基于ARM的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)

1、題目：題目： 基于基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn) 學學 院院:專專 業(yè)業(yè):班班 級級:學生姓名學生姓名:學學 號號:指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師:完成日期完成日期:設(shè)計任務(wù)書設(shè)計任務(wù)書姓名學號畢業(yè)屆別專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）題目基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)指導(dǎo)教師學歷職稱具體要求：具體要求：1、設(shè)計目的與內(nèi)容選題意義：設(shè)計并實現(xiàn)能自動躲避障礙物的無人自動駕駛系統(tǒng)，來減少道路交通事故，減少運輸成本和環(huán)境污染以及資源浪費。設(shè)計目的：根據(jù)現(xiàn)有的智能技術(shù)和軟件技術(shù)，設(shè)計出一個完整的無人智能車輛控制系統(tǒng)，可以自主識別道路情況，并能根據(jù)道路情況自主控制方向和速度。設(shè)計內(nèi)容：通過攝像頭實

2、時采集軌道的路況信息，并把采集到的信息傳給主控芯片，主控制芯對這些軌道信息進行處理，最終控制舵機的轉(zhuǎn)向和電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)無人自動駕駛。2、設(shè)計要求與成果設(shè)計工具： Windows 環(huán)境+ARM 開發(fā)板+IAR 和 Altium Designer 軟件技術(shù)要求：系統(tǒng)采用 C 語言進行開發(fā)，系統(tǒng)中主要用到的算法有濾波算法和 PID 算法。設(shè)計步驟：硬件設(shè)計，硬件設(shè)計包括核心控制器原理圖設(shè)計，傳感器模塊原理圖設(shè)計，電機驅(qū)動模塊原理圖設(shè)計，穩(wěn)壓模塊原理圖設(shè)計，以及整體原理圖設(shè)計。軟件設(shè)計；針對不同環(huán)境進行調(diào)試。英文翻譯：要求兩千個實詞以上的英文相關(guān)技術(shù)文獻翻譯為中文；設(shè)計成果：畢業(yè)論文一篇+程序源代碼

3、+硬件。3、應(yīng)收集的主要參考文獻1 卓晴，黃開勝，邵貝貝學做智能車：挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯M北京航空航天大學出版社，2007.32 陶永華 新型 PID 控制及其應(yīng)用，機械工業(yè)出版社，20023 仇慎謙， PID 調(diào)節(jié)規(guī)律和過程控制，江蘇科學技術(shù)出版社，1987.124 謝凱 趙健編著.MSP430 系列單片機系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐.機械工業(yè)出版社.2010進度安排：進度安排：設(shè)計各階段內(nèi)容時間%1按題目要求進行資料收集、調(diào)研，閱讀相關(guān)技術(shù)資料和文獻，熟悉開發(fā)設(shè)計工具。第 7 學期 1820 周52確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、模塊和數(shù)據(jù)，制定具體的工作計劃和方案，完成需求分析、開題報告。第 8 學期 12

4、周103按任務(wù)書要求進行系統(tǒng)的軟件設(shè)計、硬件設(shè)計和總體設(shè)計。第 8 學期 35 周254撰寫中期檢查報告。根據(jù)軟件設(shè)計和總體設(shè)計的成果，完成代碼調(diào)試，并進行系統(tǒng)測試。第 8 學期 69 周405次修改和批改后完成終稿。對正文部分進行查重。全部審核合格后，參加答辯。第 8 學期 1015 周206選擇正規(guī)出處的相關(guān)外文資料進行翻譯工作/。第 8 學期 12 周 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日題目發(fā)出日期 設(shè)計（論文）起止時間 學院意見：同意發(fā)布題目 畢業(yè)設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)小組組長簽章 開題報告書開題報告書課題名稱基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)課題來源指導(dǎo)老師課題類型BY導(dǎo)師 學生姓名 學號 專業(yè) 1、目

5、的和意義隨著車輛的普及和保有量的日益增加，不可避免地帶來了交通事故、交通擁擠、環(huán)境污染、能源浪費等諸多問題。無論是發(fā)展中國家進行的汽車化過程，還是目前發(fā)達國家面臨的汽車化發(fā)展，提高車輛安全性能、減少道路交通事故一直是人們普遍關(guān)注的社會問題和科學技術(shù)進步所面臨的重要課題之一。因此，根據(jù)現(xiàn)有的智能技術(shù)和軟件技術(shù)設(shè)計出一個完整的可以自主識別道路情況，并能根據(jù)道路情況自主控制方向和速度的無人智能車輛控制系統(tǒng)便顯得意義重大。 該系統(tǒng)通過利用傳感器采集技術(shù)、自動控制技術(shù)來設(shè)計并實現(xiàn)一個能在特定路線上采集道路信息，合理規(guī)劃路線，自動躲避障礙物的無人自動駕駛系統(tǒng)。通過對智能駕駛系統(tǒng)的實現(xiàn)來減少道路交通事故，減

6、少運輸成本和環(huán)境污染以及資源浪費。2、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢智能車輛也叫無人車輛，是一個集環(huán)境環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中運用了計算機、現(xiàn)代傳感技術(shù)、人工智能、自動控制等技術(shù)。智能車有著廣泛的運用前景，目前很多國家和公司都在進行智能車輛的研究。特別是在軍用和物流方面有著廣泛的應(yīng)用前景。時至今日，世界各國對智能車輛技術(shù)的研究開發(fā)表現(xiàn)出空前的熱情，為此投入了大量的人力、物力，智能車輛技術(shù)也相繼取得了突破性的進展，如德國的 VaMoRs-P 車輛系統(tǒng)、美國的 NavLab 系統(tǒng)、意大利的 ARGo 系統(tǒng)，我國的吉林大學 JUTIV 系列，國防科技大學的 CITAVT

7、系列等。利用多種傳感器和智能公路技術(shù)實現(xiàn)的智能汽車將成為汽車發(fā)展的主要方向，該智能車能根據(jù) GPS 定位系統(tǒng)和導(dǎo)航信息確定后面的行駛方向，還能根據(jù)交通管理中心提供的實時前方道路信息躲避堵車、事故等，能靈活地改變行駛路線等等。該智能車將逐步取代現(xiàn)有的汽車，成為未來人們的主要交通工具。3、設(shè)計方案系統(tǒng)采用 32 位微處理 1 器 kinetis 系列的 MK60DN512ZVLL10 作為核心控制單元，由ov7725 數(shù)字攝像頭采集當前賽道信息，輸出的模擬信號由 LM1881 視頻場信號分離芯片將行同步信號和場同步信號分別以中斷形式提供給 K60 智能芯片，視頻信號經(jīng)過外部高速 AD 處理，轉(zhuǎn)化為

