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增强型捕捉定时器模块ECT详解（可编辑）
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基于CCD检测的循线移动智能汽车控制系统的研究与设计
■裹雯愚墨圈忍啊焦欣欣，王民慧（贵州大学电气工程学院，贵州贵阳５５０１１０３）．５３．基于ＣＣＤ检测的循线移动智能汽车控制系统的研究与设计水摘要：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．实现了小车沿黑线稳定快速的前进。关键词：智能汽车路径识别中图分类号：ＴＦ２７４图像采集边缘提取文章编号：ｌ（１Ｙ２―６８８６（２０ｌｏ）０３―００５３―０４文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄｎ！ｓｉ；印ｏｆＡｕｔｏ－ｔｒａｃｋｉｎｇＳｍａｒｔＪＩＡＯＣａｒＣｏｎｔｒｏｌＭｉｎｈｕｌｗａｓＸｉ曲．ＷＡＮＧｄｒｉｖｅＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＣＣＤＣａｍｅｒａＡｂｓｔｒａｃｔ：ＡＣｉｒｃｕｉｔｓｆｏｒａｕｔｏｓ盯ｌａｎｃａｒｏｆａｕｔｏ―ｔｒａｃｋｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＣＣＤＣｆｌＨｌｅｒａｄｅｔｅｃｔｉｏｎＳｅｌｌｆｏｒ，Ｆ持ｉ－ｖｏｃａｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＭｏｄｅｌｅｒｒａｎｄＭＣ９Ｓ１２ＸＳｌ２８ｗｅｒｅａｄｏｐｔｅｄ．０１１ｍａｓｔｉｃｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅ，ｓｐｅｅｄｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｐｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｆｔｅｒｒｅｐｅａｔｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｒｕｎｗａｙ，ｔｈｅｎａｍｅｎｄｅｄｂｌａｃｋｌｉｎｅｓｔａｂｌｙａｎｄｆａｓｔ．ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｅｄｎ眦ｌｅｌｗｈｉｃｈｅｍｐｈａｓｉｚｅｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｆｉｎａｌｌｙｃｏｍｐｌｅｔｅｄａｎｄｃｏｕｌｄａｍａｌｏｎｇｔｈｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｍａｒｔｃａｒ；ａｕｔｏｍａｔｉｃｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｉｍａｇｅｓａｍｐｌｉｎｇ；ｅｄｇｅ―ｆｅｔｃｈｉｎｇ０引言汽车智能化相关的技术问题已受到汽车制造商们的高度重视，其主要技术中具有自动控制车速、自主寻路、自动导航、主动避撞、自动电子收费、无人驾驶等功能的“自动驾驶仪”的构想必将依赖于电子技术实现。智能汽车是今后国内外汽车发展的热点领域，是未来汽车发展的必然趋势。位的控制器处理器ＭＣ９Ｓ１２ＸＳｌ２８。判断车身相对前方引导线位置，再结合速度传感器获取的当前速度，根据算法对舵机转向和驱动电机转速进行调整，使智能车沿着路线稳定快速的行驶。１．