本實(shí)用新型涉及智能控制領(lǐng)域，具體涉及一種智能車行進(jìn)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，越來越多的人擁有自己的愛車，可是隨著車數(shù)量的增多，每年發(fā)生的車禍也在逐年遞增。就目前來說，車禍?zhǔn)遣豢杀苊獾模梢酝ㄟ^人們對(duì)交通法規(guī)的遵守程度和對(duì)自身生命的重視程度來減少車禍發(fā)生率，但如果可以把智能車的功能加到汽車上，那就可以把車禍率降到最低了。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供了一種智能車行進(jìn)控制系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的一種智能車行進(jìn)控制系統(tǒng)的方案是，包括攝像頭、旋轉(zhuǎn)編碼器、顯示器、主控板、舵機(jī)和電機(jī)，所述主控板分別連接攝像頭和旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入輸出端，所述主控板還分別連接顯示器、舵機(jī)和電機(jī)的輸入端；

所述主控板包括主控模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，所述主控模塊的輸出端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別連接舵機(jī)和電機(jī)。

所述主控模塊包括電源穩(wěn)壓單元、信號(hào)采集單元、處理單元、按鍵、撥碼開關(guān)調(diào)試單元和蜂鳴器；所述處理單元分別連接信號(hào)采集單元、按鍵、撥碼開關(guān)調(diào)試單元和蜂鳴器；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括DC-DC升壓單元和電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，所述DC-DC升壓單元的電源輸出連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的電源輸入。

所述主控板上還設(shè)有藍(lán)牙模塊，所述藍(lán)牙模塊與上位機(jī)無線交互并且與主控模塊相連。

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的電路包括MOS管驅(qū)動(dòng)電路和H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；

所述MOS管驅(qū)動(dòng)電路包括IR2104、第一電容C1、第二電容C2和第一二極管D1，所述IR2104的1腳接電源和通過第一電容C1接地，所述IR2104的2腳連接主控板的信號(hào)輸出端、3腳接電源和通過第一電容C1接地，所述IR2104的4腳接地、8腳連接第一二極管D1的負(fù)極，所述第一二極管D1的正極接電源，所述IR2104的6腳通過第二電容C2接第一二極管D1的負(fù)極，所述IR2104的5腳和7腳輸出信號(hào)到H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；

所述H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4，所述第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4的1腳分別對(duì)應(yīng)通過第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4連接MOS管驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出；所述第一MOS管M1的2腳接電源、3腳連接第五二極管D5的正極并通過第五二極管D5與電源相接，所述第二MOS管M2的2腳接電源、3腳連接第二二極管D2的正極并通過第二二極管D2與電源相接，所述第三MOS管M3的3腳接電源、2腳連接第三二極管D3的負(fù)極并通過第三二極管D3與電源相接，所述第四MOS管M4的3腳接電源、2腳連接第四二極管D4的負(fù)極并通過第四二極管D4與電源相接；所述第一MOS管M1的3腳與第三MOS管M3的2腳相連并輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到電機(jī)、所述第二MOS管M2的3腳與第四MOS管M4的2腳相連并輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到電機(jī)。

所述電源穩(wěn)壓單元的電路包括以下，

3.3V穩(wěn)壓電路，包括LM1084、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和第六電容C6，所述LM1084的3腳接輸入電源、2腳輸出、1腳接地；所述第三電容C3和第四電容C4并聯(lián)后一端接LM1084的1腳，另一端接LM1084的3腳；所述第五電容C5和第六電容C6并聯(lián)后一端接LM1084的1腳，另一端接LM1084的2腳；

5V穩(wěn)壓電路，包括LM2940、第七電容C7、第八電容C8、第九電容C9、第十電容C10和第十一電容C11；所述LM2940的1腳接電源輸入、2腳和4腳接地、3腳輸出；所述第七電容C7和第八電容C8并聯(lián)后一端接LM2940的1腳，另一端接地；所述第九電容C9、第十電容C10和第十一電容C11并聯(lián)后一端接LM2940的3腳，另一端接地；

