时锁存地址的状态字节。在 FLASH 编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。正常情况下，ALE 端输出一个频率周期恒定的正脉冲信号，为振荡器频率的 1/6。因此它可以用作外部输出的脉冲或用于定时目的。但请注意，当用作外部数据存储器时，将跳过 ALE 脉冲。要禁用 ALE 的输出，请将 SFR8EH 地址设置为 0。此时ALE只在执行MOVX时有效，MOVC指令为ALE。此外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁用，则设置无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在从外部程序

34、存储器取指期间，/PSEN 每个机器周期有效两次。但是在访问外部数据存储器时，这两个有效的/PSEN 信号不会出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），无论是否有程序存储器。注意当加密模式为1时，/EA会被锁定为RESET；当 /EA 端保持高电平时，程序存储器将存储在这里。在 FLASH 编程期间，该引脚也用于施加 12V 编程电源 (VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入，部分时钟工作电路的输入。XTAL2：反相振荡器的输出MCU 引脚如图 6 所示：单片机的晶振电路和复位电路设计如图7所示：晶振电路复位电路3.2.3跟踪电路本文使用的

35、CMOS相机是一种基于CMOS感光器件的高分辨率、低功耗图像传感器。为了降低硬件系统开销，一台数据量少的黑白相机也能满足要求。面阵CMOS相机采用线扫描方式。每条线的信号是一个持续约56us的电压模拟量。根据采样点的灰度值输出不同的电平，通过A/D转换输入控制器。由于轨迹是白底黑线，为了区分黑线和白轨迹背景，过滤其他干扰信息，可以选择黑白两个阈值带来对应黑线的值线和白色背景分别。在确定阈值带的宽度和基值时应考虑不同的光线和不同的相机型号，以便任何人都能在各种光线条件下准确识别黑色引导线。跟踪模块采用CMOS图像传感器作为主控芯片采集视频信号。由于CCD目前的技术比较成熟，在尺寸上也有一定的优势

36、（由于工艺的原因，CMOS的尺寸不能做得很大），但其工艺复杂、成本高、功耗大、升级像素等问题也是不可否认的。但是CMOS由于制造工艺简单，可以在普通的半导体生产线上生产，制造成本相对较低。因此，使用了CMOS图像传感器。 OV7620是一款CMOS摄像器件，彩色CMOS型图像采集集成芯片，提供高性能单颗小体积封装。设备分辨率可达640X480，传输速率可达30帧。配备10位双通道A/D转换器，输出8位图像数据；具有自动增益和自动白平衡控制，可进行亮度、对比度、饱和度、伽马校正等多种调节功能；其视频定时产生电路可以产生行同步、垂直同步、混合视频同步等同步信号和像素时钟等定时信号； 5V供电，工作

37、时功耗120mW，待机时0的平均值，电机正转时UAB的值越大，更高的速度； U g 1=U g 4 为正的时间比U g 2=U g 3 为正的时间短，UAB的平均值0，电机反转，UAB的值越小，越高速度。可以看出，只要控制好Ug 1、Ug 4、Ug 2、Ug 3的脉宽，就可以控制电机的转向和转速，实现动静，即有利于消除正反转死区。伺服控制伺服是一种位置伺服驱动器。它接收一定的控制信号，输出一定的角度，适用于那些要求角度不断变化且可以保持的控制系统。在 MEMS 中，它是一个基本的输出执行器。伺服工作原理： PWM信号经接收通道调解进入信号调制电路，获得直流偏置电压。直流偏置电压与电位器的电压进

38、行比较，得到电压差输出后，送入电机驱动集成电路，驱动电机正反转。当电机转速恒定时，通过级联减速齿轮带动电位器转动，直至电压差为0，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化来改变舵机的位置。 PWM信号可以通过单片机的定时器中断来实现。该方案将20ms周期信号分为两次定时中断来完成：一次实现高电平定时Th；一次实现低电平时序Tl。 Th和Tl的时间值随脉宽变化，但Th+Tl=20ms。舵机的控制一般需要20ms左右的时基脉冲，脉冲的高电平部分一般是0.5ms2.5ms左右的角度控制脉冲部分。以180度角伺服为例，对应的控制关系如下：0.5ms0度；1.0ms45度；1.5ms9

39、0度；2.0ms135度；2.5ms180度；上面部分还是线性的，Y=90X-45（X单位是ms，Y单位是度）。如果舵机停留在 0位置，下载 45位置程序后，舵机移动到 45位置，即顺时针移动 45。如果伺服停止在 135 位置，则将位置从 90 反转到 45。如果要旋转到45位置，必须始终产生1.0ms的高电平（即PA0=1；Delay(1ms)：PA0=0；Delay(20ms)；脉冲。）具体动作关系如下图14所示：黑线： GND ；红线： VCC ；白线： PWM信号使用信号脉冲宽度进行转向调整调节角度+60-60脉冲控制信号周期为20ms，当舵机转向角为0时，脉冲宽度为1.52ms，占

