技術(shù)方案哈爾濱工程大學(xué)極品飛車1號副本課件

基于CCD傳感器循跡智能車的硬件及圖像處理設(shè)計哈爾濱工程大學(xué)極品飛車1號參賽隊員：喻聰，胡佳興，魏震宇指導(dǎo)教師：張愛筠，管鳳旭基于CCD傳感器循跡智能車的哈爾濱工程大學(xué)極品飛車1號參賽引言

攝像頭組主要通過攝像頭傳感器獲得圖像信息。機(jī)械結(jié)構(gòu)是智能車的基礎(chǔ)，一個穩(wěn)定，高效的電源系統(tǒng)是智能車穩(wěn)定運行的保障。在圖像采集上，我們采用硬件二值化方案，實現(xiàn)了高效，準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)。對采集到的數(shù)據(jù)我們通過圖像校正來對畸變的圖像進(jìn)行還原。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計上通過對攝像頭固定結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以保證智能車的穩(wěn)定運行。

本文將分別從機(jī)械結(jié)構(gòu)，硬件電路設(shè)計，圖像采集方案，圖像處理及傳感器應(yīng)用這5個方向進(jìn)行介紹。圖1.1極品飛車1號實物圖2引言攝像頭組主要通過攝像頭傳感器獲得圖像信息。機(jī)械結(jié)方形碳桿固定攝像頭圖像校正硬件二值化電源電路設(shè)計技術(shù)方案整體概覽3方形碳桿固定攝像頭圖像校正硬件二值化電源電路設(shè)計技術(shù)方案整體與A/D相比硬件二值化

的優(yōu)點：1.速度更快；2.電路簡單，穩(wěn)定，易于實現(xiàn)；3.可以通過電位器靈活調(diào)節(jié)閾值，具有一定的環(huán)境適應(yīng)能力；4.相比于AD采集數(shù)據(jù)量大大減小5.通過在二值化電路中設(shè)置滯回區(qū)間，能夠有效濾除圖像中的噪點，提高圖像質(zhì)量圖1.1通過AD轉(zhuǎn)換獲取的圖像圖1.2通過硬件二值化獲取的圖像1.1硬件二值化介紹及其優(yōu)勢1.硬件二值化方案的設(shè)計及實現(xiàn)4與A/D相比硬件二值化的優(yōu)點：圖1.1通過AD轉(zhuǎn)換獲取的1.2硬件二值化方案的設(shè)計方案一：滯回電壓比較型二值化電路圖1.3滯回電壓比較型二值化電路設(shè)計方案圖1.4.14倍放大之后信號圖像（1為原始信號，2為放大后信號）圖1.4.2經(jīng)比較器處理后信號圖像（1為原始信號，2為二值化信號）51.2硬件二值化方案的設(shè)計方案一：滯回電壓比較型二值化電路圖6方案一：滯回電壓比較型二值化電路6方案一：滯回電壓比較型二值化電路方案一：滯回電壓比較型二值化電路圖1.5滯回比較二值化電路原理圖7圖1.6在較為復(fù)雜的環(huán)境下仍有較好的效果調(diào)節(jié)電位器實現(xiàn)閾值的設(shè)定，通過液晶觀察圖像，調(diào)節(jié)其至最佳效果閾值調(diào)節(jié)方式：該方案的缺陷：

1.閾值無法變化，為固定值2.調(diào)節(jié)至適宜效果較為困難，需要有一定的調(diào)試經(jīng)驗方案一：滯回電壓比較型二值化電路圖1.5滯回比較二值化電路8方案二：自適應(yīng)二值化電路圖1.5自適應(yīng)二值化電路原理圖8方案二：自適應(yīng)二值化電路圖1.5自適應(yīng)二值化電路原理圖1.2硬件二值化方案的設(shè)計方案二：自適應(yīng)二值化電路該電路的工作原理如下：8550基極電流=（5—0.7—video）/120k集電極的電流I

