摄像头的作用是检测道路的信息,相当于人的眼睛,其视野范围和前瞻距离决定了小车的过弯性能和速度.所以摄像头的安装方式要适当.摄像头的安装方案有两种:一种是正向安装,另一种是旋转90°安装.
7.1 机械设计
图像采集是智能车设计的一个技术难点.普通图像传感器通过行扫描方式,将图像信息转换为一维的视频模拟信号输出.由于S12的A/D转换器采集速度较低,进行10位A/D转换所需要的时间为7 μs.这样,采集的图像每行只有8个像素,图像的水平分辨率很低.倘若在此基础之上就进行智能车的路径识别,则很可能漏检宽度仅2.5 cm的黑色引导线,从而导致某些控制决策因无法获取足够精度的路径信息而失效.但同时,S12每场图像大约可以采集300行左右的图像信息,故图像的垂直分辨率相对较高.
7.1 机械设计
而按照大赛采用跑道的形状特点,这些跑道都是由直线和圆弧组成的,检测车模前方一段路径参数,只需要得到中心线上3～5个点的位置信息就可以估算出路径参数,如位置,方向和曲率等.通过图像中的若干行信息就可以检测出这排点的位置,故所需的检测图像应该是水平分辨率高,垂直分辨率低.
7.1 机械设计
倘若正向安装摄像头,尽管水平方向的视野开阔一些,不至于迷失黑线跑出赛道.但实际采集到的图像是水平分辨率低,垂直分辨率高,与所需的检测图像要求刚好相反.
为了保证不漏检黑色引导线,正向安装就需要提高水平方向的分辨率,这就需要大大提高MC9S12DG128单片机的A/D采样频率,导致MC9S12DG128超频使用.单片机超频使用会影响系统稳定性,容易发生程序失稳的现象.
除此之外,由于正向安装采集到的图像宽度大,长度短,致使智能车容易看到赛道边缘以及地面,产生较大的干扰,而且对底端的图像信息丢失也过多,大大影响过弯速度.
7.1 机械设计
倘若将CMOS摄像头旋转90°安装,输出的图像信息也将旋转90°,通过S12的A/D转换器采集的图像信息,水平分辨率与垂直分辨率会发生互换,从原来的水平分辨率低,垂直分辨率高的图像变成水平分辨率高,垂直分辨率低的实际图像,正好符合道路参数检测模型的要求.
在同样保证90 cm的前瞻下,底端的宽度有22 cm左右,顶端65 cm,可以达到避免地面干扰的效果.同时底端仅有不到20 cm的图像丢失,而且摄像头的俯角相对较小,可以克服反光的问题,这样过弯道的时候会有安全保障.
7.1 机械设计
此外,摄像头所架的高度一定要适宜.架得过高会导致小车的视野过大,看到的黑线变得太细,还会导致智能车的重心太高,使智能车快速过弯时容易翻车;架得太低又会影响前瞻,带来反光的问题,影响采样.合适的高度要既满足小车的重心要求,又保证前瞻距离.
安装摄像头的底座和支杆应使用刚度大,质量轻的材料,以防晃动.
7.2 硬件设计
在摄像头方案中,由于车速检测模块,舵机控制单元及直流驱动电机控制单元同光电管方案相同,以下对路径识别单元,HCS12控制核心及电源管理单元做简要介绍.
7.2 硬件设计
7.2.1 HCS12控制核心
7.2.2 电源管理单元
7.2.3 路径识别单元
7.2.1 HCS12控制核心
HCS12控制核心单元既可以直接采用组委会提供的MC9S12EVKX电路板,也可以自行购买MC9S12DG128单片机,然后量身制作适合自己需要的最小开发系统.
7.2.1 HCS12控制核心
在摄像头方案中,其I/O口具体分配如下:
PAD1用于摄像头视频信号的输入口;
IRQ(PE1引脚)用于摄像头行同步信号的输入捕捉;
PM0用于摄像头奇-偶场同步信号的输入口;
PT0用于车速检测的输入口;
PB口用于显示小车的各种性能参数;
PWM0(PP0引脚)与PWM1(PP1引脚)合并用于伺服舵机的PWM控制信号输出;
PWM2(PP2引脚)与PWM3(PP3引脚)合并用于驱动电机的PWM控制信号输出(电机正转);
PWM4(PP4引脚)与PWM5(PP5引脚)合并用于驱动电机的PWM控制信号输出(电机反转).
7.2.1 HCS12控制核心
具体的对应引脚详见图7.1
图7.1 112引脚封装的MC9S12DG12B单片机引脚图
7.2.2 电源管理单元
同光电管方案比较,摄像头方案的电源管理单元就显得复杂得多.根据系统各部分正常工作的需要,各模块的电压值可分为2.5 V, 5 V, 6.5 V, 7.2 V, 12 V五个挡,主要包含以下五个方面:

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