6V穩(wěn)壓電路，包括LM2941、第十二電容C12和第十三電容C13，所述LM2941的1腳通過第六電阻R6接地和通過第五電阻R5接LM2941的5腳；所述LM2941的2腳接地和通過第十三電容C13接電源輸入，所述LM2941的3腳接地、4腳接電源輸入，所述LM2941的5腳輸出電壓和通過第十二電容C12接地。

所述DC-DC升壓單元的電路包括MC34063、第十四電容C14、第十五電容C15和第十六電容C16，所述MC34063的1腳通過第一電感L1接輸入電源和連接第三二極管D3的正極并通過第三二極管D3輸出電壓，所述MC34063的2腳和4腳接地、3腳通過第十六電容C16接地，所述MC34063的5腳通過第八電阻R8和第九電阻R9接第三二極管D3的負(fù)極，所述MC34063的5腳還通過第十電阻R10接地，所述MC34063的6腳和7腳接輸入電源，同時(shí)通過第十五電容C15接地，所述MC34063的8腳通過第七電阻R7接輸入電源；所述第十四電容C14的一端接第三二極管D3的負(fù)極，另一端接地。

本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)可根據(jù)路徑不同進(jìn)行自動(dòng)加減速，根據(jù)速度不同可自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)彎角度，搭載的攝像頭傳感器可根據(jù)實(shí)際情況改變被攝像頭識(shí)別的標(biāo)志，OLED顯示器可以顯示智能車參數(shù)和攝像頭采集的二值化圖像。

2、本實(shí)用新型搭載的藍(lán)牙模塊可以遠(yuǎn)程操控智能車啟動(dòng)或停車。

3、本實(shí)用新型利用攝像頭采集現(xiàn)場環(huán)境圖像，通過藍(lán)牙模塊遠(yuǎn)程傳輸?shù)缴衔粰C(jī)對(duì)環(huán)境進(jìn)行觀察分析。

附圖說明

圖1為實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為MOS管驅(qū)動(dòng)電路圖；

圖3為H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖；

圖4為3.3伏穩(wěn)壓電路圖；

圖5為5伏穩(wěn)壓電路圖；

圖6為6伏穩(wěn)壓電路圖；

圖7為DC-DC升壓電路圖；

圖8為H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的原理圖；

圖9為電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電路示意圖；

圖10為電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電路示意圖；

圖11為本實(shí)用新型的軟件流程圖；

圖12為攝像頭掃描示意圖；

圖13為進(jìn)行濾波處理前的圖像示意圖；

圖14為進(jìn)行濾波處理后的圖像示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的一種智能車行進(jìn)控制系統(tǒng)做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型的一種智能車行進(jìn)控制系統(tǒng)，包括攝像頭1、旋轉(zhuǎn)編碼器2、顯示器3、主控板4、舵機(jī)5和電機(jī)6，主控板4分別連接攝像頭1和旋轉(zhuǎn)編碼器2的輸入輸出端，主控板4還分別連接顯示器3、舵機(jī)5和電機(jī)6的輸入端。

主控板4包括主控模塊7和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊8，主控模塊7的輸出端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊8的輸入端，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊8分別連接舵機(jī)5和電機(jī)6。

主控模塊7包括電源穩(wěn)壓單元11、信號(hào)采集單元12、處理單元13、按鍵14、撥碼開關(guān)調(diào)試單元15和蜂鳴器16；處理單元13分別連接信號(hào)采集單元12、按鍵14、撥碼開關(guān)調(diào)試單元15和蜂鳴器16；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊8包括DC-DC升壓單元17和電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元18，DC-DC升壓單元17的電源輸出連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元18的電源輸入。

主控板4上還設(shè)有藍(lán)牙模塊9，藍(lán)牙模塊9與上位機(jī)10無線交互并且與主控模塊7相連。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元18的電路包括MOS管驅(qū)動(dòng)電路和H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；

如圖2所示，MOS管驅(qū)動(dòng)電路包括IR2104、第一電容C1、第二電容C2和第一二極管D1，IR2104的1腳接電源和通過第一電容C1接地，IR2104的2腳連接主控板的信號(hào)輸出端、3腳接電源和通過第一電容C1接地，IR2104的4腳接地、8腳連接第一二極管D1的負(fù)極，第一二極管D1的正極接電源，IR2104的6腳通過第二電容C2接第一二極管D1的負(fù)極，IR2104的5腳和7腳輸出信號(hào)到H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；

