摘要：智能車在探測、救生等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，針對圖像識別智能車缺乏穩(wěn)定的運行狀況，提出一套完整的硬件設(shè)計思路。該系統(tǒng)以飛思卡爾公司的MC9S12XSl28單片機為核心控制器，設(shè)計智能車整體硬件系統(tǒng)框架，并詳細給出了智能車電源單元電路、電機驅(qū)動模塊、舵機控制的電路圖。通過分析路徑信息采集、速度信息采集、以及對輸入／輸出模塊與單片機連接，說明如何構(gòu)成一個閉環(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)定的運行。
關(guān)鍵詞：NC9S12XC128；攝像頭；智能車；速度控制

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)域的研究熱點之一。智能車即輪式移動機器人，智能車的設(shè)計涉及模式識別、傳感技術(shù)、電子、控制、計算機、機械和電源等多個學(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，對智能循跡系統(tǒng)的研制和改進，對上述領(lǐng)域產(chǎn)品的研發(fā)具有推動作用。
    本文以第七屆飛思卡爾智能車比賽為背景，討論攝像頭識別的智能車在復(fù)雜道路條件下的運行情況。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，其中兩路用來控制車速，一路用來控制舵機的方向。三路信號均通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，來控制直流電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和舵機的轉(zhuǎn)向。實現(xiàn)對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行。本文主要對智能車的硬件系統(tǒng)進行相關(guān)設(shè)計。

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、輸人設(shè)置、攝像頭OV7620圖像采集、車速檢測、舵機和電機驅(qū)動，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、實時控制和輸入／輸出部分，構(gòu)成一個閉環(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，識別道路狀況，通過處理采集到的圖像，對小車實施實時控制。本文利用單片機MC9S12XS128處理采集到的數(shù)據(jù)，用舵機和驅(qū)動電路驅(qū)動電機，控制小車的運行。
    智能車設(shè)計的完整方案是：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，計算出賽道的曲率半徑，對于賽道不同彎曲程度，用不同的PWM信號控制舵機的轉(zhuǎn)向和電機的轉(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
2．1 電源電路單元
    整個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。智能車各模塊對電源的要求不同，特別是對電壓的要求，以及對電壓穩(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。

    電機驅(qū)動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)動電流。該器件內(nèi)部集成頻率補償和固定頻率發(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個外接元件，可以使用通用的標準電感，這更優(yōu)化了LN2596的使用，極大地簡化了開關(guān)電源電路的設(shè)計，。具體電路如圖4所示。

    由于數(shù)字攝像頭對電壓要求比較高，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)字攝像頭、測速模塊、串口通信、單片機分別采用單獨的電源輸出，避免之間發(fā)生干擾。具體電路如圖5所示。

2．2 實時控制部分硬件設(shè)計
    智能車實時控制部分主要包括車速和車的轉(zhuǎn)型控制即舵機控制，車速部分主要是取決于電機驅(qū)動電路的中的PWM，下面分別對電機驅(qū)動電路進行設(shè)計和對舵機控制做介紹。
2．2．1 電機驅(qū)動
    智能車的動力部分使用小型永磁式直流電機，可用分離元件組成的驅(qū)動器來驅(qū)動，也可用一體化的集成驅(qū)動芯片來驅(qū)動。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)動芯片BTS7970。用單片機的引腳PWM0和PWM1輸出PWM脈沖信號，通過兩路驅(qū)動，可以實現(xiàn)加速，減速，停車的實現(xiàn)。由于兩路驅(qū)動電路設(shè)計一個類型，這里給出其中一路外圍電路，如圖6所示。

2．2．2 舵機控制
    舵機又名伺服電機，本智能車采用舵機S3010，通過輸出周期為20 ms的PWM信號來控舵機轉(zhuǎn)動角度。舵機有三條線一個地線，一個電源線接6 V，控制信號線通過單片機PWM5引入，通過單片機輸出的PWM信號的占空比來控制舵機轉(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)計幾個檔位，實現(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)字攝像有采用集成模塊OV7620與單片機直接連接，8位數(shù)據(jù)線直接與單片機8位數(shù)據(jù)口連接，行場中斷分別與單片機PT口相連接，完成圖像的采集。單片機的有兩個串口，用其中一個通過MAX232電平轉(zhuǎn)換和電腦實現(xiàn)通信。測速模塊與單片的PT口當中一個端口連接，實現(xiàn)速度的采集。8位撥碼開關(guān)與單片機的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)個人實現(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)計電路，詳細的設(shè)計智能車的電源部分，電機驅(qū)動部分，由于篇幅有限，只給出信息獲取和輸入／輸出與單片機連接框圖，說明與單片機的連接情況。