8、 8 位灰度值傳給核心，單片機處理采集到的圖像信息，并獲得轉(zhuǎn)向信息，然后通過公式計算得到舵機應(yīng)該轉(zhuǎn)的角度，用 PWM 模塊向舵機發(fā)送控制信號，并根據(jù)當前賽道類型來確認當前的理論速度，然后用光電編碼器測得當前的實際速度，將理論速度與實際速度進行比較，用 PID 控制策略控制速度，以使實際速度能夠達到當前的理論速度。4、進度安排設(shè)計各階段內(nèi)容時間%1按題目要求進行資料收集、調(diào)研，閱讀相關(guān)技術(shù)資料和文獻，熟悉開發(fā)設(shè)計工具。第 7 學期 1820 周52確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、模塊和數(shù)據(jù)，制定具體的工作計劃和方案，完成需求分析、開題報告。第 8 學期 12 周10課題類型：（1）A工程設(shè)計；B技術(shù)開發(fā)；

9、C軟件工程；D理論研究； （2）X真實課題；Y模擬課題；Z虛擬課題 （1）、（2）均要填，如 AY、BX 等。此部分可以附頁 開題報告書（續(xù)）開題報告書（續(xù)） 3按任務(wù)書要求進行系統(tǒng)的軟件設(shè)計、硬件設(shè)計和總體設(shè)計。第 8 學期 35 周254撰寫中期檢查報告。根據(jù)軟件設(shè)計和總體設(shè)計的成果，完成代碼調(diào)試，并進行系統(tǒng)測試。第 8 學期 69 周405次修改和批改后完成終稿。對正文部分進行查重。全部審核合格后，參加答辯。第 8 學期 1015 周206選擇正規(guī)出處的相關(guān)外文資料進行翻譯工作。第 8 學期 12 周5、主要參考文獻1卓晴，黃開勝，邵貝貝.學做智能車.北京:北京航空航天大學出版社.200

10、72童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M3余志生.汽車理論.北京:機械工業(yè)出版社.2006 年 5 月4胡壽濤.自動控制原理.北京:科學出版社.2001 年 2 月第四版5仇慎謙，PID 調(diào)節(jié)規(guī)律和過程控制，江蘇科學技術(shù)出版社，1987.126陶永華，新型 PID 控制及其應(yīng)用，機械工業(yè)出版社，20027孫同景，陳貴友著.Freescale 9S12 十六位單片機原理及嵌入式開發(fā)技術(shù).機械工業(yè)出版社 2008二、方法及預(yù)期目的：二、方法及預(yù)期目的：1、研究方法（手段） 本系統(tǒng)采用 K60 作為主控制芯片，通過外加電源控制模塊、傳感器模塊和電機控制模塊來構(gòu)成小車的主板。采用 windows 下的

11、IAR 集成開發(fā)平臺來編譯和調(diào)試小車程序。整個系統(tǒng)的程序采用 c 語言。系統(tǒng)通過攝像頭采集道路的信息并把道路的信息傳送到主控制芯片進行處理，最終采用 PID 控制算法來控制電機的速度和轉(zhuǎn)向及舵機的轉(zhuǎn)向。2、預(yù)期目的 小車能自動采集賽道信息，并能把相應(yīng)的賽道圖像顯示在液晶顯示屏上，攝像頭把賽道圖像傳輸給 K60 芯片后。芯片里的程序能對圖像進行處理，轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字值后。再通過程序的 PID 算法自動控制電機的轉(zhuǎn)速及舵機的轉(zhuǎn)向，同時小車能通過編碼器采集電機的速度并反饋給程序，程序根據(jù)反饋回的速度值調(diào)整下一次的速度。小車能適應(yīng)各種賽道，自動轉(zhuǎn)彎，自動躲避障礙物。 三、指導(dǎo)老師意見三、指導(dǎo)老師意見同

12、意開題 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及世界經(jīng)濟的發(fā)展，汽車已經(jīng)日益成為我們的重要交通工具。但隨著汽車的增多，也隨之帶來了越來越嚴重的環(huán)境污染和越來越多的交通安全事故以及不可避免的人員傷亡。而近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能技術(shù)的發(fā)展，智能化越來越深受人們的歡迎，也成為汽車產(chǎn)業(yè)增強核心競爭力的必要手段?；谶@些背景下，開發(fā)出一款智能化無人駕駛的汽車對社會和對企業(yè)都具有十分重要的意義。本文首先分析了汽車發(fā)展的背景與趨勢，明確了本文的研究方向與思路。本文設(shè)計的基于 ARM 的智能小車分為軟件設(shè)計和硬件設(shè)計兩部分，硬件的設(shè)計分為對各個模塊原理圖的設(shè)計以及整

13、個系統(tǒng)原理圖的設(shè)計，整個系統(tǒng)的 PCB 板的設(shè)計，智能車各個零配件的安裝。各個模塊原理圖的設(shè)計主要為核心控制器模塊原理圖設(shè)計、傳感器模塊原理圖設(shè)計、電機驅(qū)動原理圖設(shè)計、穩(wěn)壓模塊的原理圖設(shè)計等等，硬件設(shè)計是在 Altium Designer軟件中完成。軟件設(shè)計包括各模塊調(diào)試程序設(shè)計、電機控制算法設(shè)計、圖像采集算法設(shè)計、舵機控制算法設(shè)計和系統(tǒng)總程序設(shè)計。軟件設(shè)計是在 IAR 嵌入式集成開發(fā)環(huán)境中完成，在該平臺下對核心控制器 K60 進行編程調(diào)試，并整合到一起。最后使無線模塊、按鍵和液晶顯示器等調(diào)試手段進行大量底層和上層測試。本文完成了一個簡單的自動尋跡、自動避障、自動加減速的智能小車，該智能車的實

14、現(xiàn)對于深入研究無人駕駛系統(tǒng)具有一定的意義。關(guān)鍵詞：智能車；K60；PID；攝像頭；ARMDesign and Realization of Smart Car Based on ARMAbstract With the development of automobile industry and the development of world economy, cars have increasingly become our important vehicle. But with the increasing of the car, it has brought more and more

