智能車在探測.救生等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，針對(duì)圖像識(shí)別智能車缺乏穩(wěn)定的運(yùn)行狀況，提出一套完整的硬件設(shè)計(jì)思路.該系統(tǒng)以飛思卡爾公司的MC9S12XSl28單片機(jī)為核心控制器，設(shè)計(jì)智能車整體硬件系統(tǒng)框架，并詳細(xì)給出了智能車電源單元電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)控制的電路圖、通過分析路徑信息采集、速度信息采集、以及對(duì)輸入/輸出模塊與單片機(jī)連接，說明如何構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng).以上硬件系統(tǒng)應(yīng)用在智能車中得到了穩(wěn)定的運(yùn)行.

　　0 引言

　　近年來，智能車輛和智能交通已成為汽車和智能控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一.智能車即輪式移動(dòng)機(jī)器人，智能車的設(shè)計(jì)涉及模式識(shí)別.傳感技術(shù).電子.控制.計(jì)算機(jī).機(jī)械和電源等多個(gè)學(xué)科.智能小車能在非特定環(huán)境下工作，在探測.救生等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)智能循跡系統(tǒng)的研制和改進(jìn)，對(duì)上述領(lǐng)域產(chǎn)品的研發(fā)具有推動(dòng)作用.

　　本文以第七屆飛思卡爾智能車比賽為背景，討論攝像頭識(shí)別的智能車在復(fù)雜道路條件下的運(yùn)行情況.該系統(tǒng)采用MC9S12XS128微控制器作為核心控制器并結(jié)合OV7620 圖像傳感器獲取路況信息.微控制器輸出三路PWM信號(hào)，其中兩路用來控制車速，一路用來控制舵機(jī)的方向.三路信號(hào)均通過調(diào)節(jié)PWM 信號(hào)的占空比，來控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn).反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和舵機(jī)的轉(zhuǎn)向.

　　實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車的良好精確的控制，沒有一套合理穩(wěn)定的硬件電路是難以保證智能車的良好運(yùn)行.本文主要對(duì)智能車的硬件系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì).

　　1 智能車硬件系統(tǒng)整體框架

　　智能車硬件系統(tǒng)主要包括控制器.電源電路單元.輸入設(shè)置.攝像頭OV7620圖像采集.車速檢測.舵機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，串口通信等模塊.按照以上模塊的功能，小車的硬件系統(tǒng)可以分成：電源部分.信息獲取部分.信息處理部分.實(shí)時(shí)控制和輸入/輸出部分，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng).圖1為智能車整體硬件組成系統(tǒng).

　　智能車競賽攝像頭組的小車用攝像頭采集道路信息，利用采集到兩條黑色邊界線和白色賽道的灰度值不同，識(shí)別道路狀況，通過處理采集到的圖像，對(duì)小車實(shí)施實(shí)時(shí)控制.本文利用單片機(jī)MC9S12XSl28處理采集到的數(shù)據(jù)，用舵機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制小車的運(yùn)行.

　　智能車設(shè)計(jì)的完整方案是：用攝像頭采集道路信息，攝像頭內(nèi)部集成了ADC 和圖像的行場分離芯片LM1881.根據(jù)采集到的一場圖像情況，計(jì)算出賽道的曲率半徑，對(duì)于賽道不同彎曲程度，用不同的PWM信號(hào)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得小車能夠智能化的沿著賽道行駛.

　　2 智能車硬件電路各部分的設(shè)計(jì)

　　2.1 電源電路單元

　　整個(gè)智能車的供電來自充電電池，正常情況下充電電池電壓為7.2 V,電池容量為2 A·h.智能車各模塊對(duì)電源的要求不同，特別是對(duì)電壓的要求，以及對(duì)電壓穩(wěn)定性的要求，所以需要選擇不同的穩(wěn)壓芯片.從電池中分離出不同的電壓，給各部分模塊供電.圖2為智能車供電系統(tǒng).