=8550的β*基極電流

反向輸入的閾值電壓B

=I*R滑動雖然該方案實現(xiàn)了閾值動態(tài)，但是在實際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)該方案調(diào)節(jié)電位器時閾值變化較大，調(diào)節(jié)范圍相比于方案一減小較多。圖1.5自適應(yīng)二值化電路原理圖9Video處電壓8550基極電流閾值電壓B1.2硬件二值化方案的設(shè)計方案二：自適應(yīng)二值化電路該電路的工1.2硬件二值化方案的設(shè)計

經(jīng)過分析和實驗，我們得出結(jié)論：1.方案一在環(huán)境光較為均勻時效果最佳，并且在一些光線環(huán)境較為極端的環(huán)境下，若能正確調(diào)整閾值，可以成功的濾除干擾，獲得高質(zhì)量的圖像，但調(diào)試難度較大，難以找到最佳的閾值2.方案二在光線較為不均勻，環(huán)境光較為復(fù)雜但變化不是很劇烈的環(huán)境下具有較好的效果，并且對于多個不同環(huán)境都有較好的普適效果，具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。

最后綜合考慮，為了應(yīng)對不同的賽場環(huán)境，保證智能車的正常運行，我們決定設(shè)計一個攝像頭信號處理子板，將兩套方案整合在一塊PCB上，通過跳線帽切換，從而增強(qiáng)硬件二值化方案對于各種環(huán)境的適應(yīng)能力。

圖1.6攝像頭信號處理子板PCB圖1.7攝像頭信號處理子板實物圖101.2硬件二值化方案的設(shè)計經(jīng)過分析和實驗，我們得出結(jié)

2.1電源系統(tǒng)概述2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計11圖2.1第五屆至第七屆極品飛車1號電源系統(tǒng)圖2.1所示的方案為第五屆至第七屆極品飛車1號所采用的電源設(shè)計方案，該方案在較短的應(yīng)用時間內(nèi)具有較好的穩(wěn)定性，但是效率較低，發(fā)熱量較大，長時間工作易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此在這一屆我們對電源系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了較多的改進(jìn)。改進(jìn)后的方案如圖2.2所示圖2.2第八屆極品飛車1號電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)：穩(wěn)定，高效2.1電源系統(tǒng)概述2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計11圖2.2.2MCU及其外設(shè)供電系統(tǒng)設(shè)計圖2.2TPS73XX穩(wěn)壓方案2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計12圖2.2AMS1117，LM2940穩(wěn)壓方案老方案原理圖如圖2.2，存在以下2點缺點：1.AMS1117質(zhì)量良莠不齊，難以確保穩(wěn)定；2.LM2940紋波較大，且體積較大，并且其額定1A的電流已遠(yuǎn)超我們的需求

在新方案中，我們采用TPS7350和TPS7333分別提供3.3V和5V電源，其具有電源質(zhì)量高，紋波小，電路簡單，體積較小的優(yōu)點，其最大電流可輸出500mA,足以滿足MCU和外設(shè)的需求。2.2MCU及其外設(shè)供電系統(tǒng)設(shè)計圖2.2TPS73XX穩(wěn)

在本系統(tǒng)中，我使用的傳感器為SONY-CCD模擬攝像頭，需要12V電源進(jìn)行供電，而系統(tǒng)中所使用的電池能夠提供的電壓為7.2V至8.3V，無法直接滿足傳感器的需求，因此需要搭建升壓電路為攝像頭提供電源。

在方案設(shè)計上，由于智能車所使用的電池的電壓隨著智能車的運行在不斷變化，為了確保電源升壓后的穩(wěn)定性，我們?nèi)越梃b前幾屆的方案，決定先降壓穩(wěn)壓，之后利用穩(wěn)定的電源進(jìn)行升壓，確保CCD供電電源的穩(wěn)定。圖2.3