如圖3所示，H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4，第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4的1腳分別對(duì)應(yīng)通過第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4連接MOS管驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出；第一MOS管M1的2腳接電源、3腳連接第五二極管D5的正極并通過第五二極管D5與電源相接，第二MOS管M2的2腳接電源、3腳連接第二二極管D2的正極并通過第二二極管D2與電源相接，第三MOS管M3的3腳接電源、2腳連接第三二極管D3的負(fù)極并通過第三二極管D3與電源相接，第四MOS管M4的3腳接電源、2腳連接第四二極管D4的負(fù)極并通過第四二極管D4與電源相接；第一MOS管M1的3腳與第三MOS管M3的2腳相連并輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到電機(jī)、第二MOS管M2的3腳與第四MOS管M4的2腳相連并輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到電機(jī)。

電源穩(wěn)壓單元的電路包括以下：

如圖4所示，3.3V穩(wěn)壓電路包括LM1084、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和第六電容C6， LM1084的3腳接輸入電源、2腳輸出、1腳接地；第三電容C3和第四電容C4并聯(lián)后一端接LM1084的1腳，另一端接LM1084的3腳；第五電容C5和第六電容C6并聯(lián)后一端接LM1084的1腳，另一端接LM1084的2腳；

如圖5所示，5V穩(wěn)壓電路包括LM2940、第七電容C7、第八電容C8、第九電容C9、第十電容C10和第十一電容C11；LM2940的1腳接電源輸入、2腳和4腳接地、3腳輸出；第七電容C7和第八電容C8并聯(lián)后一端接LM2940的1腳，另一端接地；第九電容C9、第十電容C10和第十一電容C11并聯(lián)后一端接LM2940的3腳，另一端接地；

如圖6所示，6V穩(wěn)壓電路包括LM2941、第十二電容C12和第十三電容C13，LM2941的1腳通過第六電阻R6接地和通過第五電阻R5接LM2941的5腳；LM2941的2腳接地和通過第十三電容C13接電源輸入，LM2941的3腳接地、4腳接電源輸入，LM2941的5腳輸出電壓和通過第十二電容C12接地。

如圖7所示，DC-DC升壓單元的電路包括MC34063、第十四電容C14、第十五電容C15和第十六電容C16，MC34063的1腳通過第一電感L1接輸入電源和連接第三二極管D3的正極并通過第三二極管D3輸出電壓，MC34063的2腳和4腳接地、3腳通過第十六電容C16接地，MC34063的5腳通過第八電阻R8和第九電阻R9接第三二極管D3的負(fù)極，MC34063的5腳還通過第十電阻R10接地，MC34063的6腳和7腳接輸入電源，同時(shí)通過第十五電容C15接地，MC34063的8腳通過第七電阻R7接輸入電源；第十四電容C14的一端接第三二極管D3的負(fù)極，另一端接地。

本實(shí)用新型的一種智能車行進(jìn)控制系統(tǒng)，主控模塊采用飛思卡爾32位微控制器Kinetis系列的MK60DN512ZVLQ10作為核心控制芯片，該芯片具有100MHZ的CPU頻率，LQFP 144引腳封裝，512KB閃存總量，256KB閃存，256KB 的FlexNVM，4KB的FlexRAM，64KB的SRAM；芯片本身集成DSP、調(diào)試、跟蹤、NMI、看門狗、PMC、MPU、MCG時(shí)鐘、RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘，ADC、DMA等系統(tǒng)模塊，能夠出色的完成圖像處理，資源分配，分析得出最優(yōu)路徑。

