数字式CMOS摄像头在智能车中的应用

数字式CMOS摄像头在智能车中的应用齐齐哈尔大学毕业()学院计算机与控制专业班级自动化093学生姓名王舒宁指导教师戴学丰成绩2013年6月日1摘要伴随着电子和汽车业的不断发展,业内研究重点主要开始向具有自动的识别的道路的功能而且足够智能化的汽车转移.智能车又称轮式移动机器人，使用在科学探索、工业生产等各领域(针对于眼前智能车辆研究的重中之重主要靠拢于在视频质量及目标测定、道路的跟踪以及智能避障等等方面(本课题设计的智能小车主要内容是拥有能够跟踪黑颜色的纸线行走而且能够在一些特殊的路面上轻松行驶(例如带拐弯部分、坡路部分等等的特定道路)同时能够自动跟踪并识别其行驶路线的智能车辆。本文中的智能小车用到了以基于CMOS的摄像头作为道路识别传感装置,以直流电驱动小车行驶,通过舵位平衡装置系统来改变车辆的方向选择.完成该智能小车系统中硬件部分和软件部分的全部设计,本文同时探讨了如何继续加强小车的稳定性以及小车控制算法对行驶速度的设计要求.使设计出的小车可以通过自身运动速度和方向的调整来沿赛道快速行驶.本设计中的硬件部分基于FreescaIe公司的16位单片机MC9S12XS128。在这个系统里的CMOS摄像头可以通过道路感知，从而对小车实施命令控制，能够让小车无论在怎样给定的引导黑线都能平稳地寻迹。理论上该系统在各方面功能和性能都非常能够支撑车辆对道路影响的要求，舵位平衡装置部分反应迅速，系统稳定指数很高，响应性能非常高。采用基于MC9S12X128的16位单片机作为控制系核心,智能小车的视频处理电路、电机驱动电路以及电源电路,给出了道路图像采集算法、抗干扰和抗反光的黑线提取算法、舵位平衡装置转向和速度调节的PID控制算法、赛道识别和弯道控制算法,制作的智能小车能通过对自身运动速度和方向的实时调整实现沿赛道快速稳定地行驶。关键词:智能小车;路径识别;PID控制,摄像头检测;微控制器;PWM控制;IAbstractAlongwiththecontinuousdevelopmentoftheelectronicsandautomobileindustry,thestudymainlybegantoautomaticrecognitionofthefunctionoftheroadandintelligentenoughcartransfer.Intelligentvehicleorwheeledmobilerobot,foruseinscientificresearch,industrialproductionandotherfields.Intheeyesofpriorityamongprioritiesinintelligentvehicleresearchmainlyneartothedetermination,inthevideoqualityandthetargetpathtrackingandintelligentobstacleavoidanceandsoon.Intelligentvehicleisthemaincontentofthispaperistohavetofollowtheblackcolorpaperlinewalkingandcaneasilytravelinsomespecialroad(roadsuchasspecificbeltcornerpart,sloperoadsectionandsoon)atthesametimecanautomaticallytrackingandrecognitionofitsrouteforintelligentvehicle.IntelligentcarinthisarticleusesroadrecognitionsensingdevicewithCMOScamerabasedonas,withDCdrivecartravel,therudderpositionbalancedevicetochangethedirectionofthevehiclesystem.Completethehardwaredesignoftheintelligentcarsystemandsoftwarepart,thispaperalsodiscusseshowtostrengthenthestabilityofthetrolleyandvehiclecontrolalgorithmdesignrequirementoftherunningspeed.Thedesignofthecarthroughitsmovementspeedanddirectionoftheadjustmenttotrackfastmovingalong.Hardwarepartofthisdesignbasedon16bitMCUMC9S12XS128FreescaIecompany.InthissystemtheCMOScameracanbeperceivedbyroad,thustheimplementationofcommandandcontrolofthecar,canletthecarregardlessofhowagivenguidelinecansmoothtracing.Theoryoffunctionsinallaspectsandperformanceofthesystemisabletoinfluencesupportvehiclesonroadrequirements,rudderpositionbalancedevicepartofrapidresponse,stabilityindexisveryhigh,veryhighresponseperformance.Basedonthe16bitMCUMC9S12X128asthecorecontrolsystem,intelligentcarvideoprocessingcircuit,motordrivecircuitandpowercircuit,giventhewaytheimageacquisitionalgorithm,anti-jammingandantireflectiveblacklineextractionalgorithm,rudderpositionbalancedeviceofsteeringandspeedregulationofPIDcontrolalgorithm,trackrecognitionandcurvecontrolalgorithm,intelligentcarmakingtravelalongthetracktoachievefastandstablebyadjustingthespeedanddirectionofitsmovement.Keywords:Intelligentashvehicle;pathrecognition;PIDcontrol,cameradetection;microcontroller;PWMcontroller;II目录摘要..............................................................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................................................II第1章绪论............................................................................................................................................11.1选题依据...................................................................................................................................11.2国内外研究现状......................................................................................................................11.3本设计的主要工作.................................................................................................................3第2章CMOS概况.................................................................................................................................52.1CMOS图像的传感器的特点..................................................................................................52.2CMOS的发展.............................................................................................................................52.2.1发展概况.......................................................................................................................52.2.2成像原理与传感元件................................................................................................62.2.3CCD的局限性...............................................................................................................62.2.4CCM..................................................................................................................................72.2.5CMOS感光器件的优势...............................................................................................72.2.6未来发展和研究趋势................................................................................................72.3CMOS摄像头的工作方式.......................................................................................................82.4CMOS摄像头视频信号的采集..............................................................