林 灃,陳 廣

(廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530001)

0 引言

當(dāng)今社會(huì),人們對(duì)汽車的需求已經(jīng)從滿足出行的基礎(chǔ)需求變成了優(yōu)化駕駛體驗(yàn)的高級(jí)需求,因此,為了滿足人們對(duì)汽車的新需求,我國(guó)汽車領(lǐng)域研發(fā)了全新的智能車系列。智能車指其所應(yīng)用的技術(shù)呈現(xiàn)出智能化、自動(dòng)化的特性,能夠在駕駛過(guò)程中優(yōu)化駕駛者的駕駛體驗(yàn),實(shí)現(xiàn)人工智能、數(shù)字化技術(shù)、傳感器技術(shù)與汽車的深度融合,實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能化汽車控制系統(tǒng)。從目前的發(fā)展情況來(lái)看,數(shù)字?jǐn)z像頭在智能車控制系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位,其決定了智能車控制系統(tǒng)的最終性能。本文基于此展開研究,探析數(shù)字?jǐn)z像頭在智能車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 智能車與智能車導(dǎo)航系統(tǒng)

智能車是隨著社會(huì)變化而產(chǎn)生的全新概念性汽車,該類型汽車是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)等全新技術(shù)而生產(chǎn)的。因此,該汽車在駕駛過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)規(guī)劃以及對(duì)環(huán)境的感知。該類型汽車在我國(guó)應(yīng)用的時(shí)間較短,但是在各大高等院校與企業(yè)展開合作后,生產(chǎn)出一系列的大學(xué)生智能汽車設(shè)計(jì)成果[1]。

2007年,美國(guó)某教育機(jī)構(gòu)與某知名企業(yè)共同研發(fā)的成品在第三屆智能汽車比賽上大放光彩,該汽車能夠利用汽車上方設(shè)置的激光器和攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍路況的360°監(jiān)控,并將衛(wèi)星導(dǎo)航作為汽車定位的關(guān)鍵性技術(shù)。導(dǎo)航系統(tǒng)是智能車的核心,導(dǎo)航系統(tǒng)分為行駛路線預(yù)設(shè)系統(tǒng)、路況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)[2]。

2 數(shù)字化攝像頭OV7620

OV7620是目前廣泛應(yīng)用的一種數(shù)字化攝像頭,該攝像頭具備較高的分辨率,其中包含10位雙通道A/D轉(zhuǎn)換器、自動(dòng)增益控制器等。其中10位雙通道A/D轉(zhuǎn)換器具備較高的穩(wěn)定性,能夠穩(wěn)定輸出8位的數(shù)據(jù),而自動(dòng)增益控制器則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)飽和度、亮度、Y校正等數(shù)據(jù)的控制,并且通過(guò)其內(nèi)置的時(shí)序電路輸出場(chǎng)同步、行同步等信號(hào),應(yīng)用在動(dòng)態(tài)圖像采集系統(tǒng)中較為匹配[3]。

3 基于數(shù)字?jǐn)z像頭智能車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是以STM32F103單片機(jī)作為核心控制系統(tǒng),并通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像頭、超聲波傳感器、功率驅(qū)動(dòng)器、舵機(jī)、無(wú)線監(jiān)控等實(shí)現(xiàn)整體的硬件部分設(shè)計(jì),而內(nèi)部主控制器的內(nèi)核是ARM32位的Cortex-M3,其工作參數(shù)如下:

(1)工作頻率上限為72 MHz。

(2)等待周期上限為1.25 DMips/MHZ。

3.1 驅(qū)動(dòng)電路

該部分的設(shè)計(jì)考慮到當(dāng)今電子技術(shù)的成熟,因此以直流無(wú)刷電機(jī)作為本次應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)核心,該硬件不僅具備物美價(jià)廉的優(yōu)勢(shì),同時(shí)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且性能較為穩(wěn)定,該硬件的參數(shù)也符合本次設(shè)計(jì)的需求,具體如下:

(1)耐壓值上限為75 V。

(2)流通電流上限為110 A。

此外,本次設(shè)計(jì)還選擇了型號(hào)為IRF3205的三相逆變橋電路,如圖1所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)電路