本實(shí)用新型的一種智能車行進(jìn)控制系統(tǒng)，攝像頭OV7620是CMOS 彩色／黑白圖像傳感器，它支持連續(xù)和隔行兩種掃描方式，VGA 與QVGA 兩種圖像格式，最高像素為664×492，幀速率為30fp8；數(shù)據(jù)格式包括YUV、YCrCb、RGB 三種，能夠滿足一般圖像采集系統(tǒng)的要求。OV7620 內(nèi)部可編程功能寄存器的設(shè)置有上電模式和SCCB 編程模式，本系統(tǒng)采用SCCB 編程模式，連續(xù)掃描，16位RGB 數(shù)據(jù)輸出。

本實(shí)用新型的一種智能車行進(jìn)控制系統(tǒng)，車載藍(lán)牙模塊2.0，上電后密碼相同的主從機(jī)會(huì)自動(dòng)配對(duì)連接，集成藍(lán)牙串行數(shù)據(jù)透傳(GATT/GAP)，波特率最高可達(dá)1.384Mbps，在車上主要用于圖像采集后發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行環(huán)境分析，還有指令的接收和發(fā)送，顯示了智能車的物聯(lián)網(wǎng)功能，而且通過不同的指令可以讓智能車充分發(fā)揮它的功能。

本實(shí)用新型的一種智能車行進(jìn)控制系統(tǒng)的顯示屏為有機(jī)發(fā)光顯示OLED（OrganicLight EmittingDisplay），是比液晶顯示技術(shù)更為先進(jìn)的新一代平板顯示技術(shù)。在智能車上主要應(yīng)用于人機(jī)交互功能，顯示算法參數(shù)，方便調(diào)試，在這個(gè)智能車上我們還開發(fā)出顯示攝像頭采集的二值化圖像。

旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出(REP)。它分為單路輸出和雙路輸出兩種，技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(幾十個(gè)到幾千個(gè)都有)，和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。在本實(shí)用新型上編碼器采用歐姆龍編碼器，用于電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量，通過反饋速度信息進(jìn)行速度變化控制，從而能夠輔助完成智能車快速，準(zhǔn)備的任務(wù)。

智能車上的舵機(jī)功能主要體現(xiàn)在方向的控制，在性能和機(jī)械安裝上需要一定的要求。S3010的各種參數(shù)表明已經(jīng)能夠發(fā)揮本車模的方向響應(yīng)速度，編號(hào)S3010中S表示舵機(jī)，3表示它用的是三級(jí)馬達(dá)，0表示是泛用型，10是指此舵機(jī)為模擬電路控制舵機(jī)。

舵機(jī)電機(jī)按直流伺服電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)選用，根據(jù)電機(jī)種類、負(fù)載力矩、轉(zhuǎn)速、工作電壓等要求，舵機(jī)一般都用空心杯電動(dòng)機(jī)，有用有刷的，也有用無刷無感的?？招谋妱?dòng)機(jī)屬于直流永磁、伺服微特電機(jī)，與普通電機(jī)的主要區(qū)別采用是無鐵芯轉(zhuǎn)子，也叫空心杯型轉(zhuǎn)子，具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、最大的能量轉(zhuǎn)換效率(衡量其節(jié)能特性的指標(biāo))，其效率一般在70%以上，部分產(chǎn)品可達(dá)到90%以上（普通鐵芯電機(jī)在15-50%）；

2、激活、制動(dòng)迅速，響應(yīng)極快，機(jī)械時(shí)間常數(shù)小于28毫秒，部分產(chǎn)品可以達(dá)到10毫秒以內(nèi)，在推薦運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)靈敏；

3、可靠的運(yùn)行穩(wěn)定性，自適應(yīng)能力強(qiáng)，自身轉(zhuǎn)速波動(dòng)能控制在2%以內(nèi)；

4、電磁干擾少，采用高品質(zhì)的電刷、換向器結(jié)構(gòu)，換向火花小，可以免去附加的抗干擾裝置；

5、能量密度大，與同等功率的鐵芯電機(jī)相比，其重量、體積減輕1/3-1/2，轉(zhuǎn)速-電壓、轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩-電流等對(duì)應(yīng)參數(shù)都呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的線性關(guān)系。

