劉千 彭添強 王天正 李恒

摘? 要：文章設(shè)計一個以KL26 MCU為核心，OV7725攝像頭作為傳感器的一個能自動尋找目標的智能車系統(tǒng)。此設(shè)計模仿工業(yè)現(xiàn)場的貨車自動尋找目標的過程。

關(guān)鍵詞：KL26;圖像處理;智能車

中圖分類號：TP23? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）17-0036-02

Abstract： In this paper， an intelligent vehicle system with KL26 MCU as the core and OV7725 camera is designed， which can find the target automatically. This design imitates the process of automatic target search for trucks on the industrial site.

Keywords： KL26; image processing; smart car

引言

隨著智能化發(fā)展，可將圖像處理技術(shù)引入工業(yè)現(xiàn)場。在工業(yè)現(xiàn)場可利用無人貨車自動尋找目標進行作業(yè)。此系統(tǒng)模擬工業(yè)現(xiàn)場，將發(fā)紅外光的物體作為目標，利用小車進行目標定位并追蹤。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)以KL26為核心，由避障模塊，速度采集模塊，攝像頭模塊，藍牙模塊，人機交互部分和電源模塊組成。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計

系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示，本系統(tǒng)以KL26為核心，將系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為電源，攝像頭，藍牙，人機交互，速度采集，舵機，電機驅(qū)動模塊。

2.2 電源模塊設(shè)計

電源供電模塊對于整個系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用，各個模塊都需要供電，所以須設(shè)計一個能夠穩(wěn)定給該系統(tǒng)供電的電源模塊。小車系統(tǒng)中單片機需3.3V供電，攝像頭傳感器5V供電，舵機5.7V供電，編碼器5V供電，紅外對管5V供電，藍牙5V供電，直流電機可以直接用7.2V供電?？紤]到需供電的各個模塊所需電壓不一樣，先由電池7.2V經(jīng)LM2940轉(zhuǎn)換到5V，為攝像頭及紅外對管供電，再由這5V經(jīng)AMS117轉(zhuǎn)到3.3V給單片機供電。由于編碼器要求供電穩(wěn)定，故由電池7.2V經(jīng)LM2940轉(zhuǎn)到5V單獨為編碼器供電。舵機要求供電6V，所以采用AS1015使電池輸入7.2V轉(zhuǎn)為4V到6.5V可調(diào)的電源給舵機供電。電源模塊電路圖如圖2所示。

圖2 電源模塊電路圖

2.3 電機驅(qū)動電路設(shè)計

采用BTS7960半橋驅(qū)動芯片驅(qū)動電機，通過單片機控制輸出PWM波的占空比來控制半橋的開斷以達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。單片機輸出的4路PWM波經(jīng)過74HC541緩存成為峰值為5V的PWM波來驅(qū)動BTS7960控制其開斷從而控制不同的BTS7960芯片。2個芯片控制一個電機，從而控制2個電機。驅(qū)動電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)程序框圖

程序流程圖如圖4所示。

3.2 圖像處理

首先用中值濾波算法對采集回來的圖像進行濾波。由于使用的攝像頭是硬件二值化，故不用對采集回來的圖像再次進行二值化，提高了圖像處理的速率。對目標進行特征提取，因為目標發(fā)出特定波長的紅外線，故在攝像頭上加特定波長的濾光片即可將目標特征采集回來，遍歷每行像素點時，如果發(fā)現(xiàn)黑像素點的下一個像素點是白色，那么即認為這個跳變點是目標的邊界，如此遍歷整個二值化圖像的像素點，提取目標的邊界并計算出目標中線所在的列數(shù)作為舵機的設(shè)定值。

3.3 舵機控制

舵機是控制小車系統(tǒng)運動方向的執(zhí)行機構(gòu)。此系統(tǒng)用PID算法閉環(huán)控制舵機追蹤目標?？紤]到此控制系統(tǒng)具有較大的慣性，故在控制算法上選用PD調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)進行控制，微分控制會對系統(tǒng)進行超前控制，一旦系統(tǒng)有較大的偏差那么系統(tǒng)輸出就會立刻變大，從而克服了系統(tǒng)的慣性作用。模擬系統(tǒng)PD調(diào)節(jié)器的公式如公式（1）所示。

式中，P（t）-調(diào)節(jié)器的輸出信號（此系統(tǒng)的輸出PWM占空比）;e（t）-調(diào)節(jié)器的偏差信號（此系統(tǒng)的采集圖像的目標中值和攝像頭中線的偏差）;Kp-調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);Td-調(diào)節(jié)器的微分時間。

經(jīng)過離散后的公式如（2）所示。

經(jīng)過實地調(diào)試選擇合適比例系數(shù)和微分系數(shù)，只要在系統(tǒng)追蹤目標的時候不發(fā)生抖動，并且當目標突然變換時，系統(tǒng)最終能夠收斂，那么參數(shù)即選定完畢。

3.4 電機控制

此系統(tǒng)對電機控制采用開環(huán)控制，直接對電機驅(qū)動輸入PWM脈沖，改變脈沖占空比，改變電機的速度，此系統(tǒng)用撥碼開關(guān)設(shè)定高速，中速，低速三個速度擋位，從而適應(yīng)不同的環(huán)境和要求。

3.5 人機交互設(shè)計

此系統(tǒng)用OLED和按鍵作為人機交互界面，內(nèi)置菜單設(shè)置系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)以及顯示圖像的功能，方便使用者進行調(diào)試。人機界面如5所示。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計一種基于KL26的圖像目標定位系統(tǒng)，從硬件和軟件方面完概述系統(tǒng)設(shè)計。綜上，此系統(tǒng)定位可靠準確，可以實現(xiàn)基于圖像的自動定位追蹤目標的功能。

參考文獻：

[1]潘新民，王燕芳.微型計算機控制技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2012，2.

[2]卓晴，黃開勝，邵貝貝.學做智能車[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[3]蔡述庭.“飛思卡爾”杯智能汽車競賽設(shè)計與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2012.

[4]馬濤，姚哲，于星楠.青島理工大學信標二隊技術(shù)報告[R].2016.