的循迹行驶。在实验中，将供电电压提升至６５Ｖ后扭力达到７．０ｋｇ・ｃｍ，
动作速度０．１ ４＋０．０２ｓ／６０。，从而使小车循迹Ｓ弯时舵机响应灵敏度有
很大提升。同时为了能够大幅提升舵机ＰＷＭ的控制周期，细化ＰＷＭ
控制量，达到输出１ ６位ＰＷＭ舵机控制信号，将ＭＣ９Ｓ１ ２ＸＳｌ ２８的两
转向角为输出变量Ｕ，然后通过改变输出ＰＷＭ占空比来改变。
（ＰＷＭ）实现的。舵机工作原理类似。
转向控制嚣． 驱动电机控制
。——ＪＬ—一 转向舵机，
．．．．．．．．ｊＩ：．．．．．．一 直流驱动电机．－
１２路径信号检测采集模块 此模块是通过摄像头采集并反馈行驶的路况信息。摄像头的的选
驱动／转向控制．
择主要有以下几个参考指际：分辨率、视野大小、成像清晰度、色彩对
应用科技
基于ＣＭＯ Ｓ摄像头的循迹智能小车控制系统设计
Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ＣＭＯＳ－＿＿－ｂａｓｅｄ
Ｓｍａｒｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｃａｍ
Ｌｉ
李万敏王彦 Ｗａｎｍｉｎｇ Ｗａｎｇｙａｎ
７３００５０） ７３００５０）
（兰州工业学院汽车工程学院，甘肃兰州
比度、功耗、质量和体积。综合考虑后采用ＯＶ５１ １ ６数字摄像头。它
２８
罔１系统结构图
工作原理．电源模块给所有用电Ｂ髟哄电，单片机ＭＣ９Ｓ１ ２ＸＳｌ
采用５Ｖ操作电压，输出行中断信号，场中断信号，图像模拟信号，图
将路径信号检测采集模块采集的道路隋况以及小车速度反馈信息汇集并 进行分析处理，然后发出控制命令，传送信号到电机驱动模块来执行速
表１智能小Ｉｉ硬件模块需求叫ｆ啪＇兄
模块名称一
单片机Ｍｃｇｓｌ２ＸＳｌ２８， 需球电压一
５Ｖ． ；Ｖ－ ５Ｖ． ５Ｖ‘。
模块名称．
舵机驱动模块． 电机驱动模块． 编码器供电． 绫性ｃｃＤ一
需求电压． ５Ｖ《５仉
３Ｖ一７ ５Ｖ． ５Ｖ． ２Ｖ．．
路径信号检畏Ｉ采集模块ｔ
Ⅳ０外设， 常用Ｉｃ芯片．
在电路设计当中，单片机设计为独立供电，因单片机与其他负载
用，２００７．
Ｉ到４程ｆ芋流程陶
【５】卓晴，黄开胜，邵贝贝．学做智能车：挑战”飞思尔”杯【Ｍ列ｔ京：北京航空 航天大学出版社，２００７
【６】郅贝贝．单片机嵌入式应用的在线开发方法［ＭＩ．北京：清华大学出版社，
２００４．
２２路径信息识别算法 路径信息识别先要图像采集然后再图像处理。图像采集使用
万方数据
本文论述了应用１６位单片机ＭＣ９Ｓ１２ＸＳｌ２８实现摄像头自动循
控制智能小车最优化运行，是实时采集当前的路况信息以及运行
信息，及时操作舵机和驱动电机的工作，调整速度和转向。单片机的控 制程序软件设计是在ｍｅｔｒｏｗｅｒｋｓ ｃｏｄｅｗａｒｒｉｏｒ编程环境下，应用Ｃ 语言编程完成的。流程如图４所示。
迹智能车制作。在实验中对各个参数进行不断调试，使该智能车循迹灵
（Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ
ｌ摘要ｌ设计并实现了一种利用数字式ＣＭＯＳ摄像头采集路面信息的智能小车控制系统。以１６位单片机ＭＣ９Ｓ１２ＸＳｌ２８核心控制器，单 片机获得摄像头采集的路面信息和车速信息，采用数字ＰＩＤ控制策略和ＰＷＭ控制技术，实时控制舵机－辛毒‘向和驱动电机根据站嘏谜：行调速， 使智能车沿标定的轨迹线决速平稳行驶。
分离出检测对象物，分离图形和背景为二值图像。像素的图像坐标即二 维数组的行数和列数，根据黑线边缘的图像坐标，就确定黑线的位置。 ２３舵机和驱动电机控制算法 本设计中控制舵机转角是采用了模糊控制算法来完成的。智能小
车的模糊控制采用二维模糊控制器，输入变量Ｅ、Ｅｃ，分别为传感器给 出的智能车位置和道路中心的横向偏差和偏差的变化率，从而得出前轮
个８位ＰＷＭ发生器ＰＷＭＯ、ＰＷＭｌ级联。级联后舵机ＰＷＭ的调节
范围非常大，从而有效的保证了转向控制精良６ｋ ２智能小车控制方案没计 ２１智能汽车软件设计
了车速传感器，实时测出智能车的速度，ｉ虱拉度传感器检测出的速度
值调整电机的ＰＷＭ占空比，实现对速度的闭环控制。
３结论
本设计中采用ＰＩＤ控制实现对速度的闭环控制。智能小车上安装
度改变，传送信号到舵机驱动模块后执行转向动作，然后重复以上动
像二值化数字信号ＳＵ、ＳＵＯ，图像动态阈值镜像信号等五条信号缨５ｌ。
１３电机驱动模块 电机驱动采用ＢＴＮ７９７１作为驱动芯片。ＢＴＮ７９７１芯片集成度很 高，每一片就是一个半桥，本设计使用两片ＢＴＮ７９７１组成了一个Ｈ全 桥电动机驱动电路，具体方案如图３所示。
运行。在独立为单片机供电电路中采用ＡＭＳｌ １１ ７－３．３来为单片机提 供降压稳压供电，其稳压电路如图２所示。
果。本文以未来智能汽车的微缩模型小车为基础，应用１ ６位单片机
ＭＣ９Ｓ１ ２ＸＳｌ ２８设计了一种控制系统。
１
智能小车系统的硬件部分没计
智能小车的硬件设计包括单片机ＭＣ９Ｓ１ ２ＸＳｌ ２８、供电电源模
动机的正／反转调速。 １．４舵机．驱动模块 舵机驱动采用￥３０１ ０型舵机，该舵机的额定工作电压为６Ｖｏ系统 的稳定关键在于舵机的响应时间，其作用主要使智能小车达到稳定平滑