　　以上電路的設(shè)計(jì)為防止電路之間產(chǎn)生干擾，采取了各模塊分離電源供電.舵機(jī)比較特殊，需要的電源電壓是6 V,這里采用LM2587-6 穩(wěn)壓塊.具體電路如圖3所示.

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用能夠輸出大電流的LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，能夠輸出3 A的驅(qū)動(dòng)電流.該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150 kHz,與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件.由于該器件只需4 個(gè)外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更優(yōu)化了LM2596 的使用，極大地簡化了開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì).具體電路如圖4所示.

　　由于數(shù)字?jǐn)z像頭對(duì)電壓要求比較高，一般采用線性穩(wěn)壓電源，不用開關(guān)電壓調(diào)節(jié)，其輸出有尖峰.這里采用LM2940 穩(wěn)壓塊，數(shù)字?jǐn)z像頭.測速模塊.串口通信.單片機(jī)分別采用單獨(dú)的電源輸出，避免之間發(fā)生干擾.

　　具體電路如圖5所示.

　　2.2 實(shí)時(shí)控制部分硬件設(shè)計(jì)

　　智能車實(shí)時(shí)控制部分主要包括車速和車的轉(zhuǎn)型控制即舵機(jī)控制，車速部分主要是取決于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的中的PWM,下面分別對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和對(duì)舵機(jī)控制做介紹.

　　2.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

　　智能車的動(dòng)力部分使用小型永磁式直流電機(jī)，可用分離元件組成的驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)，也可用一體化的集成驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng).為了簡化電路板，減輕小車的重量，本智能車采用一體化的專用集成驅(qū)動(dòng)芯片BTS7970.用單片機(jī)的引腳PWM0 和PWM1 輸出PWM 脈沖信號(hào)，通過兩路驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)加速，減速，停車的實(shí)現(xiàn).由于兩路驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)一個(gè)類型，這里給出其中一路外圍電路，如圖6所示.

　　2.2.2 舵機(jī)控制

　　舵機(jī)又名伺服電機(jī)，本智能車采用舵機(jī)S3010,通過輸出周期為20 ms 的PWM 信號(hào)來控舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度.

　　舵機(jī)有三條線一個(gè)地線，一個(gè)電源線接6 V,控制信號(hào)線通過單片機(jī)PWM5引入，通過單片機(jī)輸出的PWM 信號(hào)的占空比來控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向角度.

　　2.3 信息獲取與輸入/輸出部分

　　信息獲取部分包括攝像頭采集的數(shù)字圖像.編碼器的測速獲得的車速信息.輸入通過撥碼開關(guān)設(shè)計(jì)幾個(gè)檔位，實(shí)現(xiàn)不同的車速，以及完成智能車的調(diào)試.具體電路如圖7所示.

　　圖7中的數(shù)字?jǐn)z像有采用集成模塊OV7620與單片機(jī)直接連接，8位數(shù)據(jù)線直接與單片機(jī)8位數(shù)據(jù)口連接，行場中斷分別與單片機(jī)PT 口相連接，完成圖像的采集.單片機(jī)的有兩個(gè)串口，用其中一個(gè)通過MAX232電平轉(zhuǎn)換和電腦實(shí)現(xiàn)通信.測速模塊與單片的PT口當(dāng)中一個(gè)端口連接，實(shí)現(xiàn)速度的采集.8位撥碼開關(guān)與單片機(jī)的8位端口連接，將端口設(shè)置為輸入口.

　　3 結(jié)語

　　智能車系統(tǒng)根據(jù)個(gè)人實(shí)現(xiàn)功能不同，硬件電路有所不同，與相關(guān)的軟件程序有關(guān).本文主要介紹了基于攝像頭的智能車的硬件設(shè)計(jì)電路，詳細(xì)的設(shè)計(jì)智能車的電源部分，電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，由于篇幅有限，只給出信息獲取和輸入/輸出與單片機(jī)連接框圖，說明與單片機(jī)的連接情況.