40、空比为7.6%顺时针旋转脉冲宽度：1.5200.920ms，对应占空比7.6%4.6%逆时针旋转脉冲宽度：1.5202.120ms，对应占空比7.6%10.6%利用汽车转向机构的原理，为了保证汽车在转弯过程中能够快速响应，防止其冲出去跑得太快，可以把舵机的位置放在合适的位置以增加扭矩并使汽车快速响应。根据轨道快速转弯。测量摄像头能检测到的黑线位置，测量汽车之间的距离（假设b），测量汽车中心到黑线的横向距离（假设a），然后切线角的大小等于b/a，可以使用这种方法，将黑线从视野的最左端移动到最右端，分别测量角。从前面的描述可以看出，旋转角度和PWM值基本是线性的，所以P控制可以用于舵机控制。4.系

41、统软件设计4.1 系统总体流程图系统总体流程图如图15所示。4.2 程序初始化流程图程序初始化流程图如图 16 所示。4.3 OV7620工作流程图OV7620的工作流程图如图17所示。5.参考文献5.1主要参考资料和技术数据1卓清.学造智能汽车挑战“飞思卡尔”杯M.：航空航天大学20072沙占友集成智能传感器原理与应用M .：电子工业，20043沙占友智能传感器系统的设计与应用M .：电子工业，20054 迎春现代新型传感器原理与应用M . : 国防工业， 19985 单成祥传感器理论与设计基础及其应用M . : 国防工业, 19996 英.传感器电路原理与应用M : 中国电子科技大学，第一

42、版， 19977黄继昌传感器工作原理及应用实例M. : 人民邮电, 第一版, 19988 曲波，肖胜兵常用工业传感器选型指南M .：清华大学， 20029 卡斯滕斯蒂格。机器视觉算法与应用M.：清华大学， 200810白英才微机通用芯片手册M .：科学技术，200011伊人单片机实用技术问答M .：人民邮电，200512碧湖中小型集成电路原理与应用M .：科学技术，200013 马忠梅，纪顺新，凯等单片机C语言应用程序设计M航空航天大学，2006。14 易纲，席元，董继诚单片机原理与应用M高等教育，2003 年。15高继祥，黄志伟，丁文霞。数字电子技术M电子工业，2003。16子梅，闫淑兰，云

43、迪等电子电路设计、实验、测试（第二版）M华中科技大学, 200017童士白，华承英模拟电子技术M高等教育，2006 年。18 建庆 51单片机C语言易玩M航空航天大学，2010。19 安彦一种自动跟踪智能小车的设计A.科学技术院学报，2010，Vol. 23（第 1 期）：开始和结束第 72-75 页。20 周俊之.基于NRF905的智能汽车控制教学案例浅析A.长江大学学报，2010，科技卷：起止页402-403。21 王玉成，王廷友，徐丽娟智能控制汽车常用传感器的实现A数字技术与应用，2010 年，第 5 期：开始和结束第 36-36 页。5.2相关.21ic。格言。.模拟。六、外文和翻译6

44、.1 外文译文：智能汽车计划随着计算机和信息革命的到来，自本世纪初以来，机动车辆的能力以及它们与驱动器的交互方式正在经历最剧烈的变化。1908 年，亨利福特的 T 型车体现了汽车设计的重大突破。它的可互换部件不仅开启了简单且经济的大规模生产，而且其“用户友好”的操作几乎内容任何人驾驶。近 90 年后，汽车越来越像福特的简单机器，迅速成为复杂的“移动计算机”，可以充当导航器、安全器，甚至可以二次驱动。这些新功能不仅会改变我们的驾驶方式；智能汽车还可以增强交通服务、拯救生命并增强U.S.行业竞争力。然而，智能汽车还远未出现。相反，使车辆更智能的组件新的信息、安全和自动化技术作为零碎的配件进入市场，

45、要么作为新汽车制造商的可选设备，要么作为售后市场供应商的特殊部件。正在开发和销售技术以提高驾驶安全性、性能和便利性。然而，这些单独的技术尚未被集成以创建与驱动器协同工作的完全智能的车辆。汽车行业已经意识到并解决了与技术不协调涌入相关的潜在问题。但他们的进步受到技术和经济障碍、消费者兴趣不确定以及标准和指南不足的阻碍。此外，原始车辆制造商或政府监管机构（除非明确证明存在安全问题）都无法控制售后产品，尤其是它们在卡车和公共汽车中的使用。然而，如果没有“以人为本”的智能汽车设计方法，试图整合和协调各种技术，我们不仅可能失去实现新车载技术带来的好处的机会，而且可能会无意中降低安全性和表现 。认识到智能