在設(shè)計(jì)智能車時(shí)，模型采用東莞市博思電子數(shù)碼科技有限公司的C型車模，C車模底盤尺寸為28.5×16×8cm，有極好的調(diào)零裝置可以自由組裝；馬達(dá)為DC 7.2V 260馬達(dá)，功率可達(dá)4.17W，是模型車完成競賽任務(wù)的有力保障；輪胎為φ52*25mm，輕便小巧，內(nèi)填海綿，具有極好的減震性和耐磨性。

電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)我們是在可靠的基礎(chǔ)上使其簡單化，滿足穩(wěn)定工作的基本要求，電源管理模塊要保證使整個(gè)系統(tǒng)供電穩(wěn)定，保證傳感器信息采集準(zhǔn)確有效，電機(jī)驅(qū)動(dòng)則需在保證正常工作的情況下盡量減少對(duì)其他電路的干擾。

整個(gè)智能車控制系統(tǒng)是由三部分組成的，包括飛思卡爾K60最小系統(tǒng)板、主控板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板。最小系統(tǒng)板可以插在主板上組成信號(hào)采集、處理和電機(jī)控制單元，同時(shí)為了減小電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路帶來的干擾，我們把控制部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)分開來。

主控板主要包括電源穩(wěn)壓電路、圖像信號(hào)采集電路、最小系統(tǒng)板插座、硬件外設(shè)的接口、按鍵、撥碼開關(guān)調(diào)試模塊、蜂鳴器和電源電壓采集模塊。

電源模塊為系統(tǒng)其他各個(gè)模塊提供所需要的電源。設(shè)計(jì)中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)之外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、降低噪聲、防止干擾和電路簡單等方面進(jìn)行優(yōu)化?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€(gè)硬件電路穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。

全部硬件電路的電源由配發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)車模用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄電池提供。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電壓和電流容量各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包含多個(gè)穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊所需要的電壓。主要包括以下不同的電壓。

5V電壓主要為單片機(jī)系統(tǒng)、信號(hào)調(diào)理電路、編碼器以及部分接口電路提供電源，電壓要求穩(wěn)定、噪聲小，電流容量大于500mA。

6V電壓主要為舵機(jī)提供電源，舵機(jī)稍高于額定工作電壓工作提高舵機(jī)響應(yīng)速度。

12V電壓主要為場效應(yīng)管和IR2104提供12V的驅(qū)動(dòng)電壓。

7.2V電壓直接取自蓄電池兩端電壓，后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和部分接口電路提供電源。

除了7.2V電壓可以直接由蓄電池獲得，5V電壓則需要通過降壓穩(wěn)壓電路獲得，12V電壓通過升壓穩(wěn)壓電路獲得。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電源可以直接使用蓄電池兩端電壓。模型車在啟動(dòng)過程中往往會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，一方面會(huì)對(duì)其他電路造成電磁干擾，另一方面由于電池內(nèi)阻造成電池兩端的電壓下降，甚至?xí)陀诜€(wěn)壓電路所需要的最低電壓值，產(chǎn)生單片機(jī)復(fù)位現(xiàn)像。為了克服啟動(dòng)沖擊電流的影響，可以在電源中增加容值較大的電解電容，也可以采用緩啟動(dòng)的方式控制電機(jī)。在啟動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓有一個(gè)漸變過程，使得電機(jī)啟動(dòng)速度略為降低從而減小啟動(dòng)沖擊電流的幅度。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)我們一直在嘗試設(shè)計(jì)最適合電機(jī)的方案，后來我們用MOS管構(gòu)成雙極性H橋，電流大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，所以我們選用了驅(qū)動(dòng)芯片IR2104。

下面對(duì)H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的原理進(jìn)行分析，圖8所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路，電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰，4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠。

如圖8所示，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管，根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。如圖9所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng) Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向）。

