基于K60芯片的CCD賽道技術(shù)的研究01

1、基于K60芯片的CC源道檢測(cè)技術(shù)的研究邱達(dá)毛春霞李健王家盛（湖北民族學(xué)院湖北恩施445000）【摘要】利用K60驅(qū)動(dòng)CCfM集數(shù)據(jù)，通過單面機(jī)內(nèi)改良的凹梢算法進(jìn)行判斷，結(jié)合控制算法控制舵機(jī)給出合理舵值，再給出合適的PWM波來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。速度控制方面采用一個(gè)OMR0旋轉(zhuǎn)編碼器來實(shí)現(xiàn)反饋脈沖，從而實(shí)現(xiàn)智能車在賽道上的穩(wěn)定行駛?！娟P(guān)鍵詞】線性CCD智能小車；MK60旋轉(zhuǎn)編碼器0引言隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究，可見其研究意義很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，在本文中著重的介

2、紹了小車控制系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)，包括硬件電路的設(shè)計(jì)與運(yùn)用，程序算法的編寫與優(yōu)化。經(jīng)過系統(tǒng)硬件電路搭建和軟件程序編寫，能夠?qū)崿F(xiàn)小車快速直行及循跡轉(zhuǎn)彎等功能。1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本智能車核心系統(tǒng)由CCD主板、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、編碼器等器件組成。通過CCD/A1到128的位置對(duì)黑白賽道灰度進(jìn)行單行采集，然后對(duì)采集后的各個(gè)點(diǎn)的灰度進(jìn)行二值化處理為0或1的黑白信號(hào)。之后通過查找每行0和1之間的跳變來查找確定兩側(cè)的黑線。記錄兩側(cè)黑線位置后，運(yùn)用兩側(cè)位置通過一定算法計(jì)算虛擬中線比較虛擬中線和實(shí)際中線的差值得到偏差。運(yùn)用算法對(duì)偏差計(jì)算來得到舵機(jī)控制的PWM通過得到的PW陳實(shí)現(xiàn)車子的轉(zhuǎn)向。通過轉(zhuǎn)向的曲率和編碼器

3、的速度反饋閉環(huán)控制后輪電機(jī)的加減速，來實(shí)現(xiàn)智能車在賽道上完美飛馳2硬件系統(tǒng)部分本智能車的系統(tǒng)主要包括主控單元、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、線性CCD圖像信息采集處理模塊、轉(zhuǎn)向控制模塊、速度采集模塊、顯示模塊，本文著重介紹線性CCDi跡模塊。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。線性CCDI跡模塊轉(zhuǎn)向控制模塊速度采集模塊顯示模塊F面對(duì)系統(tǒng)主要硬件模塊進(jìn)行闡述。2.1單片機(jī)控制模塊本系統(tǒng)采用Freescal半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的32位單片機(jī)MK60DN512作為控制器。MK60DN51福一款由飛思卡爾公司推出的基于ARM(電源模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖MK60DN512Cortex-M4內(nèi)核的K系列高端芯片

4、，該芯片擁有豐富的資源，集主流功能于一身，能滿足各種應(yīng)用。2.2線性CCD®像信息采集處理模塊該模塊采用TSL1401c段，性CCLS像傳感器，其內(nèi)部由一個(gè)128X1的光電二極管陣列、相關(guān)的電荷放大器電路和一個(gè)內(nèi)部的像素?cái)?shù)據(jù)保持功能電路組成，它同時(shí)提供了集成起始和停止時(shí)間的像素1其原理圖如下:P1VCC圖2TSL1401CL線性傳感器原理圖本項(xiàng)目禾I用MK60DN512PTE有口PTE5弓坪豚t其SI和CLK兩個(gè)引腳按特定的時(shí)序發(fā)出方波信號(hào)，TSL1401cL的AO引腳就會(huì)依次輸出128個(gè)像素點(diǎn)的模擬信號(hào)給MK60DN51女引腳連接圖如圖3所示。PTE4MK60DN512PTE5PT

