基于CCD传感器智能寻迹模型车研究和实现
基于CCD检测的循线移动智能汽车控制系统的研究与设计
Ａ Ｄ 和 Ａ Ｄ 两组 ， Ｔ０ Ｔ１ 为保证 Ａ Ｄ转换 的精度 ， 给该模块加 ／ 要
采用 ７０ ，８６和一块 Ｖ １ ８ ５７０ Ｓ 开关 型 Ｄ Ｃ—Ｄ Ｃ升压集成 电路 实 现， 驱动电机 芯片直接 用 ７ ２Ｖ电池供电。 ． １２主控制器简介 ．
差控 制等 主要控制功能提 出了 图１ 智 能 汽 车控 制 系统 示 意 图 解决 方案 。如 图 １ 所示 。
中保持 一 定 的 稳 定性 和平 顺 性， 控制 系统 中对 导 引线 路径
信息识别 、 径定 位 与方 向偏 路
梯 形 视 野 区 域
电源模块 为系统其 他各 电路 运行 提供 合适 的 电压。车
载主 电源为 １ ７ ２Ｖ， ｈ可充电镍镉蓄电池。 由于主控 块 ． ２Ａ／
制器 、 机 、 舵 摄像头分别需要 ５ ６Ｖ １ Ｖ等 电压供 电， 别 、 Ｖ、 ２ 分
径识别电路、 电机驱动电路、 车速传感电路、 舵机驱动电路。采用边缘提取算法提取 出路径信息 ， 调试后最终完成 了偏重于行驶稳
定的理 想车模 ， 实现 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ小车 沿黑 线稳 定快速 的 前进 。
关 键词 ： 智能 汽车 路径 识 别 图像 采集 边缘提 取
中图分 类号 ：Ｐ７ Ｔ ２４
Ｊ ＡＯ ｎ ｉ Ｉ Ｘｉｘｎ，Ｗ ＡＮＧ ｉｈ ｉ Ｍ ｎ ｕ
Ａｂ ｔａｃ ：Ａ ｍａｔ ｃ ｒｏ ｕｔ—ｒ ｃ ｉｇ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓｒ ｔ ｓ ｒ ａ ｆａ ｏ ｔａ ｋｎ ａ ｅ ｎ ＣＣＤ ｍｅａ ｄｅｅ ｔｏ ｓ ｉｔｏ ｕ ｅ ． Ｍｏ ｅ ａ ｎ Ｃａ ｒ ｔｃ ｉｎ ｗａ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ｄ ｌｃ ｒａ ｄ ＭＣ９ ２ Ｓ１ ＸＳ１ ８ ｗｅ ｅ ａ ｐｔｄ ２ ｒ ｄｏ ｅ ． Ｃｉｃ ｔ ｏ ｕｏ ｍａ ｔ ｄ ｎ ｉ ｃ ｔｏ ｒｕｉ ｆｒａ ｔ ｓｉ ｉｅ ｔｆ ａ ｉｎ，ｍｏｏ ｒｖ ｓ ｃ ｉ ｔｒｄ ｅ，ｓ ｅ ｄ ｓｎｓｒ，ｓ ｒ ｏｄ ｉｅ ｗｅｅ ｄ ｓｇ ｄ ａ ｄ ｐｒｄ ｃ ｄ．Ａｆｅ ｅ ａｅ ｘ ｅｉ ｎ ｓｏ ｈ ｉ ｐ ｅ ｅ ｏ ｅ ｖ ｒｖ ｒ ｅ ｉｎｅ ｎ ｏ ｕ ｅ ｔｒｒｐｅ ｔｄ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｎ ｔｅ ａ ｔａ Ｈ ｗａ ｃｕ ｌｒ ｎ ｙ，ｔ ｅ ｍｅ ｄ ｄ ａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｄ，ｔｅ ａ ｓ ｍｂｌｄ ｍｏ ｅ ａ ｃ ｍｐ ａ ｉｅ ｎ ｓａ ｌ ｙｆｎ ｌｙｃ ｍｐｌｔｄａ ｄ ｃ ｕｄ ｒ ｎ ａｏ ｇ ｔｅ ｈ ｎ ａ ｎ ｅ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｈ ｓｅ ｅ ｄ ｌｃ ｒｗｈｉｈ ｅ ｈ ｓｚｄ ｏ ｔｂｉｔ ａｌ ｏ ｉ ｉ ｅｅ ｎ ｏ ｌ ｕ ｎ ｈ ｌ ｂｌｃ ｉｅ ｓａ ｌ ｎｄ ｆｓ． ａ ｋ ｌｎ ｔｂ ｙ ａ ａ ｔ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ：ｍａ ｔｃ ；ｕ ｏ ｔｃ ｉｅ ｔｆ ａｉｎ；ｍａ ｅ ｓ ｍｐｉ ｇ；ｄｇ —ｅｃ ｎ ｄ ｓ ｒ ａ ａ ｔｍａｉ ｄ ｎｉｉ ｔ ｒ ｃ ｏ ｉ ｇ ａ ｌｎ ｅ ｅ ｆｔｈｉｇ
基于线性CCD的智能循迹小车设计
节点应用遥 内嵌支持 LIN 协议的增强型 SCI 模块及 SPI 模块袁4 通道 16 位计数器袁出色的低功耗特性袁带有中断唤醒功能的 I/O袁实现唤醒休眠 系统的功能曰拥有 8 通道 PWM袁易于实现电机控制遥 作为专业的汽车电 子控制芯片袁能够更加适应智能控制遥 2.2 线性 CCD 图像信息采集处理模块
咱责任编辑院庞修平暂