46、汽车的重要性以及如果不将人为因素置于其设计的中心可能会产生意想不到的后果，Dot 于 1997 年发起了智能汽车计划 (IVI)。该计划旨在加速集成车载系统的开发、可用性和使用，以帮助汽车、卡车和公共汽车的驾驶员更安全、更有效地操作。1980 年代的电视连续剧“骑士骑士”以一种智能车辆为特色，它可以跳过中等高的建筑物，以看似超音速的速度自行行驶，监视坏人，并具有英国管家的言辞和个性。这辆车不仅很聪明，而且很聪明。虽然现实世界中的智能车辆无法飞越静止的交通，但它们将拥有强大的能力。正如 IVI 所设想的那样，智能车辆将能够提供路线方向、感知物体、警告驾驶员即将发生的碰撞、在紧急情况下自动发出求救

47、信号、保持驾驶员警觉，并最终可能接管驾驶。然而，在机动车辆中使用信息和基于计算机的技术并不新鲜。机动车辆的大规模计算机化始于 1980 年代，其技术旨在提高车辆操作和驾驶舒适性。这些技术包括控制发动机性能的电子燃油喷射，特别是旨在提高车辆性能的最新一波车载技术，这是 IVI 最感兴趣的，是旨在提高车辆性能的智能交通系统。司机 。这些系统包括警告和信息、驾驶员辅助和自动化技术。正如人们拥有不同的专业能力一样，车载ITS技术赋予车辆不同类型和层次的“智能”来补充驾驶员，驾驶员信息系统扩展了驾驶员对路线和位置的了解。警告系统，例如防撞技术，增强了驾驶员感知周围环境情况的能力。驾驶员辅助和自动化技术模

48、拟驾驶员的思维和身体动作，以在紧急情况下或长时间操作车辆。但是，虽然智能汽车将扩展驾驶员的能力，但它也将潜在地扩展驾驶员的传统角色。特别是，在新的车载技术中，人类的角色从感觉运动技能扩展，麻省理工学院 (MIT) 人机系统实验室负责人托马斯谢里丹 (Thomas Sheridan) 写道，“要计划员、程序员、自动化监控员、诊断员、学习者和管理者，集成：以人为本设计的关键。以人为中心的设计的一个关键标准是确保技术提供预期的好处而不产生意外的不利后果。驾驶是一项潜在的危险活动，需要细心和警觉的驾驶员。尽管车辆中的技术可以提高驾驶员的能力和舒适度，但它们也可能造成潜在的干扰，即使是最好的驾驶员也会变

49、成道路危险。例如，美国国家公共服务研究所发现，车内装有手机的人发生碰撞的几率要高出 34%。ITS 研究已经展示了智能车辆中包含的许多技术的优势和可行性：路线引导系统将帮助司机更好地导航陌生的街道或找到前往目的地的最快路线。在 1992 年和 1993 年由 DOT 赞助的 TravTek 现场测试中Orlando，与使用纸质地图的司机相比，驾驶配备路线引导系统的车辆的游客减少了 30% 的错误转弯，并将他们的旅行时间缩短了 20%。防撞系统将扩大交通安全范式，保护十字路口发生碰撞的乘客，如果驾驶员有额外的半秒反应时间，则可以避免大约 30% 的正面碰撞。近 75% 的车祸是由司机疏忽造成的。

50、 NHTSA 估计，三种类型的防撞系统每年可以防止 110 万起事故United States占所有交通事故的 17%。这些相同的系统将挽救 17,500 人的生命（与安全带和安全气囊挽救的全部 10,500 人的生命相比）和 260 车载自动化系统将在紧急情况下临时接管驾驶，或内容长时间自动驾驶。 1996 年，NHTSA 开始现场测试智能巡航控制系统，该系统将自动调整车辆的巡航速度以与前方车辆保持安全距离，以评估该技术的安全影响。国家自动公路系统联盟 (NAHSC) 是 DOT 和其他九个公共和私人组织的合作伙伴，在向“放手、放手”驾驶迈出了更引人注目的一步，在 12 公里的路程上展示了自

51、动驾驶汽车原型去年夏天 1 圣地亚哥的测试部分。-15 in未来，自动化高速公路系统将使交通管理人员通过提高速度和缩短车辆之间的距离，将高速公路的有效容量增加一倍甚至三倍。通过消除人为错误造成的事故，自动化高速公路还可以潜在地提高高速公路的安全性。除了为出行的公众带来安全和效率方面的好处外，联邦政府还期望智能汽车的本土开发能够提升其America为了使智能车辆发挥最大潜力，它们必须能够与智能交通基础设施和其他智能车辆进行通信。例如，与智能基础设施的通信将内容智能车辆了解事件，然后主动实时建议替代路线。智能车辆还可以充当探测器，将有关旅行状况的信息致回基础设施，以创建有关道路和高速公路旅行状况的

