飞思卡尔摄像头智能车设计分析

翟朋辉

摘 要：基于MT9V032数字摄像头和飞思卡尔K60单片机实现了自主寻迹的智能小车设计。分别介绍了智能车车体构造及系统整体设计方案、智能车硬件设计、智能车图像处理算法及电机PID控制算法。测试过程发现该设计方案具有良好的可行性，小车运行稳定。

关键词：摄像头;K60单片机;智能车

现如今无人驾驶技术正蓬勃发展，许多技术日益趋于成熟。各种传感器技术的持续进步也必将推动无人驾驶技术研究更上一个台阶，愈加可靠的智能车走进我们的生活指日可待。本次设计中的摄像头智能车本着同样的设计原则，追求快速性、稳定性、精确性。智能车以飞思卡尔单片机为控制核心、摄像头进行路径识别，PID算法控制小车行进速度。

1 车体构造及系统整体设计

1.1 车体构造

为了使小车在行驶时尽可能地保持快速、平稳，硬件安装时应注意降低小车重心，如将电池、主板、电机尽量放置在同一平面;搭建硬件时采用高强度质量轻的材料;摄像头的放置应尽可能地使视野开阔，尽量减少盲区。此外，机械安装上的一些细小差别，如螺丝的松紧程度等都可能对小车行驶造成巨大影响，因此安装时要不断进行调试检验。

1.2 系统整体设计

智能车以飞思卡尔K60微控制器为核心控制单元，摄像头用来获取赛道信息，并将采集到的信息传送给核心控制单元处理，处理后的结果作为小车接下来行驶路径规划的依据;采用编码器对小车速度进行实时检测;PID算法用于对电机转速的反馈控制，从而实现对小车运行速度的闭环控制。智能车共有五大模块：核心控制器模块、摄像头检测模块、速度检测模块、电机驱动模块、电源供电模块。

2 摄像头智能车硬件设计

2.1 核心控制器模块

智能小车使用K60单片机，作为整个系统的控制核心。其具有处理速度快、性能稳定及体积小的特点，主要用于对传感器检测到的信息进行分析处理从而控制小车行进，以及利用PID算法对小车的速度进行闭环控制。

2.2 摄像头检测模块

摄像头作为智能车的“眼睛”，主要用于对赛道环境的识别，将采集的图像信息传送给核心控制器模块进行处理，是智能小车准确行进的基础。本设计采用逐飛科技MT9V032数字摄像头，内置驱动程序并具有FPS可调、可自动曝光、可实现二值化等优点，但是功耗相对较高，工作电流大。

2.3 速度检测模块

早在车辆规划设计早期，设计者们就已经在车上加入了开环控制来确保车辆在行进过程中的平稳性，但是这种做法牺牲了车辆行进速度。因此，若在车上安装速度检测器件，同时引入开环控制方案，便可以很好地解决上述问题。本设计采用编码器进行小车行驶过程中的速度检测。

2.4 电机驱动模块

飞思卡尔智能车速度的提高是参赛者不断追求的目标，而巧妙的电机驱动设计是提升小车速度的一个关键。本设计中使用四块BTS7960芯片两两并联进行电机驱动，采用四路八位PWM实现对电机的调速控制。在测试过程中发现电路具有较高的可靠性，满足系统设计要求。

2.5 电源供电模块

电源供电模块是小车驱动力的来源，可靠的电源供电电路是小车稳定行驶的基础。小车所用的电池电压为7.2V，当需要5V电压时需要对电压进行转换。系统采用的降压模块具有较大的电压允许输入值，运行环境宽广，满足系统设计要求。

3 摄像头智能车软件设计

3.1 图像处理

采用二值化对采集到的图像进行处理。从中心向两边进行搜索并测算十字搜线是否偏离了赛道，如果偏离了赛道，则进行补线。弯道用到了斜率控制，而在终止冗余线段则用到了斜率和弧度进行双向判断，进一步提高了控制的精确性。

3.2 电机控制方式

使用数字PID算法对电机进行闭环反馈控制，该算法可以在参数多变、控制模型不可控的实施对象中获得较为理想的处置结果。本设计中采用增量式PID算法，其只有一个系数，经验公式为：

核心控制器通过摄像头传送的赛道信息判别此时赛道的状态，并根据识别的不同结果发出相应的反馈控制命令，因此小车在行驶过程中要经过多次变速。经过测试发现，PID控制在此控制过程中获得了较好的效果。

4 结语

基于MT9V032数字摄像头和飞思卡尔K60单片机实现了自主寻迹的智能小车设计。摄像头用来获取赛道信息，经核心控制器处理后控制小车运动;编码器用于对小车速度进行检测;PID算法用于对电机转速的反馈控制，实现对小车运行速度的闭环控制。测试过程发现该设计方案具有良好的可行性，小车运行稳定可靠。

参考文献：

[1]梁峻恺.基于飞思卡尔单片机的智能车设计分析[J].硅谷，2014，7（08）：21+34.

[2]付辉，韩国宏，赵皓.飞思卡尔摄像头智能车及无人驾驶车辆设想[J].科技风，2013（16）：53.

[3]雷贞勇，谢光骥.飞思卡尔智能车舵机和测速的控制设计与实现[J].电子设计工程，2010，18（02）：91-92.

[4]史彬，牛岳鹏，郭勇.飞思卡尔摄像头智能小车设计及舵机算法优化[J].数字通信，2012，39（05）：87-89.