渊上接第 40 页冤表示所属袁如院廿剽劐卦 蒯匮蒯仨 剽匮劂劂剀匮刭仨赜匮刂劁.爸爸的朋友在 讲遥 第三格旧译予格袁基本用法是表示间接客体袁如院亓 剽匮劂劂剀匮刭仨赜匮刂仞 蒯匮蒯刂 赜劂刈. 我给爸爸讲述着所有的事遥 第四格旧译补格袁基本用法是直 接客体袁如院亓 剌仞匾剌仞 蒯匮蒯劐. 我爱爸爸遥 第五格旧译造格尧工具格袁基本 用法是表示工具尧方法袁也表被动句的行为主体遥 如院噩剡刳卦匮 亻刳劁匮刂劁劂伛 蒯匮蒯剜刿. 此书正被爸爸读着遥 第六格袁旧译前置格袁与 剜 等前置词连用袁 表言语思维的内容等义袁 如院亓 剽匮劂劂剀匮刭仨赜匮仞 匾剽匮劁劐 剜 蒯匮蒯刂. 我给弟弟 讲爸爸遥
SKP=1000;
KI=120;
KD=250;
}
else
//减速 PID 参数
{
SKP=800;
KI=100;
KD=200;
}
car_speed =25000+SKP*ek0+KI* (ek0-ek1) + KD * (ek0-2*ek1+
ek2);
if(car_speed > 25000)
car_speed=25000;
舵机主要用来控制单片机的 PWM 模块袁通过调节脉冲的宽度和 周期来控制舵机和电机的工作遥 通过输入占空比一定的脉冲袁内部电 机将转过一个固定的角度袁所以要让舵机转到某一个位置袁只需要改 变脉冲的占空比就可以实现舵机在一定角度内的任意转动遥 2.4 电机驱动和转速控制模块
基于光电传感器自动循迹的智能车系统设计
第一章绪论1.1智能小车的意义和作用自第一台工业机器人诞生以来，机器人的开展已经普及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。
近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。
人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。
随着科学技术的开展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。
视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当兴旺，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些构造化环境简单的目标。
视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。
但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。
机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。
避障控制系统是基于自动导引小车〔AVG—auto-guide vehicle〕系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。
使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。
该智能小车可以作为机器人的典型代表。
它可以分为三大组成局部：传感器检测局部、执行局部、CPU。
机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。
可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。
基于上述要求，传感检测局部考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。
智能小车的执行局部，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。
单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现准确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以准确调速，但单片机型号的选择余地较大。
循迹小车实验报告
循迹小车实验报告循迹小车实验报告引言：循迹小车是一种基于光电传感器的智能机器人，能够根据环境中的光线变化来调整行进方向。
本实验旨在通过搭建一个循迹小车模型，探索其原理和应用。
一、实验材料和方法本次实验所需材料包括Arduino开发板、直流电机、光电传感器、电池组等。
首先，我们将Arduino开发板与直流电机、光电传感器等器件进行连接，确保电路正常。
然后，将循迹小车放置在一个光线变化较大的环境中，例如黑白相间的地面。
