飞思卡尔摄像头循迹智能车硬件部分设计

赵富琦 袁超 李飞

摘要： 这个课题介绍的是一种C型车系统，是飞思卡尔大赛指定的一种车型。该系统以K60为核心，通过OV7620摄像头采集赛道信息传输到单片机进行数据处理，驱动部分则采用MOSET管搭建的电路。在不同的路况条件下，通过上述的系统致使舵机转动控制方向等，从而完成智能循迹促使智能车在整个赛道的正常行驶。人机交互也是一个很重要的模块。便于调试以及改进系统，也能更好的掌握整个车智能车的各种参数情况。经过各种测试以及实验确定该系统可行。该模块是通过蓝牙传输完成的。

关键词： 飞思卡尔;循迹;蓝牙传输;K60

中图分类号： TP273    文献标识码： A    文章编号： 1672-9129（2018）09-0106-01

Abstract：  This topic introduces a C-type vehicle system， which is designated by Freescale Grand Prix. The system takes K60 as the core， collects track information through OV7620 camera and transmits it to MCU for data processing， and the drive part uses MOSET circuit. Under different road conditions， the above system causes the steering gear to rotate and control the direction， so as to complete the intelligent tracking to promote the normal operation of the intelligent vehicle in the entire track. Human computer interaction is also a very important module. It is easy to debug and improve the system， and it can better grasp all kinds of parameters of the whole car smart car. After various tests and experiments， it is confirmed that the system is feasible. The module is completed through Bluetooth transmission.

Keywords： Freescale Carle;tracking;Bluetooth transmission;K60

1 引言

伴随着科学与技术的不断发展，智能系统的应用越加广泛，而智能车系统更是被人们倍加关注。智能车系统依靠人工智能，有着比常规车系统更加优越的性质，尤其是安全行车方面更是令人期待。因此，智能车系统的发展前景以及应用越加广泛，而这一全新的概念也必将成为未来汽车产业的主流。

2 方案分析与模型设计

2.1 课题设计思路。本课题简单说明了飞思卡尔智能车循迹硬件部分的设计，智能车MK60DN512VLQ10为核心芯片，通过和其他模块的合作运行，最终实现智能车系统稳定可行。

飞思卡尔摄像头组只能趁循迹在获取赛道信息方面我们采用的摄像头是OV7620，它是一种数字摄像头，相对于模拟摄像头来说更加简单。摄像头采集赛道信息之后传输到核心处理模块，处理模块以MK60DN512VLQ10单片机为核心。在单片机根据不同的赛道情况进行处理之后由电机驱动实现智能行驶。整个智能车主要包含：输入模块;核心处理模块;输出模块;电源模块等。

2.2模型设计。根据上节我们所介绍的基本模块，我们得到了模型设计的主体。如下图所示：

3 硬件电路设计

3.1 整体硬件构架。在整体的硬件设计下，不仅要保证电路的稳定，而且要在这个前提下尽量的精简电路。我们的硬件系统的主要部分为K60最小单片机系统模块、图像处理系统模块、电机驱动系统模块以及其他接口模块。我们在设计时，电路的简洁是一方面，减少电路元件的使用数量等是另一方面。这些都是为了减轻重量，同时也为了安装的简便。最后在详细的分析之后，再进行合理的布局。在电源部分我们采用独立的电源给各个模块供电，这样可以最大程度的减少各模块之间的相互影响和干扰。比如驱动模块电路的电流会比较大，对整个系统的影响也就比较大，所以我们用一个隔离电路进行了隔离处理，以减少影响。

3.2 核心模块。在摄像头采集到的视频信号中包含了各种信号。处理方法是分离各种信号得到其逻辑关系。

小车高速行驶在直道上时，当车道变化时，车的转角和速度也要做出相应变化，例如由直道转入弯道时，原则是曲率越小，变化角度越小，速度变化也就越小;曲率越大，则正好相反。

小车也有可能遇到多种复杂的路面情况，比如大小S弯等，在处理模块判断出具体路况的基础上，同时算法上也要根据情况做出改变，这样才能更快速更平稳通过赛道。不同的控制信号是通过不同的检测再根据不同的位置给出的，同时由小车转过一定的角度来控制各种方向。

总之，小车可以根据摄像头对不同赛道信息的采集情况，经过处理后，给出相应的输出信号。3.3 电源模块。各种基础模块的的运行还需要高效稳定的电源给予供电。本论文电源模块主要包含三个部分，即3.3V、5V和6V供电。

3.4 输入模块。目前可以买到的摄像头主要是CCD和COS两种摄像头。前者具备较高的对比度，优点是动态特性虽然比较好。但是需要在12V电压下才能工作，所以比较耗电;而COS耗电相对来说就小的多，只需要5V电源供电。我们选择OV7620就是根据以上分析得出的最终结果，其内置10位双通道A/D转换器，具备自动白平衡和自动增益的特点，更能对亮度、对比度、饱和度进行调节，更加适应智能车在行驶时对信息采集的要求。同时使用数字摄像头可以通过SCCB协议对摄像头进行优化，并且可以通过K60的DMA功能实现端口寄存器到图像数组的快速传输而且不占用CPU资源。所以我们毅然选擇了OV7620摄像头。

3.5 输出模块。电路的驱动部分在今天的技术下无疑有很多方法可以实现，比如使用专用电机驱动芯片和使用MOSET搭建H桥。传统的使用芯片方案优点是使用方便，稳定性能好，具有内置过压、过流保护。而H桥则具有高电流负载能力、低阻抗的优点。所以我们采用第二种方法方法来驱动电机。

4 调试与改进

驱动模块对齿轮的传动机构的要求是比较大的，安装的位置若是不恰当，则会大大增加电机驱动部分差速器的负载，从而进一步影响智能车的速度和性能。在调整过程中我们主要遵循以下原则：每两个传动齿轮的轴始终保持平行，之间的间隙要保证在一定的大小，不能过松也不能过紧，那么怎么才能判断齿轮松紧真好呢？我们是通过听声音判断的。声音刺耳则间隙过大，沉闷而迟滞则说明间隙过小。

控制系统中最重要的是环境参数的确定，在环境参数的确定方面采用传感器采集的数据，归一化时需要进行转换，在设计智能车的时候进行了多次调整。还通过调整各模块的精确位置，使得传感器采集变量作为归一化的标准。这样就可以更好的适应各种环境的变化。

重心的调整也很重要，因为这样可以让小车在弯道行驶的更加稳定、高速。调整的要点是整体的布局和重心的高低。其中在高度方面可以在底盘的调整和各种模块的调整，在保证小车顺利运行的情况下，尽量降低底盘，这样可以在整体上降低重心位置;整体布局方面的原则是均匀、对称。

参考文献：

[1]马光.《单片机原理及应用》[M].北京：机械工业出版社.2006

[2]阎石.《数字电子技术基础》[M].北京：高等教育出版社.2006

[3]何树林.浅谈智能汽车及其相关问题[J].汽车工业研究，2010（9）：28-30.