CCD攝像頭需要12V電源圖2.4

CCD攝像頭電源方案設(shè)計2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計132.3CCD攝像頭電源電路設(shè)計在本系統(tǒng)中，我使用的傳感器為SONY-CCD模擬攝像142.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計LM2940+LT1070的方案理論上可以作為CCD攝像頭的穩(wěn)定電源。但由于CCD攝像頭功耗較大，使得5V電源提供端的LM2940電流過大，導(dǎo)致LM2940嚴(yán)重發(fā)燙，嚴(yán)重時會導(dǎo)致整個主板溫度升高，不利于系統(tǒng)的長時間穩(wěn)定工作。同時，LM2940為線性穩(wěn)壓器件，其理論效率為40%左右，導(dǎo)致了該電源系統(tǒng)效率偏低，浪費了較多的電能，不利于使用電池作為電源的智能車系統(tǒng)長時間穩(wěn)定工作142.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計LM2940+LT107152.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計B0512SDC-DC模塊LM2596-5V穩(wěn)壓電路

查閱資料知，B0512S效率為86%，LM2596效率為93%，理論轉(zhuǎn)化總效率為：86%X93%=79.98%

相比于之前所應(yīng)用的LM2940+LT1070方案，該方案的效率具有了明顯的提升。雙開關(guān)電源設(shè)計152.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計B0512SLM2596-5V圖2.6

12V電源端原理圖圖2.5

5V電源端原理圖2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計16圖2.612V電源端原理圖圖2.55V電源端原理圖22.4舵機(jī)電源電路設(shè)計圖2.7

S-D5舵機(jī)參數(shù)圖2.8舵機(jī)電源端原理圖B車模的轉(zhuǎn)向舵機(jī)為S-D5數(shù)字舵機(jī)，由其參數(shù)可知，其推薦供電電壓為5.5V，正常工作電流為200mA，堵轉(zhuǎn)電流800mA。由其電流要求可知，一般的線性穩(wěn)壓器件即可滿足該舵機(jī)要求。我們采用LM2941搭建可調(diào)壓穩(wěn)壓電路，調(diào)整至5.5V為舵機(jī)供電。經(jīng)過實驗，該方案能夠滿足舵機(jī)的正常工作，并且發(fā)熱量較小。2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計172.4舵機(jī)電源電路設(shè)計圖2.7S-D5舵機(jī)參數(shù)圖2.82.5電路整體設(shè)計經(jīng)過實驗，該電路在穩(wěn)定工作的前提下效率相比于前幾屆的智能車電路明顯提升，穩(wěn)壓芯片的發(fā)熱量明顯減小，并且在電池電壓低至5.8V時仍能維持智能車控制系統(tǒng)和傳感器穩(wěn)定工作。遠(yuǎn)優(yōu)于之前的硬件系統(tǒng)。圖2.9主板上電源模塊部分2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計18設(shè)計思路：1.各個電源模塊分散布局，保證散熱良好；2.走線盡量加粗，盡量減少過孔，保證PCB板的穩(wěn)定性

2.5電路整體設(shè)計經(jīng)過實驗，該電路在穩(wěn)定工作的前提下效率相

攝像頭在提取圖像時，由于成象器件拍攝姿態(tài)和選用光學(xué)器件的種類不同，將會有不同程度的幾何失真，在前幾屆采用普通鏡頭時，圖像畸變的程度并不明顯。隨著比賽規(guī)則由雙線更改為單線，為了獲取更多有效的圖像信息，大多數(shù)隊伍都采用了廣角鏡頭，但采用廣角鏡頭會使圖像畸變嚴(yán)重，導(dǎo)致圖像處理的難度增加。圖3.1為更換廣角鏡頭后通過視頻采集卡獲得的圖像。由于攝像頭圖像采集回來的圖像除了有標(biāo)準(zhǔn)的梯形失真外，還有由鏡頭、偏振片等因素導(dǎo)致的不規(guī)則桶形失真和帕形失真。幾種常見的失真現(xiàn)象如圖3.2。圖3.2幾種常見的圖像失真現(xiàn)象圖3.1廣角鏡頭引起的桶形失真3.圖像校正19圖3.2幾種常見的圖像失真現(xiàn)象圖3.1廣角鏡頭對于失真圖像的校正，我們的研究思路是：任何一種幾何失真都可以用原始圖像坐標(biāo)和畸變圖像坐標(biāo)之間的關(guān)系加以描述，因而只需得到原始圖像坐標(biāo)和畸變圖像坐標(biāo)，就可以找出它們之間的對應(yīng)關(guān)系，對圖像進(jìn)行坐標(biāo)變換，從而得到校正圖像。