最后，通过编写程序，使循迹小车能够根据光电传感器的信号来判断行进方向，并实现自动循迹。
二、实验过程和结果在实验过程中，我们首先对光电传感器进行了校准，以确保其能够准确地感知光线的变化。
然后，我们编写了一段简单的程序，使循迹小车能够根据光电传感器的信号来判断行进方向。
当光线较亮时，循迹小车向左转；当光线较暗时，循迹小车向右转。
通过不断调试程序，我们成功实现了循迹小车的自动循迹功能。
在实验过程中，我们还发现了一些有趣的现象。
例如，当循迹小车行进到黑白相间的地面上时，光电传感器能够准确地感知到黑白色块的变化，并根据信号进行相应的调整。
这说明循迹小车的循迹原理基于光线的反射和吸收，具有一定的环境适应性。
三、实验结果分析通过本次实验，我们深入了解了循迹小车的原理和应用。
循迹小车通过光电传感器感知环境中的光线变化，从而判断行进方向，实现自动循迹。
这种智能机器人在工业生产、仓储物流等领域具有广泛的应用前景。
然而，循迹小车也存在一些局限性。
首先，其循迹能力受到环境光线的影响较大，当环境光线较弱或过强时，循迹小车的准确性会受到一定的影响。
其次，循迹小车只能在特定的地面上进行循迹，对于其他类型的地面可能无法正常运行。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况进行合理选择和调整。
四、实验总结通过本次实验，我们对循迹小车的原理和应用有了更深入的了解。
循迹小车作为一种基于光电传感器的智能机器人，具有自动循迹的功能，可以在工业生产、仓储物流等领域发挥重要作用。
基于光电传感器自动循迹小车设计
摘要制作自动寻迹小车所涉及的专业知识包括控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。
为了使小车能够快速稳定的行驶，设计制作了小车控制系统。
在整个小车控制系统中，如何准确地识别路径及实时地对智能车的速度和方向进展控制是整个控制系统的关键。
由于此小车能够自动寻迹,加速,减速.故又被称作为智能车.本智能车控制系统设计以MC9S12XS128微控制器为核心，通过两排光电传感器检测小车的位置和运动方向来获取轨道信息，根据轨道信息判断出相应的轨道类型，并分配不同的速度给硬件电路加以控制，完成了在变负荷条件下对速度的快速稳定调节。
红外对射传感器用于检测智能车的速度，以脉宽调制控制方式〔PWM〕控制电机和舵机以到达控制智能车的行驶速度和偏转方向。
软件是在CodeWarrior 5.0的环境下用C语言编写的，用PID控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。
智能车能够准确迅速地识别特定的轨道，并沿着引导线以较高的速度稳定行驶。
整个智能车系统涉及车模机械构造的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。
经过屡次反复的测试，最终确定了现有的智能车模型和各项控制参数。
关键词：MC9S12XS128；PID；PWM；光电传感器；智能车ABSTRACTMaking automatic tracing car involved the professional knowledge including control, pattern recognition, sensing technology, automobile electronics, electrical, computer, machinery and so on many subjects. According to the technical requirements of the contest, we design the intelligent vehicle control system. In the entire control system of the smart car, how to accurately identify the road and real-time control the speed and direction of the Smart Car is the key to the whole control system.Because this car can automatic tracing, accelerate, slowing down. So it is also