贵州大学电气工程学院 葛俊杰 何志琴 吴 逊

0 引言

随着时代的发展，科技的进步，智能车越来越广泛的出现在在人们的生活中。不同类型的智能车帮助人们完成不同的工作，具有摄像头的智能车，对于环境的信息的判断更为准确，相对于普通的传感器而言，图像识别所需要处理更多的数据，增长的处理时间，影响的智能车控制性能。因而，在不减少图像信息的基础上，对图像处理进行优化，缩短处理时间，对智能车的发展有着重要的意义[1]。

图1 系统结构框图

1 智能车图像采集总体方案

智能车系统设计包括道路信息采集，道路信息处理，智能车控制算法，舵机控制和电机控制等部分。其中信息采集通过摄像头采集赛道信息完成，信息的处理和控制算法由程序实现。舵机输出和电机输出属于小车的执行机构。系统结构在硬件上分为电源模块、主控器模块、舵机控制模块、图像采集模块、电机驱动和测速模块模块。在智能车的控制方案实现中，采用恩智浦公司生产的K60系列芯片作为小车的控制器[2]，将摄像头采集到的图像信息进行处理提取出虚拟赛道中线，通过虚拟中线计算出赛道偏差，再将偏差值入到控制算法中，从而计算出舵机的控制量，输出到舵机完成小车方向控制。在小车的速度控制中，K60芯片通过读取光电编码器的脉冲信号计算出小车当前速度。将当前速度和小车目标速度带入控制算法中从而计算出小车电机驱动的控制量，输出到到电机完成小车速度控制。

2 系统硬件设计

(1)电源设计模块

智能小车的电源的来源通常是由一块镍镉电池提供。因智能车各模块所需电压大小不同，为保证系统各个模块的正常工作，我们需要为各模块提供稳定、合适的工作电压。TPS7350稳压电路为编码器测速提供5v工作电压。经过TPS7350稳压电路转化为5v的电压再经过TPS7333稳压电路转化为3V电压为摄像头、OLED、K60主控板供电。

(2)转向控制模块

舵机是智能小车的控制环节中的执行机构。性能优秀的舵机可以让小车循迹更加完美。采用S-D5舵机，它使用简单，便捷功能强大，可直接由控制单元的输出口控制，供电电源为5V。

(3)电机驱动模块

智能车的电机驱动模块一般由三个部分构成，分别是主控制器、驱动电路及电动机，根据实际控制需要智能车的驱动电路需要同时具有快速响应性能和较强稳定性，在接受主控制器产生的PWM波时，能够迅速地实现对电机进行的转数调整。采用BTN7971芯片搭建的H桥电路来驱动电机的实现正反转。BTN7971具有电路简单、稳定性好、散热效果好的优点。非常适合智能小车的使用。

(4)图像采集模块

采用OV7725数字摄像头作为赛道信息采集的传感器。OV7725数字摄像头的工作原理是：当扫描到某点时，该点处图像的灰度值被摄像头中的图像传感芯片换成与灰度值对应的电压值，不同的电压值经过硬件二值化电路的处理转化成高低电压，这样就完成电压值的二值化处理（高低电压）。最后将图像信息数据通过数据端口输出到控制器[3]。

3 图像优化控制方案

传统的图像采集的方法大多是使用场中断与行中断配合进行图像的采集，这种方法采集图像经常出现消隐区等问题，采集过程不稳定且在传输过程中需要控制器全程参与，这大大地降低了控制器运行效率[4]。为了改进这一缺点，优化方案如下：当摄像头采集到图像时，发出场中断信号，控制器捕捉到这一场中断信号，触发中断，进入场中断服务程序，场中断标志置1。在场中断服务程序中，初始化DMA传输，并使能DMA传输。之后控制器捕捉PCLK时钟信号，PCLK时钟信号为脉冲方波，它的每一个上升沿都将触发一次DMA传输，每次DMA传输将一个字节的图像信息送入控制器寄存器中，当触发n次后停止DMA传输。DMA传输停止时触发中断程序进入中断复位函数，在中断复位函数里禁止DMA传输关闭场中断，同时标记图像采集完毕。这样就完成一场图像信息的采集。

4 结束语

本设计在吸收结合前人的设计基础上，建立了合理实用的硬件电路模块。对于图像采集部分，以ov7725摄像头采集图像信息，采用二值化电路对图像数据进行二值化处理。在图像处理中，在传统赛道边沿检测算法的基础上进行优化的设计，降低了单片机的运算负担，提高了图像处理的的效率。