由于失真問題主要原因由于攝像頭鏡頭更換所引起，因此主要的圖像失真為桶形失真。我們只需對圖像中的桶形失真進(jìn)行校正就能獲得較好的效果。

通過校正前后的圖像對比，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過圖像校正后圖像失真明顯減少，降低了圖像處理的難度，同時也使圖像更加規(guī)則，穩(wěn)定。圖3.3校正前圖像圖3.4校正后圖像3.圖像校正20對于失真圖像的校正，我們的研究思路是：任何一種幾何失圖3.6智能車位于校正板圖3.7通過視頻采集卡獲得的圖像1.調(diào)整攝像頭的視野與前瞻，采集原始圖像

（1）將智能車放置于校正板上，調(diào)節(jié)攝像頭的高度和角度，利用視頻采集卡在電腦上觀察攝像頭采集到的圖像，將攝像頭調(diào)整至適宜的視野，固定攝像頭的高度與角度。

（2）保持智能車在校正板上位置不變，利用智能車本身采集圖像，存儲至SD卡中供上位機(jī)分析；

（3）用上位機(jī)提取SD卡中存儲的圖像，根據(jù)圖像調(diào)整程序中的圖像采集部分，使MCU看到的圖像與視頻采集卡的圖像大致相同即可圖3.8通過智能車獲得的圖像圖像校正主要步驟圖3.5圖像校正所用的校正板3.圖像校正21圖3.6智能車位于校正板圖3.7通過視頻采集卡1.調(diào)3.圖像校正22圖3.9

MCU采集到的標(biāo)準(zhǔn)分辨率圖像2.建立坐標(biāo)系，實現(xiàn)圖像變換圖3.10

MCU采集到的大分辨率圖像圖3.11校正后獲得的標(biāo)準(zhǔn)分辨率圖像在獲取圖像信息后，我們對校正前的大分辨率圖像和預(yù)期的圖像直接建立坐標(biāo)系關(guān)系，通過坐標(biāo)系實現(xiàn)坐標(biāo)變換，通過坐標(biāo)系變換求得圖像的校正數(shù)組，從而實現(xiàn)圖像校正。增大分辨率求取校正數(shù)組圖像校正3.圖像校正22圖3.9MCU采集到的2.建立坐標(biāo)系，實圖4.1典型的圓形碳桿固定攝像頭方案圖4.2圓形碳桿固定攝像頭方案自由度較高4.方形碳桿的攝像頭夾持方案23圓形碳桿固定攝像頭方案采用圓形碳桿作為攝像頭撐桿是一種廣泛應(yīng)用的攝像頭固定方案，采用圓形碳桿固定具有易于固定，結(jié)構(gòu)輕便，簡單，自由度高的優(yōu)點，但隨著該方案的普遍使用其問題也在不斷顯現(xiàn)……圖4.1典型的圓形碳桿圖4.2圓形碳桿固定攝像頭4.244.方形碳桿的攝像頭夾持方案相信大家在調(diào)車過程中都會遭遇這些問題……翻車導(dǎo)致攝像頭水平方向變歪攝像頭掛在雜物上導(dǎo)致俯仰角和水平方向改變車模高速運動時的攝像頭無規(guī)律多方向震顫攝像頭撞歪后僅憑手工操作難以恢復(fù)244.方形碳桿的攝像頭夾持方案相信大家在調(diào)車過程中都會遭遇即使是平常的調(diào)試過程中，這種情況會令智能車的調(diào)試效率大打折扣，很多時候大家不得花一定時間去重新校正攝像頭位置。若這些問題在比賽中發(fā)生，在修車時在沒有電腦輔助的情況下很難將其恢復(fù)至原始狀態(tài)……為了解決這些問題，我們決定采用方形碳桿的攝像頭夾持方案25即使是平常的調(diào)試過程中，這種情況會令智能車的調(diào)試效率大打折扣圖4.3采用方形碳桿固定攝像頭方案