15、 serious environmental pollution and more and more traffic accidents and the inevitable loss of life. In recent years with the development of the Internet and smart technology, intelligent has become more and more welcomed by people and has become the essential means to enhance the core competitiven

16、ess of the auto industry. Based on this background, developed an intelligent unmanned vehicle to society and to the enterprise all has the very vital significance.This paper first analyzes the background and tendency of the development of the automobile, has been clear about the research direction a

17、nd ideas in this paper. In this paper, design of the intelligent car based on ARM is divided into two parts, the design of software and hardware design of hardware design is divided into the design of the principle diagram of the various modules and the design of the whole system schematic diagram,

18、PCB design of the whole system, the design of the intelligent car overall physical diagram. Various modules schematic design as the core controller module, sensor module, motor drive module, voltage regulator module schematic design, hardware design is in Altium Designer software. Software design in

19、cluding the design of each module of debugging, motor control algorithm design, image acquisition algorithm design, the steering gear control algorithm design, and system programming. Software design is completed in the IAR embedded integrated development environment, in this platform to programming

20、 and debugging of the core controller K60, and together. Finally make the wireless module, keys and the debug methods such as liquid crystal display a large number of the bottom and top test.This paper completed a simple automatic tracing, automatic obstacle avoidance, automatic deceleration of smar

21、t car, the implementation of the smart car is of significance for further study of unmanned systems.Keywords: smart car；K60；PID；camera；ARM目目 錄錄1 1 緒論緒論 .1 11.1 研究的背景及意義 .1 1.1.1 選題的背景 .11.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .11.1.3 研究的意義 .21.2 系統(tǒng)目標 .22 2 總體設(shè)計方案總體設(shè)計方案 .3 32.1 系統(tǒng)的主要功能 .32.2 系統(tǒng)總體方案介紹 .32.3 硬件選型方案與對比 .32.3.1 核

22、心控制器 .32.3.2 傳感器模塊 .42.3.3 電機驅(qū)動模塊 .52.3.4 電源穩(wěn)壓模塊 .53 3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計 .7 73.1 硬件設(shè)計概述 .73.2 核心控制器模塊 .73.3 OV7725 圖像傳感器模塊.83.4 電機驅(qū)動模塊 .93.5 穩(wěn)壓電源模塊 .103.6 編碼器測速模塊 .113.7 片外 A/D 電路 .124 4 軟件與算法設(shè)計軟件與算法設(shè)計 .13134.1 軟件設(shè)計概述 .134.2 圖像信息采集與處理 .154.2.1 圖像采集與顯示 .154.2.2 圖像處理 .164.3 路徑識別 .174.4 控制策略與算法 .184.4.1 控制策略 .1

23、84.4.2 PID 控制算法.195 5 智能車系統(tǒng)搭建與實現(xiàn)智能車系統(tǒng)搭建與實現(xiàn) .23235.1 車體模型 .235.2 智能車底盤的調(diào)整 .235.3 前輪及后輪定位的調(diào)整 .245.4 舵機的安裝 .255.5 攝像頭的安裝 .265.6 測速傳感器的安裝 .275.7 重心調(diào)整 .286 6 系統(tǒng)整體調(diào)試系統(tǒng)整體調(diào)試.30306.1 軟件調(diào)試 .306.2 硬件調(diào)試 .306.3 總體調(diào)試 .317 7 全文總結(jié)與展望全文總結(jié)與展望 .32327.1 系統(tǒng)總結(jié) .327.2 未來展望 .32謝謝 辭辭.33參考文獻參考文獻.34附錄附錄 A.外文翻譯外文翻譯 -原文部分原文部分.3

24、6附錄附錄 B. 外文翻譯外文翻譯 -譯文部分譯文部分.4511 緒論緒論1.1 研究的背景及意義研究的背景及意義1.1.1選題的背景 當今經(jīng)濟和社會迅速發(fā)展的狀態(tài)下，人們的生活水平已經(jīng)得到了很大的提升，特別汽車工業(yè)的發(fā)展，使得汽車成為人們生活重要的交通工具，人們對它的依賴逐步加深，基本每個人都想要一輛車 。然而正是這一系列因素使得汽車越來越多，在大城市常出現(xiàn)堵車的現(xiàn)象。隨著汽車的日益增加，給人們帶來的壞的影響也越來越多，甚至損害人們的生命健康等等。比如環(huán)境污染的加深、越來越多的車禍發(fā)生、交通堵塞越來越嚴重，能源浪費等一系列的問題。不管是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，都被這個問題困擾，一直在研究解決

25、問題的辦法與方案。許多社會組織和機構(gòu)也在關(guān)注這個問題，都在努力研究新的交通方案和更加智能化和安全化、方便的交通工具。我國人口較多，自然汽車數(shù)量相對于大部分國家還是較多的，我國政府和許多組織機構(gòu)、高校等也在不斷為解決這個問題努力。我們國家和政府采取了一系列的措施和政策來確保道路安全和減少交通事故，也頒布一系列的交通法律法規(guī)來嚴懲造成交通事故的肇事人員，但交通事故仍然無時無刻不在發(fā)生，給人們的生命帶來了直接威脅。由此可見，雖然汽車給我們的生活質(zhì)量帶來了很大的提升，方便了我們的生活，但也間接地給我們的交通安全帶來了威脅，減少交通事故已經(jīng)成為了我們當今社會發(fā)展應(yīng)急需解決的問題。在技術(shù)層面上對交通事故及

26、汽車帶來的各種問題進行考慮，傳統(tǒng)汽車的防范措施及性能已經(jīng)不能滿足人們對避免交通事故和減少環(huán)境污染、交通擁堵的需求。由此，人們渴望有一種能夠主動防范、技術(shù)更先進的智能車來緩解當下的各種問題，提高道路安全程度和優(yōu)化環(huán)境、減少交通擁堵。已經(jīng)有不少企業(yè)、機構(gòu)和學校對汽車主動防范、主動駕駛技術(shù)進行了研究，并且運用這些技術(shù)來提高汽車的智能化與安全性。已經(jīng)有一些企業(yè)和機構(gòu)研制出了這種智能化的無人駕駛汽車，這將使得汽車擺脫傳統(tǒng)的發(fā)展領(lǐng)域走向一個更加智能化的發(fā)展領(lǐng)域。汽車的智能化已經(jīng)越來越得到人們的熱心研究。通過對傳感器探測技術(shù)、精確定位導(dǎo)航、自動控制理論等技術(shù)的應(yīng)用，可以形成一套完全自主的智能駕駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)