known as intelligent car this intelligent vehicle control system design take the MC9S12XS128 micro controller as a core, examines car's position and the heading through two row of photoelectric sensors gains the racecourse information, judges the corresponding racecourse type according to the racecourse information, and assigned the different speed to control for the hardware circuit, has completed in changes under the load condition to the speed fast stable adjustment. The infrared correlation sensor uses in examining the intelligent vehicle's speed, (PWM) controls the electrical machinery and the servo by the pulse-duration modulation control mode achieves the control intelligence vehicle's moving velocity and the deflection direction.The software is under the CodeWarrior 5.0 environment with the C language compilation, actuates electrical machinery's rotational speed and servo's direction with the PID control algorithm adjustment, completes to the model vehicle velocity of movement and the heading closed-loop control. The intelligent vehicle can distinguishthe specific racecourse rapidly accurately, and along inlet line by the high speed control travel.The entire intelligent vehicle system involves the vehicle mold mechanism the re-equipping, the sensor circuit design and the control algorithm and so on many aspects. After the repeated test, has determined the existing intelligent vehicle model and each controlled variable finally many times.Keywords：MC9S12XS128; PID；PWM；photoelectric sensor; smart car目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2本文设计方案概述 (2)1.2.1总体设计 (2)1.2.2传感器设计方案 (2)1.2.3控制算法设计方案 (6)第二章机械构造设计 (7)2.1前轮倾角的调整 (7)2.2齿轮传动机构调整 (8)2.3后轮差速机构调整 (8)2.4红外传感器的固定 (9)2.5小车重心的调整 (9)2.6齿轮啮合间隙的调整 (10)第三章硬件电路的设计 (11)3.1系统硬件概述 (11)3.2电源模块的设计 (12)3.2.1 LM2940供电电路 (14)3.2.2 LM2596供电电路 (16)3.3电机驱动模块 (18)3.3.1模块介绍 (18)3.3.2使用说明 (18)3.3.3电压电流测试结果 (20)3.4舵机控制模块 (22)3.5路径识别模块 (23)3.7单片机模块的设计 (26)3.8硬件电路局部总结 (27)第四章软件系统设计 (28)4.1智能车控制算法监测平台 (28)4.2主程序流程图 (29)4.3系统的模块化构造 (30)4.3.1时钟初始化 (30)4.3.2串口初始化 (30)4.3.3 PWM初始化 (32)4.4中断处理流程 (34)4.5小车控制算法 (34)4.5.1舵机控制 (36)4.5.2速度控制 (37)4.6坡道的处理 (40)4.7弯道策略分析 (40)第五章开发与调试 (42)5.1软件开发环境介绍 (42)5.2智能车整体调试 (46)5.2.1 舵机调试 (46)5.2.2 电机调试 (46)5.2.3 动静态调试 (46)第六章结论 (48)6.1智能车的主要技术参数说明 (48)6.2总结 (48)6.3缺乏与展望 (48)参考文献 (50)致 (51)附录1 (52)附录2 (64)附录3 (82)第一章绪论1.1引言思路及技术方案是一个工程工程的灵魂。
基于CCD传感器在智能汽车中的应用分析
基于 CCD传感器在智能汽车中的应用分析摘要：当前，汽车厂商数量越来越多，市场竞争愈发激烈，各汽车厂家为提升产品竞争力，提升自身市场发展潜力，也在不断寻找更为科学的车用传感器应用与发展模式，汽车智能化已成为市场的普遍趋势，而传感器更是汽车实现智能化的根本。
基于此，本文就CCD传感器在智能汽车中的应用进行简要分析。
关键词：CCD传感器；智能汽车；应用；1 CCD传感器原理及在汽车电子技术中发挥的作用1.1 CCD 传感器的工作原理CCD 图像传感器可以感知光线，将其转变为信号电荷，而信号电荷是可以存储以及读取的。
由此可见，CCD 图像传感器可以作为智能汽车循迹系统中的重要组成部分使用，其主要功能为：根据 CCD 图像传感器储存的有图像转换而来的数字信号进行分析，帮助智能汽车能够按照规定的路线行驶。
CCD 图像传感器通过将光反射的图像信号转变为信号电荷，以此来完成光电的转换，因此，CCD 图像传感器的精度和灵敏度直接决定了智能汽车控制系统反应的精度以及灵敏度。
1.2 CCD传感器在汽车电子技术中发挥的作用CCD传感器是现代汽车电子技术的基础环节，传感器的存在让汽车自动化、智能化控制成为可能，对提升汽车电子技术的水平有着积极的影响。
现阶段，行业工作者将汽车控制系统称之为闭环控制系统，而这一系统需实时搜集汽车运行的各类数据信号，只有保证这些数据信息的精准度与实时性，才能让汽车控制与运行更为安全可靠。
传感器可实时监控汽车各项性能参数，为闭环控制系统实时提供各项反馈信号，同时，亦可将与汽车安全运行相关的温度、压力、声音以及光等非常规信号转变为可被闭环控制系统有效识别的电信号，并可将这些数据信息在统一的逻辑下完成处理，最终实现汽车智能化控制。
因此，对于现代汽车而言，传感器就是保证汽车持续稳定运行的根本，如果失去传感器，汽车电子技术对于汽车行业的价值将无从谈起。
对于行业工作者而言，为推动汽车电子技术自身价值与优势的提升，应合理运用各类传感器，并找到更为合适的应用策略，在汽车电子技术中合理运用传感器。
基于CCD的智能车循迹系统的研究
图像采集是根据摄像头的行信号和场信号对图像模拟量进行采集。输出信号包括行 同步信号 、 场同步信 号、 图像时间以及各种消隐时间。行 同步信号代表一行图像数据扫描开始 ， 场同步信号代表一帧图像数据扫 描开始 。要 完成 图像 的正确采 集 ， 必须严 格遵 守时序 的要 求 ： 当捕捉 到 一个行 信号 时 ， 始对 该行 各点 的模 拟 开 量进行 采集 ， 当下一 个行 信号 发生 时表 明该行 采集完 毕 ， 要对 下一 行模 拟量进 行 采集 。 需
关键 词 ：循迹 ； 径识别 ； 路 二值 化 ； 能车 智
中 图分类号 ： Ｐ ８ Ｔ １
文献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