經(jīng)過分析，討論和實驗，我們決定采用方形碳桿作為攝像頭撐桿，在使用圓形碳桿的攝像頭支架的基礎(chǔ)上進(jìn)行精細(xì)的打磨，使其適合方形碳桿，攝像頭撐桿底座采用廢舊A車車輪的結(jié)構(gòu)，在固定后使用502和AB膠粘牢，具有較高的堅固性。圖4.4方形碳桿的固定底座4.方形碳桿的攝像頭夾持方案26圖4.3采用方形碳桿固經(jīng)過分析，討論和實驗，我們274.方形碳桿的攝像頭夾持方案更加堅固的固定結(jié)構(gòu)方桿減小了車模運動時攝像頭不規(guī)則震顫減少了固定結(jié)構(gòu)自由度，僅能調(diào)節(jié)俯仰角，提高穩(wěn)定性通過液晶輔助可以很容易的恢復(fù)初始狀態(tài)274.方形碳桿的攝像頭夾持方案更加堅固方桿減小了減少了固定結(jié)論智能車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖281.實現(xiàn)了兩套方案的硬件二值化的成熟應(yīng)用2.搭建了一套成熟穩(wěn)定的電源電路3.通過圖像校正使得圖像處理變得更加穩(wěn)定可靠4.方形碳桿結(jié)構(gòu)使攝像頭固定更加穩(wěn)定堅固結(jié)論智能車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖281.實現(xiàn)了兩套方案的硬件二值化的謝謝!謝謝!基于CCD傳感器循跡智能車的硬件及圖像處理設(shè)計哈爾濱工程大學(xué)極品飛車1號參賽隊員：喻聰，胡佳興，魏震宇指導(dǎo)教師：張愛筠，管鳳旭基于CCD傳感器循跡智能車的哈爾濱工程大學(xué)極品飛車1號參賽引言

攝像頭組主要通過攝像頭傳感器獲得圖像信息。機(jī)械結(jié)構(gòu)是智能車的基礎(chǔ)，一個穩(wěn)定，高效的電源系統(tǒng)是智能車穩(wěn)定運行的保障。在圖像采集上，我們采用硬件二值化方案，實現(xiàn)了高效，準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)。對采集到的數(shù)據(jù)我們通過圖像校正來對畸變的圖像進(jìn)行還原。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計上通過對攝像頭固定結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以保證智能車的穩(wěn)定運行。

本文將分別從機(jī)械結(jié)構(gòu)，硬件電路設(shè)計，圖像采集方案，圖像處理及傳感器應(yīng)用這5個方向進(jìn)行介紹。圖1.1極品飛車1號實物圖31引言攝像頭組主要通過攝像頭傳感器獲得圖像信息。機(jī)械結(jié)方形碳桿固定攝像頭圖像校正硬件二值化電源電路設(shè)計技術(shù)方案整體概覽32方形碳桿固定攝像頭圖像校正硬件二值化電源電路設(shè)計技術(shù)方案整體與A/D相比硬件二值化