１电源管理模块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ｌ块７．２Ｖ，２舵机骄动电机驱动图像采集速度传感图２系统结构框图Ａ／ｈ可充电镍镉蓄电池。由于主控Ｖ、１２制器、舵机、摄像头分别需要５Ｖ、６梯形税野区域Ｖ等电压供电，分别信息识别、路径定位与方向偏差控制等主要控制功能提出了解决方案。如图１所示。ｌ采用７８０５，７８０６和一块ＶＳＩ开关型ＤＣ―ＤＣ升压集成电路实现，驱动电机芯片直接用７．２Ｖ电池供电。１．２主控制器简介ＭＣ９Ｓｉ２ＸＳｌ２８单片机的片内存储器有１２８Ｋ的ＦＬＡＳＨ，图１智能汽车控制系统示意图智能车控制系统硬件结构与设计方案智能车控制系统设计为：电源管理模块为其他模块提供１２Ｋ的ＲＡＭ，４Ｋ的ＥＥＰＲＯＭ。主要有电压调整模块、在线调试模块、时钟产生模块，定时模块、Ａ／Ｄ转换模块、ＰＷＭ模块、ＣＡＮ模块组成。１６路１０位精度的Ａ／Ｄ转换模块，分为ＡＴＤ０和ＡＴＤｌ两组，为保证Ａ／Ｄ转换的精度，要给该模块加合适的电压，由安装在智能车前端的摄像头拍摄车体前方道路，从拍摄的道路图片中提取黑色引导线信息送到智能车１６基金项目：贵州大学研究生创新基金资助（校研理工２００９００６）。作者简介：焦欣欣（１９８５一），男，硕士研究生，主要从事捡测技术与自动化装王方面的研究。王民慧（１９６２一），女，副教授，贵州大学电气工程学院教师，主要从事嵌入式系统和传感技术研究。收稿日期：２０１０―３―１０中国机械采购网万方数据．弱．髓暖雹翟峦匿期稳定的参考电平输入。增强型定时捕捉模块有８个输入输出引脚，可分别定义成输入捕捉功能或输出比较功能。端口Ｐ可定义成两个ＳＣＩＯ和ＳＣｌｌ．和―个同步通信口ＳＨ。１．３道路检测模块由于ＭＣ９Ｓ１２ＸＳｌ２８的Ａ／Ｄ采集速度有限，须利用图像采集模块提取出摄像头信号的行同步脉冲、消隐脉冲和场同步脉冲以供单片机作控制之用。ＬＭｌ８８１视频同步信号分离芯片可从摄像头信号中提取信号的时序信息，如行同步脉冲、场同步脉冲和奇、偶场信息等，并将它们转换成ＴＩＬ电平直接送给单片机的Ｉ／Ｏ口作控制信号用。ＬＭｌ８８１的端口接线方式如图３所示。＾ｒ瑚ｉ图３ＬＭｌ８８ｌ端口接线方式引脚２为视频信号输入端，引脚ｌ为行同步信号输出端，引脚３为场同步信号输出端。当摄像头信号的场同步脉冲到来时，引脚３将变为低电平，一般维持２３０炉，然后重新变回高电平。引脚７为奇一偶场同步信号输出端，当摄像头信号处于奇场时，该端为高电平，当处于偶场时，为低电平，可以用场同步信号作为换场的标志，也可以用奇一偶场间的交替作为换场的标志。１．４电机驱动电路设计系统采用集成电机驱动芯片ＭＣ３３８８６对实现电动小车的电机转速控制，为防止ＭＣ３３８８６内部过流保护电路对电机起动、制动时造成影响，降低接通状态下通态电阻，提高电机驱动能力，电路设计为２路ＰＷＭ模式。如图４所示。７２ＶＰＷＭ２图４电机驱动电路１．５速度检测模块智能车在急转弯时如果速度过快会冲出车道，因此需设计一速度检测模块。Ｍｃｇｓｌ２ｘｓｌ２８除控制前轮转向外，还根据速度检测模块得到的速度信号对车速进行控制。该模块万方数据采用光电透射式方法检测车速，即将具有齿槽结构的圆盘固定在智能车后轮轴上，智能车开动时，圆盘转动，光电传感器输出脉冲信号。此信号经整形后送至Ｍｃｇｓｌ２ＸＳｌ２８，由此可计算出智能车当前的速度，再根据采样到的引导线形状调整当前智能车的车速。１．６舵机驱动模块该模块主要控制智能车根据引导线形状进行转向，舵机本身是―个位置随动系统，由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机和控制电路组成。舵盘输出转角正比于给定的控制信号。