5、C1CSICLKTSL1401CLAO圖3MK60DN512與TSL1401cL弓|腳連接圖我們通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該傳感器的輸出信號(hào)和環(huán)境光線密切相關(guān)，白天AO輸出值比晚上高很多，對(duì)光和背光相差也很大，白熾光和日光燈光線條件下差異很大。同一鏡頭或信號(hào)放大倍數(shù)，必然無法適應(yīng)各種環(huán)境，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過弱或信號(hào)飽和，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性很弱，對(duì)此可通過軟件適時(shí)地、動(dòng)態(tài)的調(diào)整曝光參數(shù)2。曝光時(shí)間自適應(yīng)策略示意圖如下:設(shè)定曝光量圖4曝光時(shí)間自適應(yīng)策略示意圖光線從上圖可看出，該曝光時(shí)間自適應(yīng)策略時(shí)間就是一個(gè)典型的閉環(huán)控制，控制對(duì)象是線性CCD莫塊的曝光時(shí)間，反饋是線性CCD應(yīng)到的曝光量，調(diào)節(jié)的目標(biāo)是設(shè)定曝光量。工作原理

6、:曝光量的偏差e=設(shè)定的曝光量-實(shí)際曝光量新的曝光時(shí)間=Kp*e+上次的曝光時(shí)間如此反復(fù)進(jìn)行調(diào)節(jié)就能達(dá)到適應(yīng)環(huán)境光的目的。值得注意的是實(shí)際曝光量并不是某一個(gè)像素的曝光量，因?yàn)閱蝹€(gè)像素是無法反應(yīng)環(huán)境光強(qiáng)度的，實(shí)際曝光量應(yīng)該是一段時(shí)間和一定像素點(diǎn)強(qiáng)度的函數(shù)。因此取一次采集到的128個(gè)像素電壓的平均值作為曝光量當(dāng)前量，設(shè)定的曝光量也就是設(shè)定的128像素點(diǎn)的平均電壓。通過此策略，線性CCDM集到的電壓值，在正常的智能車運(yùn)行環(huán)境中都能保持在合理范圍內(nèi)3。3軟件系統(tǒng)部分3.1 黑線提取算法凹梢算法流程如圖5所示：圖5凹槽算法流程自己適應(yīng)算黑線位置算法中，首先查找左邊凹梢，然后查找右邊凹梢，再計(jì)算黑線位置，

7、最后根據(jù)連續(xù)性查找左右黑線位置。其次利用改良的凹梢算法，在小車行駛前,攝像頭會(huì)拍攝圖片取出其中的中線值。在行駛過程中，會(huì)與開始的中線值進(jìn)行比較，來控制左右轉(zhuǎn)向。3.2曝光自適應(yīng)程序流程曝光自適應(yīng)程序流程如下圖所示：20ms周期執(zhí)行開始CCD采樣計(jì)算實(shí)際曝光量計(jì)算自適應(yīng)曝光時(shí)間(1ms)結(jié)束圖6曝光自適應(yīng)程序流程圖其中主程序20ms執(zhí)行一次，主要完成CCD采樣、計(jì)算實(shí)際曝光量、計(jì)算曝光時(shí)間。采集到的128像素?cái)?shù)據(jù)保存在Pixel128數(shù)組中，實(shí)際曝光量當(dāng)量保存在像素的平均電壓全局變量中，曝光時(shí)間（單位ms）保存在積分時(shí)間全局變量中。曝光控制中斷程序每1ms執(zhí)行一次，每次中斷將計(jì)時(shí)器Cnt20ms

8、計(jì)數(shù)器自加，根據(jù)曝光積分時(shí)間計(jì)算曝光積分點(diǎn)（取值范圍220）,如果曝光點(diǎn)等于當(dāng)前計(jì)數(shù)器則開始曝光，當(dāng)計(jì)時(shí)器Cnt20ms等于20時(shí)，重置計(jì)時(shí)器Cnt20ms,同時(shí)置位計(jì)時(shí)器Flag20ms標(biāo)志位，通知主程序20ms程序執(zhí)行3。4結(jié)束語本文介紹了基于K60芯片和CCDt法的自主循跡小車的方案。在制作過程中，小組遇到了很多的問題。最后能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，離不開指導(dǎo)老師的幫助和小組成員的努力。但本身作品也有不完善的地方，速度沒有理想中的那么快，需要在算法部分進(jìn)一步提升。參考文獻(xiàn)：1閆琪，王江，熊小龍等編著.智能車設(shè)計(jì)：“飛思卡爾杯”從入門到精通Z.北京航空航天大學(xué)出版社：胡曉柏，2014.（9）:115-117.2D