圖10所示為另一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向）。

高效穩(wěn)定的軟件程序是智能車平穩(wěn)快速尋線的基礎(chǔ)，本智能車OV7620攝像頭作為尋線傳感器，圖像采集處理就成了整個(gè)軟件的核心內(nèi)容。對(duì)于智能車的控制有兩個(gè)方面，舵機(jī)的控制和電機(jī)的控制。靈活的舵機(jī)控制能夠讓小車適應(yīng)各種彎道，保證小車準(zhǔn)確穩(wěn)定的跑；準(zhǔn)確的控制好電機(jī)能保證小車以最快和最穩(wěn)的速度跑完賽道?？傊?，在硬件穩(wěn)定可靠的前提下，對(duì)電機(jī)和舵機(jī)的穩(wěn)定控制就是小車穩(wěn)定提速的關(guān)鍵了。對(duì)于舵機(jī)的控制，我們采用了傳統(tǒng)的PD算法，對(duì)于電機(jī)的控制，我們采用了傳統(tǒng)的PID算法。配合使用理論計(jì)算和實(shí)際參數(shù)補(bǔ)償?shù)霓k法，使在尋線中智能車達(dá)到了穩(wěn)定快速的效果 。

圖像信號(hào)處理中提取的賽道信息主要包括：

（1）每一行的賽道中心位置；

（2）每一行的賽道寬度；

（3）賽道的曲率；

（4）賽道的變化幅度；

（5）賽道任一點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)值；

（6）賽道形式，包括直道、左彎、右彎、大S彎、小S彎等等。

每幅圖像，我們只對(duì)其中的60行進(jìn)行采樣，實(shí)際測試中60行的采樣點(diǎn)已經(jīng)能夠?yàn)橘愜囂峁┳銐虻目刂菩畔ⅰ?/p>

攝像頭的工作原理是：按一定的分辨率，以隔行掃描的方式采集圖像上的點(diǎn)，當(dāng)掃描到某點(diǎn)時(shí)，就通過圖像傳感芯片將該點(diǎn)處圖像的灰度轉(zhuǎn)換成與灰度一一對(duì)應(yīng)的電壓值，然后將此電壓值通過視頻信號(hào)端輸出。攝像頭連續(xù)地掃描圖像上的一行，則輸出就是一段連續(xù)的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)的高低起伏反映了該行圖像的灰度變化。當(dāng)掃描完一行，視頻信號(hào)端就輸出一個(gè)低于最低視頻信號(hào)電壓的電平（如0.5V），并保持一段時(shí)間，這樣相當(dāng)于，緊接著每行圖像信號(hào)之后會(huì)有一個(gè)電壓“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脈沖，它是掃描換行的標(biāo)志；然后，跳過一行后（因?yàn)閿z像頭是隔行掃描的），開始掃描新的一行，如此下去，直到掃描完該場的視頻信號(hào)，接著會(huì)出現(xiàn)一段場消隱區(qū)，該區(qū)中有若干個(gè)復(fù)合消隱脈沖，其中有個(gè)遠(yuǎn)寬于（即持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)長于）其它的消隱脈沖，稱為場同步脈沖，它是掃描換場的標(biāo)志。場同步脈沖標(biāo)志著新的一場的到來，不過，場消隱區(qū)恰好跨在上一場的結(jié)尾和下一場的開始部分，得等場消隱區(qū)過去，下一場的視頻信號(hào)才真正到來。攝像頭每秒掃描25幅圖像，每幅又分奇、偶兩場，先奇場后偶場，故每秒掃描50 場圖像。奇場時(shí)只掃描圖像中的奇數(shù)行，偶場時(shí)則只掃描偶數(shù)行。

我們采用的攝像頭320x240，也就是說攝像頭掃描的每場中有320 行信號(hào)，每個(gè)行信號(hào)有240 個(gè)象素點(diǎn)。其中第24 行到310 行是視頻信號(hào)，第311 行到下一場的第23 行是場消隱信號(hào)。在視頻信號(hào)區(qū)，每行信號(hào)持續(xù)的時(shí)間相同，約為63us，每行的行同步脈沖持續(xù)時(shí)間也相同，約為4.7us。