精度为１ ５００ｍｍ
５００ｍｍ。采用的位置算法为黑线边缘检测方法。图
像信息通过摄像头采集后存储在一个二维数组ｉｍａｇｅ［ｉ］［ｊ］ｑｂ，并从图像中
作。最终实现智能小车自动识别蹦圣和循迹前进。
１１电源模块设计 智能小车是依靠电能工作的，因此电源模块是整个硬件系统稳定 工作，智能小车正常行驶的前提。各个系统硬件电压需求并不相同，如 表１所示，为满足正常工作需要，本系统采用规格为７．２Ｖ，２０００ｍＡｈ 的镍铬充电电池。根据实际使用经验来看，在电池充满电时，其电压能 达到８．２Ｖ左６＂ｏ
敏，系统响应快，动力性能和转向性能良好，反复测试后平均速度能达 到２．６ｍ，ｓ。
渗考文阑
【１】ＭＣ９Ｓ１２ＤＧｌ２８ Ｄｅｖｉｃｅ Ｕｓｅｒ Ｇｕｉｄｅ【ｚ】．Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓｅｍｉ～Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
ｌｎｃ，２００５．
【２】韩毅，杨天．基于ＨＣＳｌ２单片机的智能循迹模型车的设计与实现． 【３】王晓明．电动机．白匀单片机控制【Ｍｊ．北京：北京航空航天大学出版社，２００２． 【４】吴斌化＇黄卫能程磊，杨明．基于路径识别的智能车系统设计Ｕ】．电子技术应
ｐ器枣词智能车；ＣＭＯＳ摄像头；蹈轻识别；ＰＩＤ控制
ＩＫｅｙｗｏｒｄｓ］ｓｍａｒｔｃａｒ；ＣＭＯＳｃａｍｅｒａ；ｐａｔｈｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ
智能汽车是社会发展交通现代化的重要标志之一。可以集路况检
测、道路规划、自动巡航、信息共享等诸多功能于一体的综合智能机 械，可以在循迹标志的导引下，自动规划并随时修正路线后以恰当的速 度行驶，自动避障前进，可以具有很高的控制实时性，提高道路使用效
『Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｗｏｄｕｃｅｓ山ｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ
ｏｆｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ ｏｆａ ｓｍａｒｔ ｍｏｄｅｌ ｃａｒ，ｗｈｉｃｈ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ＣＭＯＳ
ｃａｌ－ｎｅｒａ
ａｓ
ｔｈｅ ｒｏａｄ ｉｎｆｏｎ－ｎａｄｏｎ ｃ０１ｌｅｃｔｏｒ
１６一ｂｉｔ—ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐＭＣ９Ｓ１２ＸＳｌ２８ｉｓａｄｏｐｔｅｄａｓｔｈｅｃｏｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｒｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｃａｒｓｐｅｅｄ，ｃｏｌｌｅｃｔｅｄｂｙｃａｍｅｒａ，ｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ
块、路径信号检测采集模块、舵机驱动模块、电机驱动模块和速度检测
与调节模块等。结构示意图如图１ Ｅｒ－示．：
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另外，在智能小车运行过程中，电动机的速度是根据传感器的反 馈，单片机的控制随时调整的。要实现电机调速，不能像玩具四驱车一 样使用恒定电压对电动机供电，电动机的控制是用脉宽调制信号
一幽～～……
目３
ＢＴＮ７９７ １
并联时，其他负载的变化会引发单片机供电问题，使小车系统无法稳定
Ｈ令桥电动机驱动电路
万方数据
｝霍３塑技凰。
控制电机的供电电压的大小是通过改变从单片机输入到芯片的
０Ｖ５１ １
６数字摄像头，操作电压为５Ｖ，检测频率为５０次／ｓ，检测空间
ｘ
ＰＷＭ的占空比来完成的，进而完成对电机转动速率的控制。图中Ｎ３、 Ｎ９为输入的ＰＷＭ，ＯＵＴｌ和ＯＵＴ２分别接电动机的两极，可控制电
ｂｙｓｉｎｇｌｅ——ｃｈｉｐ．ＤｉｇｉｔａｌＰＩＤａｎｄＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｈａｖｅａｎｏｖｅｒ——ｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌｏｖｅｒｔｈｅｅｎｇｉｎｅｓｔｅｅｒｉｎｇａｎｄｄｒｉｖｅｔｈｅｅｎｇｉｎｅｔｏａｄ——
ｉｕｓｔｉｔｓｓｐｅｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｓｏａｓｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅａｆａｓｔａｎｄｓａｆｅｄｒｉｖｉｎｇｏｆｔｈｅｓｎａａｒｔｃａｒａｌｏｎｇｔｈｅｇｉｖｅｎｐａｔｈ．