27、使得汽車在沒有人工干預(yù)的情況下通過傳感器對路面進行精確識別、自動完成路徑規(guī)劃、自動躲避障礙物、自動駕駛，以此減少因駕駛員駕駛失誤而造成的交通事故，使人們的生活有得到巨大的改善，使人們生活在一個更加文明、更加健康的社會里在這課題背景下，設(shè)計出一種能夠自動根據(jù)道路信息規(guī)劃路線，并可以有效躲避障礙物的無人駕駛系統(tǒng)具有一定的理論意義與實用價值。 1.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀智能車系統(tǒng)采用計算機、傳感器技術(shù)和自動控制技術(shù)使其在不需要人們的操縱情況 基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)2下能夠完成自動尋跡、自動駕駛、自動躲避障礙物。智能車技術(shù)已經(jīng)在越來越多公司和國家里面得到了研究。 在國外，智能車的研究開始得

28、比較早，世界上第一輛智能車出現(xiàn)在美國 20 世紀 50年代左右，在美國 Electronics 公司研究開發(fā)出的,也可以說這輛車更像一個移動機器人，從 1950 年到 1960 年代前半期這段時間內(nèi)，一些歐美國家及日本等國家就已經(jīng)開始了研究自動駕駛和車輛導(dǎo)航技術(shù)。一直到今天，世界各地無論是國家和各個公司都對智能車輛技術(shù)的研究與智能駕駛系統(tǒng)開發(fā)表現(xiàn)出了空前高漲的熱情，智能車輛技術(shù)也取得了比較大的進展像美國的谷歌公司已經(jīng)研制出了能夠在道路上自動駕駛的智能車。像美國的Carnegie Mellon 大學在 DelcoElectronics 贊助研制了 Navlab，該智能車系統(tǒng)是集電視攝像頭、聲納、

29、激光測距儀和紅外攝像頭于一體，可以識別各種復(fù)雜的道路和路線，通過控制轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)自動駕駛。一些國家的國防領(lǐng)域也已經(jīng)有自己的無人運輸系統(tǒng)。我國的智能車的研究開始于 1980 年代左右，相比西方國家等一些發(fā)達國家，我國的智能車研究要晚個十幾年。相對來說技術(shù)上也落后了一大截，隨著我國的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，到目前為止，我國好多高校和科研機構(gòu)都加入研究智能車控制系統(tǒng)研制的熱潮中。通過努力相應(yīng)研制出了一些比較有典型的的智能車輛控制系統(tǒng)。像一些高校也在不斷的研究智能車輛技術(shù)，通過組織一些比賽來使激發(fā)高校學生對智能車的研究，比如飛思卡爾智能車競賽等等。1.1.3 研究的意義 生命是寶貴的，汽車雖然給我們帶來了諸多便

30、利，但也威脅著我們的生命安全。而交通事故的很大一部分原因是因為人的疲勞駕駛和醉酒駕駛及一些誤操作引起的。因此當前對機動車的性能和駕駛員的駕駛技術(shù)要求也越來越高，而再好的駕駛技術(shù)和機動車的性能也有可能由于人的因素而產(chǎn)生誤操作，且人應(yīng)對緊急事件時是需要一定的反應(yīng)時間的。因此，利用多種傳感器和智能公路技術(shù)開發(fā)出一套智能的無人駕駛系統(tǒng)意義重大，該智能駕駛系統(tǒng)可以借助 GPS 定位系統(tǒng)和導(dǎo)航信息確定后面的行駛路線，可以通過互聯(lián)網(wǎng)提供的及時消息提前知道前方道路那條路線會堵車以及哪條路線發(fā)生了交通事故，能靈活地改變行駛路線避開不安全有阻礙的路線等等。智能控制車輛的技術(shù)將會越用越廣，取代傳統(tǒng)的駕駛技術(shù)。1.2

31、 系統(tǒng)目標系統(tǒng)目標小車能自動采集賽道信息，并能把相應(yīng)的賽道圖像顯示在液晶顯示屏上，攝像頭把賽道圖像傳輸給 K60 芯片后。攝像頭采集到圖像被 K60 芯片里的程序處理之后轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字值后。再通過程序的 PID 算法自動控制電機的轉(zhuǎn)速及舵機的轉(zhuǎn)向，同時小車能通過編碼器采集電機的速度并反饋給程序，程序根據(jù)反饋回的速度值調(diào)整下一次的速度。小車能適應(yīng)各種各樣的跑道，自動識別路徑，自動規(guī)避障礙物。3 基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)42 總總體設(shè)計方案體設(shè)計方案2.1 系統(tǒng)的主要功能系統(tǒng)的主要功能本文所設(shè)計的智能車系統(tǒng)是一套可以在特定道路上通過傳感器自動采集道路信息，自動處理信息，自動控制速度與

32、方向的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的硬件部分由 K60 主控器和傳感器，測速模塊、舵機以及電機執(zhí)行機構(gòu)和它們的驅(qū)動電路構(gòu)成；軟件部分主要是運行在K60 主控制器下程序，包括信息處理與控制算法程序，攝像頭負責跑道圖像的采集與識別，各個模塊通過 K60 主控制器進行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)具有以下各項功能：（1）攝像頭實時自動采集與識別道路圖像信息，并傳到 K60 核心控制器中。（2）單片機自動分析道路圖像，通過 PID 算法自動完成道路規(guī)劃。（3）編碼器實時采集智能車的速度。2.2 系統(tǒng)總體方案介紹系統(tǒng)總體方案介紹本智能車控制系統(tǒng)在功能上分為圖像采集、信息處理、舵機算法控制、電機算法控制、速度反饋五個功能。在道路圖像采

33、集方面，由 ov7725 采集與識別當前道路信息，輸出的模擬信號經(jīng)過 LM1881 視頻行場信號分離芯片后，行同步信號和場同步信號分別以中斷的形式通過 DMA 傳輸通道提供給 K60 核心控制器，圖片信息經(jīng)過外部高速 A/D 芯片處理后，轉(zhuǎn)化為 8 位灰度值，提供給核心控制器中的舵機控制程序，獲得轉(zhuǎn)向信息。再通過增量式 PID 控制算法處理后得到舵機應(yīng)該轉(zhuǎn)的角度，輸出對應(yīng)的 PWM 值給舵機，舵機擺動相應(yīng)的角度。同時采用光電編碼器獲得小車當前的速度，做差比較當前小車的實際速度與理論速度，結(jié)合 PID 控制算法得出一個合理的速度，輸出 PWM 值給電機，電機做出相應(yīng)的動作。在算法與軟件控制方面，