攝像頭都是傾斜安裝所拍攝的范圍是一個(gè)倒梯形，行成進(jìn)密遠(yuǎn)稀分布（如圖12 所示），所以一般情況攝像頭直道上識(shí)別的距離要高于彎道上的距離。由于賽道黑線寬度為2.5cm，為了最遠(yuǎn)處能穩(wěn)定地識(shí)別賽道（主要是彎道）要求最遠(yuǎn)處兩行的距離要小于2.5cm，所以采樣進(jìn)稀遠(yuǎn)密比較合適，我們從80行到103 行進(jìn)行不隔行采樣，103 到123 行隔行采集一次，123 到147 行隔三行采集一次，147 到175 行隔四行采集一次，175到200行隔五行采集一次，200到218行隔六行采集一次，218到238行隔七行采集一次，共采集60 行數(shù)據(jù)。在直道上可以識(shí)別到1.5 米，彎道上1 米左右，比以前均行采樣在彎道上提高了30cm 左右。

為了防止提取中線時(shí)一些不確定因素的干擾，需對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理以除去賽道上雜點(diǎn)或其他點(diǎn)的干擾。中值濾波法是一種經(jīng)典的平滑噪聲的辦法，能夠有效地濾除雜點(diǎn)的干擾且不會(huì)削弱黑白跳變值，通過編程能將干擾點(diǎn)的灰度值變?yōu)樵擖c(diǎn)某鄰域內(nèi)各點(diǎn)灰度值的中值。經(jīng)驗(yàn)證，此法占用單片機(jī)資源不多，能夠滿足圖像處理實(shí)時(shí)性的要求，如圖13、圖14所示，經(jīng)過處理的圖像只有黑白兩種顏色，故我們采用邊緣檢測法提取白線中心。邊緣是圖像黑白跳變最為明顯的地方，只要恰如其分地選擇閾值，就能增強(qiáng)小車的外界環(huán)境適應(yīng)能力，避免其在丟失視野時(shí)錯(cuò)誤循跡。

在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差e(t)=r(t)-c(t)，將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制。

PID控制器三個(gè)校正環(huán)節(jié)，比例環(huán)節(jié)能及時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，PK的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無差度。只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷的積累，輸出控制量以消除誤差。從理論上說，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能完全消除誤差。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；微分環(huán)節(jié)能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

通過光電編碼器獲取的當(dāng)前速度值來調(diào)整電機(jī)的PWM占空比，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于速度的閉環(huán)控制。這樣做改變了通過直接設(shè)置PWM 占空比調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的開環(huán)控制方法，通過對(duì)速度的閉環(huán)控制，去掉電源電壓和車身重量對(duì)車速的影響，采取了最可靠的方法，保證賽車各段速度較為穩(wěn)定。電機(jī)控制主要要求提高電機(jī)的響應(yīng)速度和調(diào)速準(zhǔn)確性，故選用PID 參數(shù)時(shí)選取較大的P 參數(shù)，而積分參數(shù)I 對(duì)車速控制有慣性，影響反應(yīng)速度，而積分參數(shù)I 過會(huì)使速度波動(dòng)增加，影響車輛的穩(wěn)定運(yùn)行，所以選擇了非常小的積分參數(shù)。因此對(duì)速度的控制我們采用增量式PID算法，在速度控制中采取的基本策略是彎道降速、直道加速。

對(duì)于舵機(jī)的控制我們最早采用的是簡單的比例控制算法，即將提取的黑線的實(shí)際位置與黑線的中心位置做差，得到一個(gè)黑線位置的偏移量，將這個(gè)偏移量乘以一定的比例系數(shù)后的到得量值來控制舵機(jī)。但是當(dāng)車速達(dá)到一定的極限以后，單單的比例算法就無法滿足要求了。如果比例系數(shù)調(diào)小，則無法滿足車在高速過彎時(shí)舵機(jī)的靈活性，如果調(diào)大，則車在直道上就會(huì)不停的抖動(dòng)。這時(shí)我們采用了微分算法，在過彎時(shí)用相鄰兩場第20行黑線中心位置的差值來控制舵機(jī)。這樣既可以滿足車在過彎時(shí)的靈活性，又可以提高直道上的穩(wěn)定性。最終我們采用了PD算法來控制舵機(jī)。通過實(shí)測，這種控制算法使小車在彎道上得到了很高的反應(yīng)速度，而又不會(huì)在直道上抖動(dòng)，得到了很好的效果。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。