OV7620摄像头在飞思卡尔智能车中的应用

刘鹏鹏

摘 要："飞思卡尔"杯全国大学生智能车大赛是一项全国性赛事，要求参赛队伍自主设计车辆，能尽可能快地在专门设计的跑道上自动识别道路行驶。路径识别是智能车系统设计中最主要的模块之一，该方案设计的情况，很大程度上影响着智能车的性能。本文从智能车控制系统基本方案入手，主要介绍OV7620摄像头的应用方案，以及其优势所在。

关键词：智能车 OV7620摄像头 应用

随着现代技术的不断发展，智能车在工业生产和日常生活中已经开始扮演越来越重要的角色，目前已经能够实现在具有一定标记的道路上为司机提供辅助驾驶功能，甚至实现无人驾驶。智能车系统的设计以标准汽车为模型，集信息采集、数据处理和速度方向控制于一体。道路信息的采集对智能车的控制效果起着决定性的作用，不仅要保证赛道信息的准确性和可靠性，还要便于单片机的处理，提高智能车的机动性。本文以OV7620摄像头为研究对象，通过了解该型摄像头的工作原理，结合其信号特点进行采样分析和中断分析，介绍赛道信息的采集方案以及优缺点。

1 简述智能车控制系统的基本方案

智能车系统各模块连接如图1.1所示：摄像头传感器拍摄赛道图像并将图像信息数字化，通过图像信息处理获取赛道信息，用于智能车的方向控制；通过光电编码器检测车速；经单片机对获取的赛道信息和速度信息进行处理后，采用相应的控制算法实现对舵机和电机的控制，完成智能车方向控制和速度控制的良好配合，最终实现智能车在赛道上的稳定运行。

2 基于OV7620摄像头的智能车赛道信息采集

2.1 OV7620摄像头的工作原理

OV7620摄像头的工作原理是：按一定的分辨率，对图像上的像素点进行逐行扫描，并通过图像传感芯片将各像素点的亮度转换成灰度值输出，数值范围在0—255之间，纯黑为0，纯白为255。

摄像头连续地扫描图像上的一行时会输出一段方波信号，即像素中断信号，该信号在高电平有效。在高电平期间，摄像头会向8个输出端口输出由8位二进制表示的像素点灰度值，灰度值的变化反映了像素点的灰度变化。当扫描完一行时，行中断信号就输出一断低电平作为行消隐信号，它是扫描换行的标志。然后继续扫描新的一行，直到扫描完该场的视频信号，接着在场信号会出现一段“凸槽”，该“凸槽”为场消隐信号，它是扫描换场的标志。场信号的下降沿标志着新的一场的到来。

2.2 采样分析

OV7620摄像头属于CMOS摄像头，输出的是N制式的视频信号，其一幅图像包含240个图像行，每行有320个点。对于智能车系统而言，由于受单片机内存和运算速度的限制，这么大解析度的图像是无法处理的。为解决这个问题，采用DMA传输的方式，使采样过程不用经过CPU，大大节省了CPU的开销，保证赛道信息的完整性和系统控制的效率。

DMA又称直接存儲器访问，是所有现代电脑的重要特色，近几年才广泛应用于单片机中，这个技术的出现，使得外围设备可以通过DMA控制器直接访问内存，与此同时，CPU可以继续执行程序；采用DMA传输的最大优势还在于，OV7620摄像头输出的周期像素中断信号可以用来触发DMA中断。当连接摄像头像素信号的端口收到触发信号时，DMA传输方式被触发，传输一次像素点数值，如果定义传输次数为320，则可以一次性的传输一行的数据。

2.3 中断分析

采样过程中涉及到两个中断函数：场中断函数、行中断函数，对于中断的编写采用嵌套的方式，即进入场中断函数后才使能行中断。

采样过程首先要识别场中断信号，信号的下降沿会触发场中断进入场中断函数，在函数中使能行中断，尽管在进入场中断函数之前一直有行中断信号，但由于行中断信号并没有被使能，所以这段行中断信号是无效的，无法进行数据的传输；当行中断被使能后开始识别行中断信号，行中断信号是上升沿有效，上升沿会触发行中断进入行中断函数，进入函数首先要判断采集的行数是否是最后一行，如果是则表示该场的图像信息已经采集完毕，此时需要禁止行中断；将像素中断信号用于触发DMA中断，在行中断函数中实现该过程。

3 采用OV7620摄像头的优缺点

摄像头主要有CCD和COMS摄像头两种。CCD摄像头需要12V的电源对它供电，发热量和耗电量大，还需要专门的信号分离电路进行处理。而COMS摄像头功耗较小，5伏供电即可工作，能与大部分的电源系统和控制电路相兼容，无需额外的升压电路，另外CMOS摄像头集成度较高，将信号处理电路集成在一起，如A/D电路，时序分离电路，使得CMOS摄像头可以直接输出并行数字信号与时序信号，使用和开发方便且信号稳定。但CMOS摄像头相较而言，更易于受到外界环境光线的干扰，在采集原理上CCD更占优势。

对于智能车系统，并不需要过高的采集速度，另外加入滤波算法后，图像的噪点也在可以接受的范围内，并且CMOS摄像头使用方便，更适于嵌入式系统开发的特点。

参考文献：

[1] 曾星星，基于摄像头的路径识别智能车控制系统设计[J]，湖北汽车工业学院学报，2008，22（2），73-78

[2] 飞思卡尔半导体公司，全国大学生智能车竞赛与飞思卡尔S12单片机，单片机与入式系统应用[J]，2007，（8），78-79

[3] 梁相宾，基于摄像头的自主循迹小车系统的设计，中国矿业大学学报，2010，5-6