图像 处理 和 电机控 制技术 广泛 应用 于各 种智 能循 迹 的车辆 ， 目前 很 多循 迹 系 统采 用 Ｃ Ｄ 或者 红外 传 感 Ｃ 器实 现数 据 的采集 。Ｃ Ｄ 的前瞻性 好 ， 制 精细 ， 算 法复 杂 。本文对 采 用 Ｃ Ｄ 的路 面信 息采集 与控 制算 法 Ｃ 控 但 Ｃ 进行 简化 改进 ， 小 车 能 够 沿 黑 色 引 导 线 快 速 行 驶 ， 不 会 冲 出 跑 道 。该 小 车 采 用 Ｆｅｓａｅ公 司生 产 的 使 又 ｒｅｃｌ ＭＣ Ｓ２ Ｓ２ 号单 片机作 为控 制芯 片 ， 过单 片机 的 片 内 Ａ ９ １Ｘ １８型 通 Ｄ模 块 和 Ｃ Ｄ采集 小 车前 方黑 色 引 导线 的 图 Ｃ 像， 经过对 图像 的一 系列分 析得 出舵 机 的输 出角度 以使 小 车转 向 ， 并判 断 小 车应 该 加 速还 是 减 速 。该 小 车 的 设计 已经在 ２０ ０９年全 国智 能车 比赛 中取得 二等 奖 。
置进 行 了提升 ， 大 了力矩 ， 小车 能按照 轨迹进 行快 速转 弯 。 增 使
基于线性CCD传感器检测的智能车控制系统
前言随着现代社会的高速发展，无论在生活应用还是在工业应用中，智能化的概念越来越多的出现在我们的身边。
尤其是自上世纪80年代以来，汽车技术以突飞猛进的速度在发展，汽车从原来的纯机械结构构成的代步工具逐渐演变成一个集各种高科技技术为一体的智能化的新时代产物。
因此，智能车的概念也就越来越凸显出来，智能汽车，顾名思义，就是在现代网络技术支撑下，利用电子信息通信技术，智能微控制器，环境监测控制技术，GPS导航技术等等组成的一个新意义的高新技术复合载体。
它能够实现自动的环境监测，规划处理，自动行驶还有人工辅助驾驶等功能。
现在汽车行业对智能汽车的研究主要在提高汽车的安全性和汽车的驾驶辅助上，在汽车自动驾驶方面的发展还没有质的飞跃，近年对于车辆自动驾驶，智能导航的研发正大力进行。
智能车辆的研究成果现在已经体现着一个研究团体乃至整个国家科研实力水平。
所以无论是中国还是国外很多国家已经把智能汽车确定为重点发展的项目。
21 智能车控制系统概况1.1 系统开发背景智能化，是现今社会前进的一个目标。
对于汽车来说智能化也会是未来发展的方向。
对于国家来说，大学生质量的好坏是这个国家的发展动力的重要指标之一。
大力发展国内大学生的科技实践能力一直是我国的一大政策。
其中为促进大学生的科研创新能力，一直在举办着各种各样的科技竞赛。
智能汽车方面，在中国的各种智能车机械车等的竞赛有很多，其中飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛在中国已经举办了九届。
这项赛事主要探索的就是智能汽车，用智能汽车模型作为研究对象，让学生们充分发挥学校中所学习科学文化知识，对智能小车加以设计并改装，完成一个能自动识别比赛赛道路况并能够进行判断并进行相应控制的小车。
最终完成大赛的比赛要求。
这项大赛其中包括了智能控制、环境监测、传感器技术等主要学科知识，还涉及到电子、电气、计算机、机械等多个基础学科。
赛事用比赛的方式，大大提高了大学生参与者的积极性，锻炼了大学生的实际操作能力。
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基于CCD传感器的智能寻迹模型车的研究与实现董长远长安大学汽车学院车辆工程系，陕西省西安市 710064摘要: 研究并实现了一种基于CCD传感器的智能寻迹模型车系统。
采用飞思卡尔公司HCS12 系列16位单片机MC9S12DG128作为核心控制单元，使用CCD 摄像头采集路面信息。
赛车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。
关键词:智能车；CCD传感器；路径识别；捷径Investigation & implementation of an intelligent-searching track car model based on CCD Image SensorDONG ChangYuanAutomobile School, CHANG-AN University, Xi’an City, Shanxi Province 710064,ChinaAbstract: An intelligent-searching track car model based on CCD image sensor is investigated and implemented. The intelligent car system, with Freescale HCS12 series 16 bit single-chip MC9S12DG128 as its control micro-processor, uses CCD camera to obtain lane image information.The main function that the intelligent car may achieve is that the car should track the black-guide-line automatically and move forward following the line as fast and stable as possible.Key words: intelligent car；CCD Image Sensor；lane detection；royal road1.