摄像头识别的智能车硬件系统设计

摘要：智能车在探测、救生等方面具有广阔的应用前景，针对图像识别智能车缺乏稳定的运行状况，提出一套完整的硬件设计思路。该系统以飞思卡尔公司的MC9S12XSl28单片机为核心控制器，设计智能车整体硬件系统框架，并详细给出了智能车电源单元电路、电机驱动模块、舵机控制的电路图。通过分析路径信息采集、速度信息采集、以及对输入／输出模块与单片机连接，说明如何构成一个闭环反馈系统。以上硬件系统应用在智能车中得到了稳定的运行。
关键词：NC9S12XC128；摄像头；智能车；速度控制

0 引言
近年来，智能车辆和智能交通已成为汽车和智能控制领域的研究热点之一。智能车即轮式移动机器人，智能车的设计涉及模式识别、传感技术、电子、控制、计算机、机械和电源等多个学科。智能小车能在非特定环境下工作，在探测、救生等方面具有广阔的应用前景，对智能循迹系统的研制和改进，对上述领域产品的研发具有推动作用。
本文以第七届飞思卡尔智能车比赛为背景，讨论摄像头识别的智能车在复杂道路条件下的运行情况。该系统采用MC9S12XS128微控制器作为核心控制器并结合OV7620图像传感器获取路况信息。微控制器输出三路PWM信号，其中两路用来控制车速，一路用来控制舵机的方向。三路信号均通过调节PWM信号的占空比，来控制直流电机的正转、反转转速和舵机的转向。实现对智能车的良好精确的控制，没有一套合理稳定的硬件电路是难以保证智能车的良好运行。本文主要对智能车的硬件系统进行相关设计。

1 智能车硬件系统整体框架
智能车硬件系统主要包括控制器、电源电路单元、输人设置、摄像头OV7620图像采集、车速检测、舵机和电机驱动，串口通信等模块。按照以上模块的功能，小车的硬件系统可以分成：电源部分、信息获取部分、信息处理部分、实时控制和输入／输出部分，构成一个闭环的
控制系统。图1为智能车整体硬件组成系统。

智能车竞赛摄像头组的小车用摄像头采集道路信息，利用采集到两条黑色边界线和白色赛道的灰度值不同，识别道路状况，通过处理采集到的图像，对小车实施实时控制。本文利用单片机MC9S12XS128处理采集到的数据，用舵机和驱动电路驱动电机，控制小车的运行。
智能车设计的完整方案是：用摄像头采集道路信息，摄像头内部集成了ADC和图像的行场分离芯片LM1881。根据采集到的一场图像情况，计算出赛道的曲率半径，对于赛道不同弯曲程度，用不同的PWM信号控制舵机的转向和电机的转速，使得小车能够智能化的沿着赛道行驶。

2 智能车硬件电路各部分的设计
2．1 电源电路单元
整个智能车的供电来自充电电池，正常情况下充电电池电压为7．2 V，电池容量为2 A·h。智能车各模块对电源的要求不同，特别是对电压的要求，以及对电压稳定性的要求，所以需要选择不同的稳压芯片。从电池中分离出不同的电压，给各部分模块供电。图2为智能车供电系统。

以上电路的设计为防止电路之间产生干扰，采取了各模块分离电源供电。舵机比较特殊，需要的电源电压是6 V，这里采用LM2587-6稳压块。具体电路如图3所示。