该系统舵机型号为ＦＵＴＡＢＡ￥３０２０。控制信号是周期为２０ｉｎ８的ＰＷＭ信号，脉冲宽度决定舵机输出的转角。２软件设计软件开发环境采用Ｆｒｅｅｓｃａｌ公司的ＣｏｄｅＷａｒｒｉｏｒ４．７。它是为Ｓ１２系列处理器提供的应用开发软件包，包含了集成开发环境ＩＤＥ、处理器专家系统、全芯片仿真等，是一款功能强大的图形化编程软件。智能车系统通过图像采样模块获取前方赛道的图像数据，同时通过速度传感器模块实时获取车的速度。然后Ｓ１２利用边缘检测方法从图像数据中提取道路中黑线，求得车于黑线位置的偏差，接着采用ＰＩＤ方法对舵机进行反馈控制。最终车根据检测到的速度，结合速度控制策略，对车速度不断进行恰当的控制调整，使车在符合设计要求的情况下沿道路快速前进。智能车系统的软件结构如图５图５智能汽车控制流程图所示。２．１视频采样摄像头视频信号端接ＬＭｌ８８１的视频信号输入端，同时也接入Ｓ１２的一路ＡＤ转换端口（选用ＡＤＯ）。ＬＭｌ８８１的行同步信号端接入ＥＣＴ模块中的ＦＩＯ，同时将ＬＭｌ８８１的场同步信号和奇一偶场同步信号也输入到ＥＣＴ模块中（选用ｐｒｒｌ，ｅｒ２）。为了减轻Ｓ１２存储和数据处理的负担，而且小车的定位系统在纵向上只要有ｌＯ～加个像素的分辨能力就足够了。因此，只需对摄像头送出的２８８行视频信号中的某些行进行采样就行了。当ＰＭ４口的信号由高变低或由低变高时，表明新的一场到来了，由此时开始对行同步信号重新计数。当Ｐ１０口每检测到―个上升沿，表明―个行同步信号刚过去，让计数变量增１。当计数变量变为２８时，表明第２９行信号（即第７行视频信号）开始了，对此行信号进行采样，直到下一个行同步信号到来为止。保持对每个行同步信号的计数，直到计数变量又增加７个变为３５时，开始对到来的第３６行信号（即第１４行视频信号）进行采样，直到下一个同步信号到来为止。如此下去，计数变量每增加７个，就采样随后的一行视频信号，直到采样完第３０２行信号（即第２８０行视频信号，前２２行是场消隐区），然后就结束了对该场信号的采样。具体的判断ＰＭ４口信号（即奇一偶场信号）是否发生变化的方法是：设置―个奇一偶场信号变量标志（简称奇偶标志），并约定，当奇一偶场信号为高时，将奇偶标志置为ｌ（表示“高”）；为低时则置为０（表示“低”）。隔一定的时间来检测一次ＰＭ４口的信号，若ＰＭ４口的高低与奇偶标志的“高”“低”属性不同，则表示ＰＭ４口的信号发生了变化。每次检测完，都将奇偶标志置为与ＰＭ４口信号高低相对应的值。隔多长时间检测一次ＰＭ４口的信号可视摄像头信号处于场中的位置而定。如换场的发生刚过，往下可只需关注对该场视频信号的采样，不必检测ＰＭ４口的信号，因为只要该场的视频信号没完全结束，下一场信号就肯定没到。当该场中的视频信号全部结束，摄像头信号进人场消隐区时，可开始隔段时间检测一下ＰＭ４口的信号，所隔的时间要低于最短的行信号持续的时间（这样才可以确保当判断出换场有发生时，不会错过新场中的任一个行同步信号）；甚至可以在估计着该场快临近结束时采用等待查询的方图６视频采样流程图式。２２目标路径的提取道路图像信息的像素值保存在一个二维数组中，其行值和列值即为像素的图像坐标，若求出了黑线边缘点的图像坐标，就知道了黑线的位置。黑线边缘的特点是其左、右两像素为一黑一白，两相索值差的绝对值大于某阈值，阈值大小根据实验确定；而其余处的相邻两像素或全为白，或全为黑，像素值差的绝对值小于该阈值。这样，只要对数组每行中任意相邻两点作差，就可以根据差绝对值的大小是否大于某阈值来判断此两点处是否为黑线边缘，还可以进一步根据差值的正负来判断边缘处是左白右黑、还是左黑右白。白色道路边沿可能会有模糊偏差，导致阀值并不是简单的介于相邻的两个点之间，很可能要相隔两个点。