基于图像采集的智能车硬件系统设计

技术创新

186 2015年24期

基于图像采集的智能车硬件系统设计

张宝健高静梁丽勤

东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北秦皇岛 066004

摘要：随着智能技术的飞速发展；人们变得越来越专注于智能汽车的研究。本智能车系统设计是以飞思卡尔半导体公司的MKL26Z256VLL4 MCU为核心控制单元。用的是IAR v7.30软件来开发调试，车模是飞思卡尔智能车比赛用车C车，目标是使智能车能够在赛道上沿各种规定轨迹以最高的速度行进。

关键词：智能车；图像采集；闭环控制

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)24-0186-01

现代社会生活中，驾驶汽车已经是大家出行不可或缺的方式。然而，不断增加的汽车数量也造成了一些负面的影响，交通事故、出门堵车、环境污染等情况日益加重。这也使大家的生活存在着很多的危险因素。因此，汽车的智能化是汽车行业发展的必然结局，对智能化的研究有深远的意义，也是当前科技研究的热点话题之一。

1 研究意义

智能车控制系统是一个包括赛道采集、控制方案、传感信息辅助行驶等功能于一体的综合控制系统[15]。是融入多学科内容和高科技智能化的凝聚体，智能车系统涉及传感器、微电子、计算机、信息融合、智能自动控制、人工智能、网络、通信等多重技术。由于我国的无人驾驶技术水平还不够成熟，与世界上科技发达国家的差距还是很大，而无人驾驶技术却是科技发展的一个质的飞跃，我国技术目前还处于萌芽阶段，把握这种高端前沿的高新科技有利于提高我国的自动化智能的水平，也有利于提高我国的国际地位。

2 智能车硬件电路设计

2.1 控制器硬件组成

本文智能车硬件系统采用“飞思卡尔”公司MKL26Z256VLL4单片机最小系统、电源模块（7.2V、5V、3.3V）、电机模块、陀螺仪和加速度计直立模块、OV7725数字摄像头、测速编码器等组成，硬件电路框图如图1所示：

图1 硬件系统框图

2.2 单片机核心板电路

MKL26Z256VLL4单片机具有256K的flash，32K的RAM，80个IO口，资源比较多，用于智能汽车控制系统绰绰有余。单片机作为智能车的控制核心，构建电路时需要注意很多细节，电压不稳容易导致其复位，所以需要采用单独的电源模块进行供电，并且选择合适的滤波电容，同时需要使用电感来稳定电流，并且绘制电路板时，需要建立单独的地线，使单片机处于非常稳定的环境中。

2.3 电源模块

由于各模块所需电压不同，加上7.2V的可充电电池电压不太稳定的因素，需要设计电源模块，分别对各模块进行供电。智能车所需电压值一般有三种情况：7.2V、5V、3.3V，7.2V为电机供电，5V给编码器、舵机驱动供电，3.3V给KL26最小系统板、摄像头以及电机驱动供电。

通过对各电源稳压芯片进行对比，选择了LM1117_3.3和LM2940_5.0作为本智能车的电源稳压芯片，安装电源指示灯方便查看电源是否正常供电。

2.4 电机驱动模块及隔离保护电路

由于智能车的直立、方向、速度最终都要通过电机来实现，这就对驱动模块的要求很高，不仅仅需要驱动模块具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠性，而且电源功率影响着电机的转矩‐转速特性，这就需要驱动具有比较宽的高效率区。由于是直立电机的驱动，所以通常采用经典H 全桥驱动原理。电路原理图如图2所示。

图2 驱动电路原理图

2.5 道路图像采集模块

采集道路的方法有电磁法，光电法，以及摄像头法，本文采用OV7725数字摄像头采集道路的方法。安装摄像头时，需考虑重心和前瞻的矛盾问题，安装高些，前瞻性好，但是提高了小车的重心，权衡好两者对小车行进的影响，合理的安装摄像头高度。本设计采用了八位移位寄存器输出芯片74HC594。用SER接收摄像头D7引脚的数据，使用最高位串行输入的方式，PCLK经过二分频器后控制移位寄存器74HC594 输入周期。这样一来，当74HC590的QD 引脚发生电平跳变时，也就是八幅图像的最高位压缩数据正好移位结束，这时从74HC594上一次读取八个点出来，就可以保证采集的图像稳定可靠且完整，而且进行了二值化。

3 结束语

本论文介绍了可自主寻迹的自直立型智能汽车控制系统模型的硬件系统设计，其中包括整个系统的硬件电路和硬件模块构成。通过反复试验，本设计的智能小车在满足比赛要求的条件下能够稳定快速地行使在赛道中，并且能够成功避障以及通过各种类型的赛道。

参考文献

[1]王斌龙.无人驾驶智能车设计与研发[D].山东科技大学，2012.

[2]周天弋.基于计算机视觉的车辆与前方车距检测[D].浙江工商大学，2010.

基金项目：河北省自然科学基金(F2014501055)，河北省高等学校科学技术研究项目(ZD20132003)。