34、舵機的控制目標是能及時結(jié)合攝像頭采集的道路信息能夠快速響應(yīng)道路的變化，不會那么僵硬難以控制。比如轉(zhuǎn)彎時是一點一點的轉(zhuǎn)過去而不是突然來個大角度的擺動，對電機的控制目標則是能結(jié)合攝像頭采集的道路信息及編碼器采集的信息及時做出加速和減速的動作，并獲得一個好的期望速度，使控制誤差盡可能小。2.3 硬件選型方案與對比硬件選型方案與對比2.3.1 核心控制器本系統(tǒng)要實現(xiàn)的是智能車能在各種復(fù)雜的模擬道路上順暢自如的行駛，需要采集和處理的道路信息比較多，而且本智能車能針對不同情況的道路采取不同的運行速度。因此，需要具有比較強大的處理器資源和比較多的外設(shè)接口的芯片。能滿足需求的有如下控制器，簡要分析如下：1、K

35、60Kinetis 是低功耗可擴展和在工業(yè)上使用混合信號 ARM CortexM4 系列 MCU 的最5好組合。Kinetis 具有 5 個 MCU 系列，每個系列提供優(yōu)良的性能，與通外設(shè)內(nèi)存，內(nèi)存映射，并提供內(nèi)部與系列之間輕松遷移包和功能可擴展性。K60 芯片內(nèi)部采用 ARM 架構(gòu)，具有 32 位的處理速度，具有比較大的 flash 內(nèi)存，和豐富的 I/O 引腳資源及比較多的外設(shè)接口，比如 LCD、DMA、串口、通信、定時器等等。同時還帶有一個可供選擇的 NAND以及 DRAM。2、MC9S12XS128MC9S12XS128 是一款十六位處理器的控制器，與三十二位處理器的 K60 相比，沒

36、有這么快的處理速度。采用增強型的 16 位 S12XCPUV2,是一款針對汽車電子市場的高性能的 16 位單片機，具有兩個異步串行通信接口、兩個串行外圍接口、一組 8 通道的輸入捕捉和輸出捕捉的增強型捕捉定時器、29 路獨立的數(shù)字 I/O 接口，128KB 程序 Flash 和8KB DataFlash，用于程序和數(shù)據(jù)存儲，內(nèi)嵌支持 LIN 協(xié)議的增強型 SCI 模塊及 SPI 模塊。帶有的兩個異步串行通訊傳輸接口具有速率快、功能強、成本低、功耗低等特點。考慮到本系統(tǒng)需要處理的環(huán)境信息比較復(fù)雜也比較多，需要用到比較多的外設(shè)，經(jīng)過反復(fù)試驗，MC9S12XS128 的開發(fā)要 K60 的開發(fā)難，K6

37、0 的開發(fā)有包裝好的庫。對于開發(fā)者來說，這能省去好多時間和精力，本系統(tǒng)選用 Kinetis MCUs 下的 k60 作為主控制器。 2.3.2 傳感器模塊為了識別模擬道路的軌跡，以使智能車能夠順利進行尋跡和控制方向以及躲避障礙物，需要一定的傳感器來識別道路的黑白特征。 因為模擬道路的面比較廣，攝像頭需要采集完整的道路信息才能使智能車以合適的速度順利轉(zhuǎn)彎。除此之外，攝像頭需要比較多的數(shù)據(jù)接口以滿足一次性就能把一個面的道路信息傳輸過去。能達到此目的的傳感器類型較多，簡單分析如下：1.CCD 圖像傳感器 作為新型光電轉(zhuǎn)換器件，CCD 能儲藏由光產(chǎn)生的信號電荷。當對它施加特定時序的脈沖時，其存儲的信號

38、電荷便可在 CCD 內(nèi)作定向傳輸而實現(xiàn)自掃描。它具有光電轉(zhuǎn)換、信息存貯和延時等功能，而且集成度高、功耗小，已經(jīng)在攝像、信號處理和存貯 3 大領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，尤其是在圖像傳感器應(yīng)用方面取得令人矚目的發(fā)展。但價格也比其他的傳感器貴許多，電路圖也比較復(fù)雜，需要 AD 轉(zhuǎn)換電路這些的。2.激光傳感器激光傳感器與紅外傳感器的原理差不多，都由發(fā)射部分和接受部分組成，單發(fā)射頻率和識別速度以及前瞻性要比紅外強很多。發(fā)射管發(fā)射的光線需要經(jīng)過載波調(diào)制，同時接收管接收到的光線也需要這樣做，再經(jīng)過比較，就輸出一個開關(guān)量信號。光線照在黑白兩種跑道上輸出的值的不相同，以此來識別路徑。3、電磁傳感器電磁傳感器由電感及

39、其外圍電路組成，電磁傳感器的工作原理是通過將其上的電感 基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)6切割有一定頻率變化的電流的線路后輸出一定的電壓，當越接近該線路時，檢測到的電壓越大。電磁傳感器雖然便宜，但是電路的設(shè)計比較復(fù)雜，且需要一定的模擬檢測電路。4、ov7725 數(shù)字攝像頭Ov7725 是一款圖像處理器的高性能傳感器，是 ov 系列三十萬像素當中成像質(zhì)量最棒的攝像頭。其靈敏度比較高，反應(yīng)快，但清晰度不夠高，因此比較適合低照度應(yīng)用，能配置輸出 RAW、YVA 等好幾種格式的視頻流。 本系統(tǒng)需要采集的道路信息比較多且數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室臁＞C合考慮采集的效率、準確性、材料的利用率及電路設(shè)計的復(fù)雜性，