因此：第ｌｉｎｅ为原点，判断和ｌｉｎｅ＋３的差是否大于阀值，如果是则将ｌｉｎｅ＋３记为ｉ，从ｉ开始判断在接下来的从ｉ＋３到该行最末一个点之间的差值是万方数据否大于阀值，如果大于则ｌｉｎｅ＋ｉ／２＋２的坐标赋值给黑线中心位置。如图７所示。利用该算法所得到的黑线提４７黑线提取原理取效果不仅可靠，而且实时性好；在失去黑线目标以后能够记住是从左侧或者右侧超出视野，从而控制舵机转向让车回到正常跑道。２．３舵机和电机控制２．３．１舵机控制根据前述的黑线提取，就知道了所采样的每行中黑线边缘的图像坐标。因为道路中黑线的宽度只有２５ｍｌｎ，远小于道路６０ｅｍ的宽度，不妨只以黑线左边缘（或右边缘）的位置来代表黑线的位置，并根据左边缘的图像坐标来控制舵机的转角。因此，在实际的软件设计中，就不必先经摄像头标定将图像坐标转换成世界坐标，可以直接计算出黑线实际位置与基准位置间图像坐标的差值（即ｌｉｎｅ２一ｌｉｎｅｌ）。２．３．２驱动电机控制在每―个控制周期中，检测一次车的当前速度值。若速度值小于预定的速度值，则将驱动电机ＰＷＭ输入的占空比置为１００％；若速度大于预定的速度值，则将驱动电机ＰＷＭ输入的占空比置为０。实验表明，采用面阵ＣＣＤ作为道路的信息检测元件，检测范围宽，前瞻性强，配合设计了信息采集、图像处理的算法，采用阀值法对图像信息进行黑线提取，大大提高了图像处理的准确性，舵机转向流畅，实现了小车沿黑线快速平稳的行驶，达到了预期的目的。参考文献［１］范立南，韩晓微，张广渊．图像处理与模式识别［Ｍ］．北京：科学出版社．２００７【２］曾光奇等．模糊控制理论与工程应用［Ｍ】．武汉：华中科技大学出版社．２００６［３］林钢．模糊控制及其在家用电器中的应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社．２００６［４］鲁植雄，赵兰英．汽车多媒体和导航系统结构原理与维修［Ｍ］．南京：江苏科学技术出版社，２００７［５］（美）ＭｉｃｈａｅｌＴ．Ｃ，ｏｏｄｒｉｃｈ，ｌＲ０ｂｅｒｔｏＴａｍａｓ６ｉａ著。霍红卫译．算法分析与设计【Ｍ］．北京：人民邮电出版社。２００６［６］（美）ＲｏｂｅｒｔＳｅｄｇｅｗｉｅｋ，（法）Ｐｈａｊｏｌｅｔ著，冯舜玺等译．算法分析导论［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６（下转第７５页）
中国机械采购网３结语?７５－对焊接有软母线和硬焊板的部位，要先焊软母线后焊硬铝焊板。先焊软母线因其没有母线变形不影响其他焊图３施是减少氢气孔来源。每天开始焊接前，要空放氩气冲去氩气管水份，尤其在比较潮湿环境更加必要。氩气要有一定流量才能很好保护电弧与熔池。在有二级风以上，要有防风措施。ｄ）铝母线焊接使用的硬铝焊板、软铝焊带厚度１０ｍｍ，规口尺寸。如果先焊硬铝焊板就有可能影响其他焊口尺寸。３．２半自动熔化极（１ＭＩＧ）氩气保护焊接（１）半自动熔化极（ＭＩＧ）氩弧焊机日产ＴＲＡ一５００氩弧焊机，采用平特性电源，熔化极静特性曲线是上升曲线，使电弧自我调节能加强，电弧稳定性好。采用阴极反接，比正接电弧稳定性好，而且阳极反接“阴极雾化”效果好。能清除焊接面氧化膜。熔化极氩弧焊焊接电流范要求焊缝宽度１０ｉｎｔｏ±２ｍｍ。但用担．４铝焊丝，电弧电流稍大熔透Ｉ生好，电弧直径一般１０ｍｉｌｌ。焊缝宽不能进行两道焊接，势必增加电弧电压，扩大电弧直径、熔透性。同时提高焊接电流，焊丝熔化速度快，电弧就不能很好控制熔池，就影响焊接质量，所以焊缝宽度７ｍｉｌｌ～１０ｎｌｍ可一遍焊接成型，焊缝宽度要一致，不能～头宽一道窄。ｅ）铝焊接铝液无颜色变化，焊接过程中一定要盯住熔池，观察焊接面是否“挂浆”（即焊接面是否熔化），若看不到“挂浆”说明焊缝金属就不能很好与母材熔合，这就是铝焊接与钢铁焊接不同之处。