3.2 電流檢測(cè)電路

本設(shè)計(jì)中的電流檢測(cè)電路如圖2所示,該電路不僅負(fù)責(zé)檢測(cè)電流,同時(shí)還能在工作的時(shí)候?qū)㈦娮柁D(zhuǎn)化為電壓,進(jìn)而經(jīng)過(guò)放大電路放大通過(guò)的電壓信號(hào),并輸入單片機(jī),以此支持單片機(jī)完成AD采樣工作。最終所輸出的電流為反饋信號(hào),經(jīng)過(guò)單片機(jī)之后能夠形成對(duì)電路整體的電流保護(hù)[4]。

圖2 電流檢測(cè)電路

4 基于數(shù)字?jǐn)z像頭智能車控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 圖像采集

正如前文所述,OV7620攝像頭是本次設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一環(huán),在智能車控制系統(tǒng)日常工作期間,該攝像頭會(huì)通過(guò)隔行掃描對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,當(dāng)完成掃描數(shù)據(jù)之后,圖像傳感器內(nèi)部的程序會(huì)將圖像灰度值數(shù)據(jù)通過(guò)轉(zhuǎn)換的方式轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?并通過(guò)相關(guān)的電路輸出電壓值。在圖像采集期間,視頻信號(hào)端會(huì)輸出低電平,并維持很久。該低電平在電路輸出階段代表了線路同步脈沖,是展開掃描換行工作必不可缺的信號(hào)。在循環(huán)完成掃描之后,會(huì)將場(chǎng)同步信號(hào)輸入垂直消隱區(qū)域,最終會(huì)將大量的信號(hào)儲(chǔ)存在消隱脈沖信號(hào)中,最終形成一個(gè)場(chǎng)同步信號(hào),該信號(hào)是在掃描場(chǎng)期間形成的新信號(hào),該信號(hào)代表掃描圖像數(shù)據(jù)期間,將不同幀數(shù)的信號(hào)分為奇數(shù)和偶數(shù),掃描的周期固定為17.7 ms。因攝像頭輸出的信號(hào)為數(shù)字信號(hào),因此行同步與場(chǎng)同步在掃描階段就已經(jīng)完成了內(nèi)部分離并形成了各自的消隱區(qū)域[5]。

4.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)雙閉環(huán)控制

在本次軟件設(shè)計(jì)中,為了確保電流與轉(zhuǎn)矩之間的變化能夠得到有效控制,因此選擇將無(wú)刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)雙閉環(huán)控制的核心,并通過(guò)該控制實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM電壓調(diào)節(jié)的有效控制。該部分在運(yùn)行期間會(huì)生成一個(gè)動(dòng)態(tài)模型,該模型能夠反映出實(shí)時(shí)的變化和非線性,以此來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)矩和速度脈沖。在一些特殊的狀態(tài)下,電機(jī)也許會(huì)停止工作,而驅(qū)動(dòng)電機(jī)雙閉環(huán)控制則是在此期間控制電路的有效措施。系統(tǒng)會(huì)通過(guò)電流雙閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的有效控制,優(yōu)化電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行期間的響應(yīng)速度[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)設(shè)計(jì)一款基于數(shù)字?jǐn)z像頭的智能車控制系統(tǒng),深入探析數(shù)字?jǐn)z像頭在智能車控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用情況。通過(guò)研究?jī)?nèi)容能夠得出結(jié)論,數(shù)字?jǐn)z像頭在智能車控制系統(tǒng)中起到了圖像采集和處理的重大作用。若是缺少數(shù)字?jǐn)z像頭則無(wú)法設(shè)計(jì)本次的智能車控制系統(tǒng),該系統(tǒng)的軟件部分由圖像采集和圖像處理構(gòu)成,硬件部分則是由驅(qū)動(dòng)電路和電流檢測(cè)電路構(gòu)成。筆者通過(guò)測(cè)試后得出結(jié)論,該控制系統(tǒng)具備穩(wěn)定的性能,具有廣闊的發(fā)展前景。