40、選用硬件二值化的 ov7725 作為圖像采集傳感器，ov7725 的反應(yīng)速度能夠勝任智能車快速采集圖像的要求。2.3.3 電機驅(qū)動模塊智能車的驅(qū)動輪采用 RS-550 作為直流型驅(qū)動電機，轉(zhuǎn)速為 22000r/min。該直流驅(qū)動電機具有比較大的工作電壓和較大空載電流。電流為 12.124A 時工作效率為 68.4%，不同的驅(qū)動芯片，驅(qū)動單元不同。因此針對不同電機，應(yīng)該選擇相應(yīng)的驅(qū)動電路。功率大的電機應(yīng)該選用內(nèi)阻小，電流容許大的驅(qū)動。電機控制較常規(guī)的方法是采用 PWM 控制，驅(qū)動電路既可以直接采用 MC33886 電機驅(qū)動芯片，也可以采用大功率 MOS 管來自行設(shè)計電機驅(qū)動電路，還可以用場效應(yīng)管

41、搭建橋電路。各種典型器件的性能對比如下：1、IRF540IRF540 驅(qū)動芯片的內(nèi)阻為 77 毫歐，承載電流為 23A，具有低的導(dǎo)通內(nèi)阻和熱敏電阻及快速開關(guān)。IRF 搭建的電機驅(qū)動電路雖然驅(qū)動功率較大，但不穩(wěn)定，容易使電機的控制出現(xiàn)中斷，使用起來不方便。2、GTXGTX 驅(qū)動芯片具有較小的內(nèi) r 阻 0.35 毫歐和較大的承載電流 700A，是一款較好的驅(qū)動芯片，GTX 的調(diào)速性能比較好。但 GTX 驅(qū)動芯片搭建的電機驅(qū)動電路會使小車的控制不方便，經(jīng)常出現(xiàn)電機齒輪磨損嚴重的現(xiàn)象。3、MC33886MC33886 驅(qū)動芯片的內(nèi)阻為 120 毫歐和 60A 的承載電流，其工作電壓為 5V28V,配

42、置有兩套輸出，一個用于控制小車前進，另一用于小車減速。4、BTS7971 BTS7971 驅(qū)動芯片的承載電流為 30A，內(nèi)阻為 23 毫歐，其工作電壓為 5V40V。相比于其他的驅(qū)動控制芯片，其性價比較高，各方面性能都比較強，易于控制。本系統(tǒng)電機需要有比較大的電壓才能運轉(zhuǎn)起來，因此驅(qū)動輸出的電壓要到 12V 左右才能驅(qū)動電機?；谏鲜鰧Ω鞣N驅(qū)動芯片的比較，本系統(tǒng)選用 BTS7971 作為電機驅(qū)動芯片，為了實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)，本系統(tǒng)采用四片 BTS7971 的驅(qū)動方式。72.3.4 電源穩(wěn)壓模塊智能車電池提供的是 7.2v 的電壓，但每個模塊需要的電壓不怎么相同，為了使各個模塊都能工作起來以使整體系

43、統(tǒng)都能正常工作，需要一些穩(wěn)定電壓的電路來保證供每個模塊電質(zhì)量，電源需要提供 5 伏、3.3 伏和 5.5 伏的電壓，相對應(yīng)需要這三種電壓的穩(wěn)壓芯片。下面對穩(wěn)壓電路的核心器件進行比較分析：1、 LM2940LM2940 穩(wěn)壓器件具有低電壓差，線性特性。輸出電壓為 5V 左右，輸出電流為 1A左右，輸入輸出之間的壓損在 0.1-0.8 內(nèi)，其穩(wěn)壓外圍電路相對來說比較簡單，精度高，波紋系數(shù)小。相對開關(guān)電源來說輸出的電流比較小，適合于對電壓精度要求較高的場合。2、 LM2956LM2956 穩(wěn)壓芯片由德州儀器公司生產(chǎn)，輸出電流為 3A 左右，是一種開關(guān)型降壓穩(wěn)壓器件，內(nèi)含固定頻率振蕩器和基準穩(wěn)壓器，用

44、該穩(wěn)壓芯片只需簡單的外圍電路便可搭建成具有高效率的穩(wěn)壓電路，具有完善的保護電路、電流限制。外圍電路稍微復(fù)雜一些，與線性穩(wěn)壓器件相比精度略低，波紋系數(shù)較大，但其輸出效率高。3、 LM1117LM1117 是一種低壓差線性調(diào)壓器。通過接上兩個外部電阻，來調(diào)節(jié)輸出電壓的輸出范圍當，當兩個外部電阻電壓差為 1V 多的時候，芯片才會工作，才會有電壓的輸出，該芯片還可限制輸出電流的大小。基于上述比較分析，由于系統(tǒng)各個模塊正常工作需要穩(wěn)定的電源，由于本系統(tǒng)同時需要 3.3V、5V、6V、12V 的電源，所以一個穩(wěn)壓芯片是不夠的。對于 3.3V 電源，本系統(tǒng)采用 LM1117 芯片進行穩(wěn)壓提供給核心控制器和一

45、些其他的外設(shè)，對于 5V 電壓的需求，本系統(tǒng)設(shè)計 LM2940 穩(wěn)壓電路供電，用于編碼器與舵機的供電。對于 6V 的采用 LM2956芯片進行穩(wěn)壓供電，主要用于圖像采集傳感器和電機。 基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)83 硬件設(shè)計硬件設(shè)計3.1 硬件設(shè)計概述硬件設(shè)計概述硬件系統(tǒng)的電路設(shè)計工作在 Altium Designer 中完成，Altium Designer 工具把原理圖設(shè)計、電路測試等一系列硬件電路設(shè)計、測試、PCB 板制作技術(shù)集合在一起。使設(shè)計者在使用該軟件進行硬件設(shè)計時可以獲取好的電路設(shè)計方法，使電路設(shè)計與 PCB 板制作工作不是那么艱難，為設(shè)計者節(jié)省了許多時間和精力。熟練地掌

46、握該軟件可以大大地提高電路設(shè)計的質(zhì)量和效率。其中原理圖的設(shè)計可以為后繼的 PCB 板設(shè)計做準備，PCB 設(shè)計功能主要作用是繪制 PCB 以及產(chǎn)生各種制造文件，通過該軟件，可以完成該智能車的硬件原理圖設(shè)計以及 PCB 圖設(shè)計，智能車系統(tǒng)整體的電路原理圖包括 K60 核心板電路、傳感器電路、電源穩(wěn)壓電路、電機驅(qū)動電路。其硬件體系結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示：MK60DN512ZVLL10電源攝像頭編碼器電機舵機鍵盤OLED圖 3-1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 核心控制器模塊核心控制器模塊核心控制器是智能車系統(tǒng)最重要部分，程序就是在這個部分上運行的，控制著其他模塊單元的工作，間接或直接控制著整個系統(tǒng)的運行。核

