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        基于K60單片機的貨物配送智能小車的設計

        2017-05-08 02:19:08周陽陸干松汪瑞王慶宇郝保明
        山東工業(yè)技術 2017年8期
        關鍵詞:小車攝像頭單片機

        周陽+陸干松+汪瑞+王慶宇+郝保明

        摘 要:本文研究的是基于攝像頭的自動送貨小車,它可以自己采集道路上的信息,判斷道路上的情況,從而進行轉彎,停車,卸貨的功能。它是一種由主控芯片(Kinetis60)控制攝像頭二值化采集道路信息,單片機處理信息,輸出各種處理信息,各個模塊分工合作,借助位置式PID[1]算法精準的控制舵機,采用雙MOS管驅動電機,最終控制小車完成指定功能。

        關鍵詞:Kinetis60單片機;位置式PID;循跡小車;智能送貨

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.260

        1 引言

        近年來,網絡越來越發(fā)達,隨之而來的是貨運業(yè)務的鼎盛期,網絡推動一個社會的發(fā)展,也推動貨物投送業(yè)務的發(fā)展,同時也推動了快遞業(yè)務的發(fā)展。于此同時大量的投遞工作也給從事投遞行業(yè)的人們增加了很大壓力,因此智能投送尤其重要。智能送貨小車可以不受天氣的影響實現無人送貨,只要有合適的道路就可以送貨,大大減少了送貨人員的工作量,減輕了工作人員的負擔。

        2 基于K60的智能送貨小車的總體設計方案

        該設計是以Kinetis60單片機為主控芯片,通過K60單片機的內部資源[2],如PWM、AD、定時器、外部中斷、串口等功能。通過并行口對二值化數字攝像頭進行采集,并行口具有傳輸速度快,數據穩(wěn)定的特點。同時鷹眼攝像頭的采集速度要比其它攝像頭采集速度快,圖像更穩(wěn)定。在低亮度和強光照下比其它攝像頭具有更好的圖像輸出。

        攝像頭二值化圖像輸出后,單片機采用DMA采集,直接將輸出的圖像存儲到單片機內存中,單片機再逐幅圖像進行處理,找出道路兩邊,根據兩邊計算出中心線。單片機根據計算出的中心線來進行車的正前方的偏差,通過位置式PID進行舵機控制。

        3 硬件電路設計

        硬件電路分為電源模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、傳感器模塊、MOS管電機驅動模塊。下面分別介紹下電源模塊、傳感器模塊和電機驅動模塊。

        3.1 電源模塊電路

        這個系統(tǒng)是通過一節(jié)7.2V的香山紅葉電池來供電,然而單片機系統(tǒng)需要的是3.3V電源,傳感器模塊也需要的是3.3V電源。所以我們需要對電源進行降壓設計。通過7350電源芯片穩(wěn)成5V電源,前后均有濾波電路,單片機需要的3.3V通過AMS117來進行穩(wěn)壓。由于7350的壓降值非常小而且電流比較小,因此只作為主控芯片供電。

        3.2 傳感器模塊電路

        系統(tǒng)需要應用攝像頭來采集信息,我們采用的是較為成熟的且業(yè)界口碑較好的OV7725數字攝像頭。OV7725攝像頭中的數據是通過8位并行口進行讀取,我們將攝像頭的8位并行輸出口接單片機的連續(xù)IO口,這樣方便程序的處理。攝像頭的SCCB控制口沒有特殊要求我們接的是普通I/O口。時鐘線和場中斷線接普通IO口。

        3.3 電機驅動模塊電路

        電機驅動模塊的作用是驅動電機轉動,并對電機轉速進行控制,從而使得小車前進和停止。速度的控制有主控芯片產生的PWM[4]來控制電機驅動電路來控制電機的直接驅動。驅動芯片需要12V的電源供電,因此需要有升壓電路來提供。驅動部分有雙MOS管和IR2104芯片部分電路完成。

        4 軟件代碼調試

        系統(tǒng)開始工作,首先初始化UART串口、PWM、中斷,初始化結束程序進入大循環(huán)。把小車道路方向放直,單片機開始采集OV7725攝像頭的數據,通過PID控制小車的姿態(tài),在程序的循環(huán)里始終處理道路信息,處理完成后進行舵機控制,實時調整小車姿態(tài)。

        5 結論

        本文針對貨物配送智能小車的設計,對其控制原理、結構,軟件設計及其硬件設計做了充分的介紹。通過軟硬件的修改、參數的整定、算法的優(yōu)化,實現了送貨小車自主送貨的基本的功能。在此過程中學習了硬件結構,軟件調試、了解了各種結構和PID算法功能。接下來將以此為基礎,更加深層次地研究智能送貨小車的設計過程,實現理論研究的應用價值。

        參考文獻:

        [1]王再英,劉淮霞,陳毅靜.控制儀表基本控制規(guī)律及特點[J].過程控制系統(tǒng)與儀表,2006(01):72-76.

        [2]張毅剛,王少軍,付寧.單片機概述[J].單片機原理及接口技術,2016(07):3-13.

        [3]山外.OV7725數字攝像頭編程基本知識筆記[J].

        [4]盤新民,王燕芳.電機控制接口技術[J].微型計算機控制技術,2017(01):140-147.

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