引言车辆和我们的社会生活息息相关，然而当今车辆的智能化发展还不是很迅速，特别是在安全性，智能性，车与路之间交互信息等方面．当今的车辆技术与未来的智能车辆技术还存在着巨大的差距。
几天的汽车工程师正面临着巨大的挑战，需要在新旧技术之间建立一座桥梁，通过应用先进的电子技术，信息技术，电子通信技术推动车辆技术的进步。
智能车辆是当今车辆工程领域研究的前沿，它体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。
本文所述的智能寻迹模型车系统基于Freescale HCS12单片机开发与实现，系统采用CCD摄像头识别道路中央黑色的引导线，自动控制小车前进和转向，从而实现快速稳定的寻线行驶。
为保证智能车在行驶过程具有良好的操稳性和平顺性，控制系统对转向舵机控制和直流电机驱动控制提出了较为理想的解决方案。
为了在比赛中取得良好的成绩，我们更加关注此智能车对弯直道的判断，从而实现安全过弯，快速通过直道。
2.硬件系统的设计与实现智能寻迹模型车（以下简称智能车）的硬件部分以Freescale公司16位单片机MC9S12DG128为核心控制器，由电源管理模块、路径识别模块、转向控制模块、电机驱动模块和车速检测模块组成。
智能车控制系统总体结构如图1所示：图1智能车控制系统总体结构2.1核心控制单元智能车的控制核心为MC9S12DG128。
其主要特点是资源丰富，功能高度集成，易于扩展，并且支持C语言编程，有利于系统开发和调试。
在智能车系统设计中，单片机的I/O资源分配如下：PAD0作为CCD模拟视频信号输入端；PT0检测视频行同步信号，PS2检测视频奇偶信号；PACN0用于车速反馈的输入口；PWM01用于伺服舵机的PWM控制信号输出；PWM23和PWM45分别用于驱动电机正反向PWM控制信号的输出。
2.2电源管理模块智能车主电源由7.2V/2000mAh Ni-cd充电电池提供。
为避免电机和舵机等器件对系统产生干扰，各功能模块均采用单独供电。
具体实现方案如图2所示： Ni－Cd电池（7.2V）LM1084LM7812二极管单片机车速检测模块电机驱动模块CCD摄像头舵机直流电机MC34063图2 电源管理分配图●采用低压差稳压芯片LM1084S-50将电源电压稳压至5V，供给单片机和车速检测模块，如图3。
图3 5V稳压电路●将电源电压7.2V直接供给驱动电机；对于转向控制模块，为提高舵机的响应速度，采用提升舵机供电电压的方法，通过串联二极管将电源电压降至6.5V左右来给舵机供电。
●采用DC-DC变换器MC34063将电源电压升压至24V用于电机驱动模块MOSFET管驱动，同时再利用LM7812将MC34063的输出电压降至12V用于CCD摄像头供电，如图4。
图4 24V升压电路2.3路径识别模块路径识别模块采用320线黑白CCD摄像头作为赛道黑线的检测元件。
利用摄像头采集道路图像信息，然后将其送入单片机的A/D端口，由于黑色引导线和白色道路的图像灰度值存在较大差异，因此通过设置合理阈值对采集图像进行二值化处理，就能够有效的分辨出黑线位置。
对视频信号中行同步以及场同步脉冲的分离和提取采用了LM1881视频同步分离芯片，其应用电路如图5所示：图5 LM1881视频同步分离电路图摄像头的输出视频信号分为两路：一路送入MC9S12DG128单片机的AD端口PAD0进行A/D转换；另一路通过图5中引脚2送入LM1881进行视频分离；分离出的行同步信号（引脚1）接入MC9S12DG128的PH0口；由于PH0口自带中断功能，因此不需要使用等待查询的方式来检测行同步信号，从而节省了CPU资源；此外，通过单片机的PS2口来检测LM1881输出的奇-偶场同步信号，当该信号发生跳变时就能够准确得判断图像换场，方便图像的处理。