52、更丰富的知识基础。此外，全自动车辆可能会在一定程度上依赖智能基础设施提供的指导以及与其他智能车辆的通信。例如，在最近的 AHS 演示中San Diego，在保险杠下方装有磁传感器的自动车辆由安装在路面下方 1.2 米间隔的磁铁引导。在接下来的五到十年里，我们应该会看到第一代在个人驾驶员信息和警告系统的能力方面取得了进步。这些系统将越来越多地与通过显示器协调的信息集成。尽管碰撞警告系统将提供有限的自动辅助，但驾驶员仍将完全控制他们的车辆。此外，由于与智能基础设施的基本通信，车辆将实时掌握更多关于路况的智能。大约十到十五年。对单个 ITS 系统进行改进的应用将带来具有更多更好智能的第二代车辆。尽管

53、驾驶员仍将完全控制他们的车辆，但防撞系统可以在紧急情况下暂时控制。此外，更复杂的语音识别系统将被整合到驾驶员-车辆界面中。车辆将能够相互通信以提高防撞能力。与智能基础设施的通信将更具交互性。大约二十年后，在第三代，我们可以看到全自动高速公路系统、车辆和基础设施的协作系统，以及驾驶员-车辆界面的进步，例如视觉增强和平视显示器的使用。回顾一个被科技淹没的世纪，汽车是一项极具活力的发明。在下个世纪，这种活力将受到信息和计算机技术进步的推动。我们面临的挑战是确保整合新的信息、安全和自动化技术，以创造以人为本的智能车辆，从而提高安全性、地面运输效率和经济竞争力。6.2 翻译智能汽车计划2000 年代初，

54、在计算机和信息革命的影响下，汽车在性能和与驾驶员的交互方面发生了最剧烈的变化。1908 年亨利福特 T 型车的推出代表了汽车设计的重大突破。它不仅开创了零件更换和批量生产的先河，而且其“用户友好”的操作使任何人都可以轻松驾驶。近 90 年来，类似福特 T 型车的简单汽车越来越少，汽车迅速成为一台复杂的“移动电脑”，扮演着领航员、护航者，甚至第二司机的角色。这些新功能不仅改变了我们的驾驶方式，还提高了交通服务的质量和拯救生命的能力，并支持美国工业的竞争力然而，智能汽车的表现并不止于此。相反，这些使车辆更智能的组件，例如新的信息、安全和自动化技术，作为备件、可选设备或售后服务的特殊配件进入市场。为

55、了提高驾驶员的安全性，这些技术不断被开发和销售。但尚未将各个技术集成以创建与 Level 4 高度协作的全智能车辆。汽车行业已经认识到并解决了不协调技术的潜在涌入问题。但他们的进步受到技术和经济障碍、不确定的消费者偏好以及不完善的标准和指导方针的阻碍。此外，传统汽车制造商和政府监管机构（除非安全问题明确）都无法控制售后产品的使用，尤其是在卡车和公共汽车中。话又说回来，还没有“以人为中心”的智能汽车试图整合和协调各种技术来解决问题。我们不仅可能会失去实施新车载技术的机会，甚至可能会无意中降低驾驶安全性和性能。认识到智能车辆的重要性以及人为因素在车辆设计中带来的潜在危险，交通部于 1997 年启动

56、了智能车辆倡议 (IVI)。该倡议旨在加速汽车系统的开发和集成，以帮助汽车、卡车和公交车司机更安全有效地运行。1980 年代的电视剧“骑士骑士”以智能车辆为特色，可以跨越高楼、英文单词和管家的个性。这辆车不仅聪明，而且很聪明。瑞然在现实世界中的智能汽车还不能实现飞跃，但它们将拥有强大的能力。正如设想的那样，智能车辆将能够提供路线方向、感知物体、警告驾驶员即将发生的碰撞和自动信号，以帮助驾驶员在紧急情况下保持警惕并最终接管驾驶。因此，用于机动车辆的信息和基于计算机的技术并不是新用途，因为广泛的汽车计算机始于 1980 年代，其技术旨在改善车辆操作和驾驶员舒适度。这些技术包括以电子方式控制燃油喷射发动机的性能，特别是减少车辆排放和提高燃油经济性，防抱死制动系统帮助驾驶员在湿滑的道路上保持控制，以及巡航控制系统，以缓解驾驶员长时间的压力的时间。开车很乏味。虽然这些技术主要旨在提高车辆的能力，但车辆技术的最新章节，其中最有趣的是 IVI