47、心控制器的主要功能是處理傳感器采集的數(shù)據(jù)，控制電機的轉(zhuǎn)速和舵機的轉(zhuǎn)向，提供一些其他的外設(shè)接口供系統(tǒng)使用。在本智能車系統(tǒng)中采用 K60 單片機作為本系統(tǒng)的核心控制器，核心控制器 K60 正常工作必須具有外部時鐘震蕩、復(fù)位電路、電源電路及一些其他的外設(shè)接口電路等等。K60 是一款 ARM CortexM4 系列的 ARM 開發(fā)板，具有 100 引腳同時是 LQFP 封裝，具有 512K Flash、128KB SRAM 和 25 通道，6 路 UART、2 路 SCI 和 70 多個 GPIO 口。同時具有比較豐富的外設(shè)接口和正負極引腳，比如具有 OLED 接口和藍牙模塊接口。核心部分原理圖如圖

48、3-2 所示：9圖 3-2 K60 核心控制器部分原理圖K60 核心控制器可以使用 3.3V 電壓也可以使用 5V 電源電壓，同時 K60 具有較低的片內(nèi)電壓，K60 屬于 32 位的單片機，相比其他類型 ARM 芯片，具有比較快的運算速度。K60 特別適合低功耗場合。K60 在本系統(tǒng)里只是處理程序的作用，不負責電源的提供，在本系統(tǒng)中只需要給 K60 提供 3.3V 的電源，不需要很大的電壓提供。PTB16、PTB17 為無線通訊模塊引腳，PTC17、PTC18 和PTD0、PTD1、PTD2、PTD3、PTD4、PTD5、PTD6、PTD7 位攝像頭模塊接口引腳，PTC5 為編碼器接口引腳，

49、PTB18 位舵機接口引腳。K60 單片機采用 50HZ 的晶振，采用石英作為晶振，通過接上石英晶振可以使 K60 工作的頻率穩(wěn)定下來，保證 K60 單片機正常運轉(zhuǎn)。核心控制器上的 JTAG 與 JLINK 工具相連，就可以把電腦上的程序燒進 K60 單片機中。3.3 ov7725 圖像傳感器模塊圖像傳感器模塊本系統(tǒng)采用 ov7725 作為圖像傳感器，是一款硬件二值化攝像頭，速率可達 150 幀每秒，去噪點能力極強，二值化效果非常明顯，對黑白圖像的采集非常適用，能適應(yīng)各種光線情況下的圖像采集，對于本系統(tǒng)實現(xiàn)各種情況下的自動運行非常有利。Ov7725 傳感器模塊用 3.3V 電源供電，PCLK

50、引腳為時鐘信號線，通過設(shè)置時鐘信號來確認攝像頭處于工作模式的時序。VSYNC 為場中斷信號線，HREF 為行中斷信號線。本系統(tǒng)的 ov7725 基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)10是硬件二值化攝像頭，8 位數(shù)據(jù)線一次傳輸 8 位像素，CMOS D0D7 為 8 位數(shù)據(jù)線，先輸出則在高位，后輸出則在低位，數(shù)據(jù) 1 表示黑色，0 表示白色。Ov7725 采集到的圖像是模擬信號，通過硬件二值化，變成程序需要的數(shù)字信號，便于程序處理和分析，其原理圖如圖 3-3 所示：圖 3-3 ov7725 傳感器部分原理圖 3.4 電機驅(qū)動模塊電機驅(qū)動模塊本系統(tǒng)采用四片 BTS7971B 搭成電機驅(qū)動電路，即每

51、個電機使用兩片 BTS7971B 來驅(qū)動，原理跟 MOS 管搭建 H 橋相似，此種驅(qū)動方式驅(qū)動電流大，可以達到 18A，足夠把電機驅(qū)動起來，每套驅(qū)動電路使用 4 根線與核心控制器相連，2 個使能接口和 2 個 PWM接口。u1 為 74HC244 芯片，是一款高速 CMOS 器件，用于數(shù)據(jù)緩沖，在本此電機驅(qū)動中用于隔離緩沖，防止驅(qū)動電路突然過大的灌電流燒壞 MCU。u2、u3、u4、u5 為BTS7971B 芯片。INH 為使能端口，當 INH 為高電平時，芯片處于開始工作狀態(tài)；當INH 為低電平時，芯片處于睡眠模式。IN 引腳為 PWM 控制接口，通過對兩塊芯片的 IN引腳設(shè)置不同電平值，可

52、以控制電機正反轉(zhuǎn)，通過設(shè)置不同的 PWM 值則可以控制電機的轉(zhuǎn)速。兩塊芯片的 OUT 引腳分別接電機的正負極。驅(qū)動模塊通過 74HC244 與核心控制器連接，D1、D2、D3、D4 發(fā)光二極管用于顯示兩電機是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。當 D1 亮 D2 滅時，左邊電機正轉(zhuǎn)，當 D1 亮 D2 滅時，左邊電機反轉(zhuǎn)。當 D3 亮而 D4 滅時，右邊電機正轉(zhuǎn)，當 D3 滅 D4 亮時，右邊點擊反轉(zhuǎn)，當所有燈都滅時，電機不轉(zhuǎn)。電機驅(qū)動電路圖如圖 3-4 所示： 11圖 3-4 電機驅(qū)動電路圖3.5 穩(wěn)壓電源模塊穩(wěn)壓電源模塊為了使智能車能夠運行順暢，不出現(xiàn)突然停止的狀況，需要每個模塊都能正常工作。而供電穩(wěn)定是每個模

53、塊正常運行的基礎(chǔ)，系統(tǒng)電源模塊需要為其他的模塊提供它們需要的電壓，本系統(tǒng)通過建立穩(wěn)壓電路來給每個模塊提供它們所需要的電壓。智能車系統(tǒng)過使用 LM2940 穩(wěn)壓芯片建立的穩(wěn)壓電路來提供 5V 的電源，主要用于 5V 的攝像頭、邏輯芯片、運算放大器等供電，最大輸出電流為 1A。主控制芯片和 OLED 調(diào)試模塊采用 3.3V供電，為減少電源芯片的功耗，采用兩片 LM1117 穩(wěn)壓芯片來為主控制器和 LOED 供電。采用 LM2946 穩(wěn)壓芯片建立的穩(wěn)壓電路為舵機提供所需的電壓，并通過調(diào)節(jié)電位器來調(diào)節(jié)電壓大小，可調(diào)范圍是最小 3V，最大電流為 1.5A;順時針調(diào)節(jié)電位器，輸出電壓增大；逆時針調(diào)節(jié)電位器