2.4转向控制模块智能车系统采用Futuba公司的S3010型舵机完成转向控制。
舵机属于位置伺服电机，如图6所示，正常工作状态下，其输出转角与给定的PWM脉宽成线性关系，通过改变PWM脉宽，就能够控制舵机转向。
系统将MC9S12DG128的两个8位PWM发生器PWM0、PWM1级联成一个16位PWM输出舵机控制信号，这样做的好处是能够大幅提升舵机PWM的控制周期，细化PWM控制量。
级联后若以PWM控制字6000为舵机中位，则舵机在左右极限转角分别为5000和7000，可见舵机PWM 的调节范围非常大，从而有效的保证了转向控制精度。
同时，S3010作为一款扭力型舵机其转动扭矩可达 6.5kg·cm（6V），因此可以充分利用其转矩余量来提高舵机的响应速度。
如图7，在舵机转盘和转向拉杆之间增加了一段输出臂，这样在舵机角速度恒定的情况下，由于输出臂的增长使得转向拉杆移动的线速度得到提升，从而能够有效提高智能车的转向灵敏度。
图6 舵机输出信号与控制信号的响应关系图7 舵机安装示意图2.5电机驱动模块智能车系统采用后轮驱动，驱动电机选用RS-380SH型直流电机；对于电机的转速采用了基于“H”桥驱动电路的PWM控制。
如图8所示，电机驱动模块选用大功率场效应晶体管IRL3803作为H桥开关元件。
实验发现，当IRL3803的栅源电压V为16V时，其导通电阻仅有6mΩ左右，因此可以大大降低管压降，提GS高电机的驱动功率。
同时系统对电机进行全桥驱动，将PWM2和PWM3以及PWM4和PWM 5级联分别来控制电机的正反转，这样在智能车速度过快时可对电机实施反向制动，从而迅速降低车速。
实验证明，当智能车车速由70%降至40%时（PWM 占空比），采用全桥驱动方式，电机响应时间仅为0.1秒左右，减速效果十分显著。
图8 电机驱动模块控制电路图2.6车速检测模块智能车系统通过车速检测模块来读取实时车速。
采用的方法是在后轮减速齿轮上粘贴一个均匀分布有黑白条纹的编码盘。
利用图9所示的检测电路来对编码盘上的黑白条纹进行检测。
根据光电反射原理，在车轮转动时，红外接收管接收到反射光强弱高低变化，就会产生与车轮转速相对应的脉冲信号，将该脉冲信号进行放大整形后输入单片机的输入捕获引脚PACN0，记录一定时间内所得到的脉冲数，就能够表示出当前车速。
图9 车速检测模块电路原理图3.软件系统设计与实现智能车系统的基本控制策略是根据路径识别模块和车速检测模块所获得的黑线位置信息和当前车速信息，准确控制舵机和直流电机运动，以达到智能车的稳定快速行驶。
图10为主系统程序流程图。
图10 主程序流程图3.1赛道黑线的识别赛道黑线的准确识别对于智能车完成快速、稳定的寻线行驶至关重要。
本系统设计了如下算法来确定黑线位置：先对图像进行逐场隔行扫描，同时进行A/D 转换；经测试，通过设置锁相环将系统总线时钟由24MHz超频至40MHz时，MC9S12DG128单片机对于单行视频信号可以进行40次A/D转换，即单行采样分辨率为40个像素。
这样，将每行扫描到像素点存储在一维数组ccd[line](0≤line≤40) 中；提取黑线时，每行前6个数据对应的是视频中的无用信号，因此从每行第6个数据开始，判断ccd [line]–ccd [line +3]>dif（dif为设置的黑白阈值）；若不满足，则继续搜索下一点直至该行结束；若满足，则表示找到了黑线的左边界，将line值赋给变量temp，然后接着继续判断以后各点是否同时满足ccd [line]- ccd [line+3]< -dif且line-temp>2，若同时满足，则表示找到了黑线的右边界。
从而黑线位置为：blackline line temp=+()/2黑线距离车体中心线rol_mid的偏差error也可由此得出：error blackline rol mid=-_实验证明，只要黑白阈值选取得当，该算法能够很好的提取出赛道黑线，并且还可以根据现场赛道特点对阈值进行初标定设计，在此不再赘述。
3.2弯、直道判断及速度和舵机控制算法影响赛车速度成绩的一个重要因素就是对弯道和直道的提前识别判断，从而实现安全过弯，快速通过直道，达到走捷径的目的，以此提高比赛成绩．而摄像头方案在这方面有天然的优势：相对于光电传感器，可以获得较远的路况信息；不仅可以得到单行的黑线信息，还可以同时获得多行的黑线信息．在单行黑线边沿检测提取算法的基础上，可以根据10行数据中的每行黑线位置与10行平均位置（公式（1））的相对位移，求10行相对位移之和（公式（2））。