ｆ）热裂纹：工业纯铝热敏感性比较低，一般不应产生热裂纹（即结晶裂纹），但由于防止铝母线变形，要用固定卡具，由于铝焊接热胀冷缩比钢大２倍，应变刚度较大，拉应力与结晶温度结合就要产生热裂纹，这时要调整焊接规范，使其拉应力产生在结晶温度以后，另外焊枪前倾角度大，熔透性差，也产高，不用引弧板（钨极氩弧要引弧板）。＇ＩＲＡ一５００型脉冲氩弧焊机，平均电流小，熔透能力强，焊接变形小。（２）铝母线焊接特点铝母线与硬铝焊板、软母线线束（一般厚度１０ｉｒｏｎ）截面相差悬殊，最小１０倍，最大２５倍。焊板基本上没有坡口都是Ｉ型焊缝，软母线柬有的有坡口，有的没有坡口。铝母线焊接面清除氧化膜，硬铝焊板、软母线束焊接端头不进行氧化膜处理，阴极反接氩弧焊对焊接面“阴极雾化”效果可以使氧化膜清除，使焊缝金属能很好与母材焊接面熔合。（３）铝母线焊接主要缺陷生热裂纹。电弧电压高也产生热裂纹，铝母线焊接不允许有热裂纹（铝焊接不存在冷裂纹），一旦有热裂纹必须修补。ｇ）焊缝表面不允许有裂纹、气孔、赘瘤及夹渣现象，不允许起弧一段未熔，收弧处不允许产生弧坑及弧坑裂纹。由于铝母线焊接铝的温度低于了７０℃时，就不能支持熔池铝液。未熔合（未熔透）、氢气孑Ｌ及热裂纹（结晶裂纹、铝焊接没有冷裂纹）。如何保证焊缝金属与母线熔合，如何减少氢气孔、防止热裂纹，我们采取如下措施保证铝母线焊接质量。ａ）铝焊丝材质一般应高于母线一级，或铝母线同级。铝焊丝表面应光滑、无裂纹、气泡，毛刺及局部凹陷或折弯。绕在焊丝盘应拉力一致，否则影响送丝稳定性。焊丝盘必须用所以每条焊缝两端头熔合较差，所以要进行封口焊接，增加熔合面积，使其熔接面达到９０％以上。焊缝端头封口要先填平后封口，封口宽度１２ｍｍ～１４咖，高度３咖－５ｍｍ。塑料袋包好，最好开口处封闭。铝焊丝超过一年不应使用。ｂ）铝母线熔化极（ＭＩＧ）氩气保护焊，按现行国家标准ＧＢ一４８４２一级以上氩气，氩气纯度９９．９９％以上。氧含量超过０．１％焊缝表面有烟黑．氢超过０．５％将使熔池流动性差，４结束语加工和安装好的直流汇流母线经过调试后达到现行规定压降值的标准，保证『Ｉ电解铝直流汇流母线这一段母线电流的正常传输，从而保证了电解铝的生产要求。氢与水份超标将产生气孔。ｃ）铝母线熔化极焊接比钨极氩弧焊产生气孔多，这是铝焊接无法杜绝的缺陷。其原因是铝在液体时大量熔解氢，而固体时几乎不熔解氢，液体熔解氧是固体２０倍，加之熔化极焊接冷却速度快，氢来不及析出，形成氢气孔。所以铝母线熔化极氩弧焊采取一定措施将氢气孔降到最低限度。其主要措参考文献［１］贵阳铝镁设计研究院．铝舍金圆棒车间母线制作安装技术规程［２］ＹＳ５４１７―９５．铝母线焊接施工魔验收规范孛??争??争?夺?夺?夺－夺??争?÷?夺?夺?夸?寺???争?―争??争?夺?争?夺?争?夺?奇??夺?夺?夺?夺－夺?夺?夺??争??争?争?夺??争?夺?÷?ｔ争?÷?夺?争?牵?夺?夺??｝?夺?夺?（上接第５５页）［７］佟绍成，王涛，王艳平．模糊控制系统的设计及稳定性分析［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．４１９９５．７［１０］李正军．计算，ｇ．Ｓｔｌ控系统设计与应用［Ｍ］（第１版）．北京：机械工业出版社．２００４．１［８］刘丹．计算机图像处理的数学和算．ｇ－＆ａ［Ｍ］．北京国防工业出版社。嬲［９】王荣本．图像识别自动引导车辆系统的研究［Ｄ］．吉ｇ．Ｙ－业大学，［１１］邵贝贝．单片机嵌入式应用的在线开发方法［Ｍ］（第１版）．北京，清华大学出版社。２００４．１０万方数据，国机械采购网删…，ｋｐ“…一…＿一一一’＿‘
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