的優(yōu)點：1.速度更快；2.電路簡單，穩(wěn)定，易于實現(xiàn)；3.可以通過電位器靈活調(diào)節(jié)閾值，具有一定的環(huán)境適應(yīng)能力；4.相比于AD采集數(shù)據(jù)量大大減小5.通過在二值化電路中設(shè)置滯回區(qū)間，能夠有效濾除圖像中的噪點，提高圖像質(zhì)量圖1.1通過AD轉(zhuǎn)換獲取的圖像圖1.2通過硬件二值化獲取的圖像1.1硬件二值化介紹及其優(yōu)勢1.硬件二值化方案的設(shè)計及實現(xiàn)33與A/D相比硬件二值化的優(yōu)點：圖1.1通過AD轉(zhuǎn)換獲取的1.2硬件二值化方案的設(shè)計方案一：滯回電壓比較型二值化電路圖1.3滯回電壓比較型二值化電路設(shè)計方案圖1.4.14倍放大之后信號圖像（1為原始信號，2為放大后信號）圖1.4.2經(jīng)比較器處理后信號圖像（1為原始信號，2為二值化信號）341.2硬件二值化方案的設(shè)計方案一：滯回電壓比較型二值化電路圖35方案一：滯回電壓比較型二值化電路6方案一：滯回電壓比較型二值化電路方案一：滯回電壓比較型二值化電路圖1.5滯回比較二值化電路原理圖36圖1.6在較為復(fù)雜的環(huán)境下仍有較好的效果調(diào)節(jié)電位器實現(xiàn)閾值的設(shè)定，通過液晶觀察圖像，調(diào)節(jié)其至最佳效果閾值調(diào)節(jié)方式：該方案的缺陷：

1.閾值無法變化，為固定值2.調(diào)節(jié)至適宜效果較為困難，需要有一定的調(diào)試經(jīng)驗方案一：滯回電壓比較型二值化電路圖1.5滯回比較二值化電路37方案二：自適應(yīng)二值化電路圖1.5自適應(yīng)二值化電路原理圖8方案二：自適應(yīng)二值化電路圖1.5自適應(yīng)二值化電路原理圖1.2硬件二值化方案的設(shè)計方案二：自適應(yīng)二值化電路該電路的工作原理如下：8550基極電流=（5—0.7—video）/120k集電極的電流I

=8550的β*基極電流

反向輸入的閾值電壓B

=I*R滑動雖然該方案實現(xiàn)了閾值動態(tài)，但是在實際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)該方案調(diào)節(jié)電位器時閾值變化較大，調(diào)節(jié)范圍相比于方案一減小較多。圖1.5自適應(yīng)二值化電路原理圖38Video處電壓8550基極電流閾值電壓B1.2硬件二值化方案的設(shè)計方案二：自適應(yīng)二值化電路該電路的工1.2硬件二值化方案的設(shè)計

經(jīng)過分析和實驗，我們得出結(jié)論：1.方案一在環(huán)境光較為均勻時效果最佳，并且在一些光線環(huán)境較為極端的環(huán)境下，若能正確調(diào)整閾值，可以成功的濾除干擾，獲得高質(zhì)量的圖像，但調(diào)試難度較大，難以找到最佳的閾值2.方案二在光線較為不均勻，環(huán)境光較為復(fù)雜但變化不是很劇烈的環(huán)境下具有較好的效果，并且對于多個不同環(huán)境都有較好的普適效果，具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。

最后綜合考慮，為了應(yīng)對不同的賽場環(huán)境，保證智能車的正常運行，我們決定設(shè)計一個攝像頭信號處理子板，將兩套方案整合在一塊PCB上，通過跳線帽切換，從而增強(qiáng)硬件二值化方案對于各種環(huán)境的適應(yīng)能力。

圖1.6攝像頭信號處理子板PCB圖1.7攝像頭信號處理子板實物圖391.2硬件二值化方案的設(shè)計經(jīng)過分析和實驗，我們得出結(jié)