54、，輸出電壓減少。 本系統(tǒng)設(shè)計的穩(wěn)壓電路圖如圖 3-5 所示： 基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)12圖 3-5 穩(wěn)壓模塊原理圖3.6 編碼器測速模塊編碼器測速模塊 本系統(tǒng)采用閉環(huán)方式控制電機，因此需要實時采集反饋小車的運行速度，以此來計算小車接下來的運行速度。本系統(tǒng)使用光電編碼器來采集小車的運行速度，光電編碼器通過計算脈沖的個數(shù)來計算電機旋轉(zhuǎn)的周數(shù)，比如電機每旋轉(zhuǎn)一周會輸出多少個脈沖這樣的方式來求得小車的速度。光電編碼器具有 3 跟引出線，分別為信號線、電源正極接線、電源負極接線，信號線接在核心控制器上，脈沖的個數(shù)就是通過信號線傳送給核心控制器。編碼器的供電電壓為 5V，其接口電路圖如圖 3

55、-6 所示：13圖 3-6 編碼器接口電路圖3.7 片外片外 A/D 電路電路A/D 電路用于數(shù)字值和模擬值的轉(zhuǎn)換，在本系統(tǒng)主要用在攝像頭采集圖像模塊的 AD轉(zhuǎn)換。雖然 K60 核心控制器自帶有了數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，但由于時鐘總線的限制以及 CPU 處理能力的上限，本系統(tǒng)使用 TLC5510 芯片當作片外數(shù)模轉(zhuǎn)換器,該數(shù)模轉(zhuǎn)換器由于讀取數(shù)據(jù)的速度比較慢，每行圖像采集到的有效點減少。相應(yīng)圖像的分辨率提高了一倍左右。TLC5510 芯片原理圖如圖 3-7 所示：圖 3-7 TLC5510 原理圖 基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)144 軟件與算法設(shè)計軟件與算法設(shè)計4.1 軟件設(shè)計概述軟件設(shè)計概述軟件

56、是存在于單片機內(nèi)一系列指令的集合，算法是實現(xiàn)程序某個功能的方法，算法與軟件是智能車的核心部分，需要花很多時間和精力去設(shè)計編寫。良好的控制算法與優(yōu)秀的軟件運行在良好的平臺上，將使智能車平穩(wěn)高速的行駛。軟件設(shè)計主要是針對圖像采集、電機控制和舵機控制等部分的程序編寫、編譯、調(diào)試。軟件設(shè)計所使用的軟件開發(fā)環(huán)境為 IAR Embedded Workbench IDE,使用 jlink 和bootloader 為開發(fā)板燒寫程序。IAR Embedded Workbench 是 IAR Systems 公司為微處理器開發(fā)的一個集成開發(fā)環(huán)境，支持各種芯片內(nèi)核平臺，比如 ARM、STC8052 等等 。IARs

57、ystem 公司提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和測試的每一階段，利用 IAR 集成開發(fā)環(huán)境，可以完成對核心控制器的程序編寫和編譯、調(diào)試以及實現(xiàn)預(yù)期的功能。系統(tǒng)軟件工作的總流程圖如圖 4-1 所示：15開始使能PIT10ms開始采集圖像，置開始標志，開中斷開始使能DMA開始采集，圖像解壓圖像處理，方向、速度控制等待采集完成DMA中斷，關(guān)閉DMA：保存圖像；置結(jié)束標志結(jié)束一次采集結(jié)束否是否是初始化各個模塊配置中斷服務(wù)圖 4-1 系統(tǒng)軟件工作總流程圖 基于 ARM 的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)164.2 圖像信息采集與處理圖像信息采集與處理4.2.1 圖像采集與顯示道路圖像的采集是系統(tǒng)運行的

58、至關(guān)重要的一部分，系統(tǒng)并不是一直處在圖像采集的過程中，程序運行期間碰到各種中斷的時候，CPU 需要離開當前事件的執(zhí)行，去執(zhí)行中斷函數(shù)里頭的事件。只是 CPU 處理速度快，人眼感覺不到這種細微的變化。當采集完圖像后，經(jīng)過解壓成灰度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)再通過 DMA 傳送灰度數(shù)據(jù)至系統(tǒng)的 LCD 液晶屏顯示或者上位顯示采集流程如圖 4-2 所示：開始攝像頭初始化設(shè)圖像標志為采集狀態(tài)采集是否完成圖像采集是否錯誤使能采集中斷，攝像頭開始掃描DMA傳輸采集的圖像LCD顯示結(jié)束關(guān)閉采集中斷是否否是圖 4-2 攝像頭圖像采集流程圖像采集關(guān)鍵代碼：17 IMG_FAIL; = gle_img_flaov7725_eag

59、 Qn);q(PORTA_IRdisable_ir else A_CH);(CAMERA_DMDMA_IRQ_EN PT7; (tmpsrc colour = +dst* ; 0 x01 & ) 1 (tmpsrc colour = +dst* ; 0 x01 & ) 2 (tmpsrc colour = +dst* ; 0 x01 & ) 3 (tmpsrc colour = +dst* ; 0 x01 & ) 4 (tmpsrc colour = +dst* ; 0 x01 & ) 5 (tmpsrc colour = +dst* ; 0 x01 &

60、amp; ) 6 (tmpsrc colour = +dst* ; 0 x01 & ) 7 (tmpsrc colour = +dst* +;+src* = psrc tm -)-srclen while( tmpsrc;uint8 減 減減減減減減 1 減 /00; 255, = colour2 uint8 色為白色和黑色4.3 路徑識別路徑識別圖像處理完成后，需要對圖像進行分析，判斷小車所處的路徑。本系統(tǒng)中設(shè)定的路徑直線、普通彎、大 S 彎、十字路口。對每一種路徑的識別本系統(tǒng)都是采用先找到跑道邊界的位置值，再找跑道中線的位置。再根據(jù)中線的位置判斷是哪種路徑。攝像頭采集到的一幅灰度圖像大小為 60*80 個像素點，60 行 80 列。對于每一個位置都有一個值 0 或 255。對于跑道邊線的提取，首先由近處跑道開