2.1電源系統(tǒng)概述2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計40圖2.1第五屆至第七屆極品飛車1號電源系統(tǒng)圖2.1所示的方案為第五屆至第七屆極品飛車1號所采用的電源設(shè)計方案，該方案在較短的應(yīng)用時間內(nèi)具有較好的穩(wěn)定性，但是效率較低，發(fā)熱量較大，長時間工作易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此在這一屆我們對電源系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了較多的改進(jìn)。改進(jìn)后的方案如圖2.2所示圖2.2第八屆極品飛車1號電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)：穩(wěn)定，高效2.1電源系統(tǒng)概述2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計11圖2.2.2MCU及其外設(shè)供電系統(tǒng)設(shè)計圖2.2TPS73XX穩(wěn)壓方案2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計41圖2.2AMS1117，LM2940穩(wěn)壓方案老方案原理圖如圖2.2，存在以下2點缺點：1.AMS1117質(zhì)量良莠不齊，難以確保穩(wěn)定；2.LM2940紋波較大，且體積較大，并且其額定1A的電流已遠(yuǎn)超我們的需求

在新方案中，我們采用TPS7350和TPS7333分別提供3.3V和5V電源，其具有電源質(zhì)量高，紋波小，電路簡單，體積較小的優(yōu)點，其最大電流可輸出500mA,足以滿足MCU和外設(shè)的需求。2.2MCU及其外設(shè)供電系統(tǒng)設(shè)計圖2.2TPS73XX穩(wěn)

在本系統(tǒng)中，我使用的傳感器為SONY-CCD模擬攝像頭，需要12V電源進(jìn)行供電，而系統(tǒng)中所使用的電池能夠提供的電壓為7.2V至8.3V，無法直接滿足傳感器的需求，因此需要搭建升壓電路為攝像頭提供電源。

在方案設(shè)計上，由于智能車所使用的電池的電壓隨著智能車的運行在不斷變化，為了確保電源升壓后的穩(wěn)定性，我們?nèi)越梃b前幾屆的方案，決定先降壓穩(wěn)壓，之后利用穩(wěn)定的電源進(jìn)行升壓，確保CCD供電電源的穩(wěn)定。圖2.3

CCD攝像頭需要12V電源圖2.4

CCD攝像頭電源方案設(shè)計2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計422.3CCD攝像頭電源電路設(shè)計在本系統(tǒng)中，我使用的傳感器為SONY-CCD模擬攝像432.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計LM2940+LT1070的方案理論上可以作為CCD攝像頭的穩(wěn)定電源。但由于CCD攝像頭功耗較大，使得5V電源提供端的LM2940電流過大，導(dǎo)致LM2940嚴(yán)重發(fā)燙，嚴(yán)重時會導(dǎo)致整個主板溫度升高，不利于系統(tǒng)的長時間穩(wěn)定工作。同時，LM2940為線性穩(wěn)壓器件，其理論效率為40%左右，導(dǎo)致了該電源系統(tǒng)效率偏低，浪費了較多的電能，不利于使用電池作為電源的智能車系統(tǒng)長時間穩(wěn)定工作142.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計LM2940+LT107442.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計B0512SDC-DC模塊LM2596-5V穩(wěn)壓電路

查閱資料知，B0512S效率為86%，LM2596效率為93%，理論轉(zhuǎn)化總效率為：86%X93%=79.98%

相比于之前所應(yīng)用的LM2940+LT1070方案，該方案的效率具有了明顯的提升。雙開關(guān)電源設(shè)計152.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計B0512SLM2596-5V圖2.6

12V電源端原理圖圖2.5

5V電源端原理圖2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計45圖2.612V電源端原理圖圖2.55V電源端原理圖22.4舵機(jī)電源電路設(shè)計圖2.7

S-D5舵機(jī)參數(shù)圖2.8舵機(jī)電源端原理圖B車模的轉(zhuǎn)向舵機(jī)為S-D5數(shù)字舵機(jī)，由其參數(shù)可知，其推薦供電電壓為5.5V，正常工作電流為200mA，堵轉(zhuǎn)電流800mA。由其電流要求可知，一般的線性穩(wěn)壓器件即可滿足該舵機(jī)要求。我們采用LM2941搭建可調(diào)壓穩(wěn)壓電路，調(diào)整至5.5V為舵機(jī)供電。經(jīng)過實驗，該方案能夠滿足舵機(jī)的正常工作，并且發(fā)熱量較小。2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計462.4舵機(jī)電源電路設(shè)計圖2.7S-D5舵機(jī)參數(shù)圖2.82.5電路整體設(shè)計經(jīng)過實驗，該電路在穩(wěn)定工作的前提下效率相比于前幾屆的智能車電路明顯提升，穩(wěn)壓芯片的發(fā)熱量明顯減小，并且在電池電壓低至5.8V時仍能維持智能車控制系統(tǒng)和傳感器穩(wěn)定工作。遠(yuǎn)優(yōu)于之前的硬件系統(tǒng)。圖2.9主板上電源模塊部分2.智能車系統(tǒng)的電源設(shè)計47設(shè)計思路：1.各個電源模塊分散布局，保證散熱良好；2.走線盡量加粗，盡量減少過孔，保證PCB板的穩(wěn)定性

2.5電路整體設(shè)計經(jīng)過實驗，該電路在穩(wěn)定工作的前提下效率相

攝像頭在提取圖像時，由于成象器件拍攝姿態(tài)和選用光學(xué)器件的種類不同，將會有不同程度的幾何失真，在前幾屆采用普通鏡頭時，圖像畸變的程度并不明顯。隨著比賽規(guī)則由雙線更改為單線，為了獲取更多有效的圖像信息，大多數(shù)隊伍都采用了廣角鏡頭，但采用廣角鏡頭會使圖像畸變嚴(yán)重，導(dǎo)致圖像處理的難度增加。圖3.1為更換廣角鏡頭后通過視頻采集卡獲得的圖像。由于攝像頭圖像采集回來的圖像除了有標(biāo)準(zhǔn)的梯形失真外，還有由鏡頭、偏振片等因素導(dǎo)致的不規(guī)則桶形失真和帕形失真。幾種常見的失真現(xiàn)象如圖3.2。圖3.2幾種常見的圖像失真現(xiàn)象圖3.1廣角鏡頭引起的桶形失真3.圖像校正48圖3.2幾種常見的圖像失真現(xiàn)象圖3.1廣角鏡頭對于失真圖像的校正，我們的研究思路是：任何一種幾何失真都可以用原始圖像坐標(biāo)和畸變圖像坐標(biāo)之間的關(guān)系加以描述，因而只需得到原始圖像坐標(biāo)和畸變圖像坐標(biāo)，就可以找出它們之間的對應(yīng)關(guān)系，對圖像進(jìn)行坐標(biāo)變換，從而得到校正圖像。

由于失真問題主要原因由于攝像頭鏡頭更換所引起，因此主要的圖像失真為桶形失真。我們只需對圖像中的桶形失真進(jìn)行校正就能獲得較好的效果。

通過校正前后的圖像對比，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過圖像校正后圖像失真明顯減少，降低了圖像處理的難度，同時也使圖像更加規(guī)則，穩(wěn)定。圖3.3校正前圖像圖3.4校正后圖像3.圖像校正49對于失真圖像的校正，我們的研究思路是：任何一種幾何失圖3.6智能車位于校正板圖3.7通過視頻采集卡獲得的圖像1.調(diào)整攝像頭的視野與前瞻，采集原始圖像

（1）將智能車放置于校正板上，調(diào)節(jié)攝像頭的高度和角度，利用視頻采集卡在電腦上觀察攝像頭采集到的圖像，將攝像頭調(diào)整至適宜的視野，固定攝像頭的高度與角度。

（2）保持智能車在校正板上位置不變，利用智能車本身采集圖像，存儲至SD卡中供上位機(jī)分析；

（3）用上位機(jī)提取SD卡中存儲的圖像，根據(jù)圖像調(diào)整程序中的圖像采集部分，使MCU看到的圖像與視頻采集卡的圖像大致相同即可圖3.8通過智能車獲得的圖像圖像校正主要步驟圖3.5圖像校正所用的校正板3.圖像校正50圖3.6智能車位于校正板圖3.7通過視頻采集卡1.調(diào)3.圖像校正51圖3.9

MC