................................92.5道路曲率的计算....................................................................................................................10第3章系统硬件设计...........................................................................................................................113.1电源电路.................................................................................................................................113.2控制电路.................................................................................................................................113.3循迹探测电路........................................................................................................................123.4测距电路.................................................................................................................................133.5电机驱动电路........................................................................................................................133.6数码管显示电路....................................................................................................................143.7无线通信电路........................................................................................................................14第4章系统总体...........................................................................................................................154.1MC9S12XS128性能概述.......................................................................................................154.2输入/输出数字I/O口........................................................................................................174.2输入输出端口功能和配置.................................................................................................174.2.1PORTA...........................................................................................................................184.2.2PORTB...........................................................................................................................194.2.3PORTE...........................................................................................................................204.2.4其他系列的引脚.......................................................................................................21III4.2.3电源相关引脚............................................................................................................214.2.4其他引脚.....................................................................................................................224.3MC9S12XS128的存储器映射..............................................................................................22第5章控制策略.....................................................................................................................................245.1基本算法说明........................................................................................................................245.2路径识别.................................................................................................................................245.3转向非线性P控制...............................................................................................................245.4速度控制PID控制...............................................................................................................25结论..............................................................................................................................................................26参考文献....................................................................................................................................................27致谢..............................................................................................................................................................28附录..............................................................................................................................................................29IV第1章绪论1.1选题依据固态光敏元件通过光电转换成像技术而广泛应用于数码相机等电子产品。60年代末期，美国贝尔实脸室发现电荷通过半导体势阱发生转移的现象，提出了固态成像这一新概念和一维CCD这一模型的器件。到了90年代初期，CCD的水平已经日趋完善，已经大范围投入市场。不过随着投入的扩大，也存在许多被发现的弊病。一方面，由于CCD内部构造非常之复杂导致很难找到与之兼容的产品。另一方面，CCD非常费电，过大的电耗使产品的性价比急剧降低。截至日前，最被人看好的有长远前途的是一种被叫做为CMOS(互补的金属被氧化的具有场效应的二极管)的新型设备来生产固态光敏元件，也就是CMOS的固态光敏元件。CMOS的固态光敏元件构建于CMOS架构，信号的采集和处理都集中于同一块芯片之中，小巧精致，节能，功耗低。鉴于以上优点，CMOS传感器适合被大规模范围大量生产，且能够适应一些过高的的苛刻的元件要求，比如耐高温，省电，体积小等等。如城管和记者使用的小型微型拍摄工具、便携式电话终端、基于网络IM的多媒体通信系统、wifi-handle多媒体通信系统、CCD扫描器，激光手持式扫描器、全角度激光扫描器、数据终端设备、采用电子元器件来控制动作或产生各种声光效果的机动玩具、利用血球计数器在显微镜下直接计数以及某些车载摄像系统等等广泛的商业用途。1980年，英国的爱丁堡大学成功地制造出了世界上第一块单片CMOS固态光敏元件件。目前固态光敏元件已经非常广泛的应用于各个领域。1.2国内外研究现状70年代初期，CMOS逐步被人们接受和使用，三种典型的采用高度集成化的半导体光敏元阵列件将彩色平面图变换为电信号的光电式传感器---由离散多样在波形之间在时间轴不连续但具有一定的周期性的信号按一定电压幅度一定时间间隔连续发出的离散多样在波形之间在时间轴不连续但具有一定的周期性的信号来产生和控制半导体元件的电动势的变化，实现存储和传递电荷信息的利用固体内部电子运动变化原理制成的具有一定功能的电子器件(CCD)、用高度集成化的半导体光敏元阵列件将彩色平面图变换为电信号的光电式传感器(CID)、具有随照射光强度增加而变化的特征的随照射光强度增加而变化的二极管(PDA)取得了很大的进步。80年代初期，采用高度集成化的半导体光敏元阵列件将彩色平面图变换为电信号的光电式传感器器技术的摄像机逐步进入众人眼前。这三样采用高度集成化的半导体光敏元阵列件将彩色平面图变换为电的信号的光电式传感器中，CCD在其中发展最为迅速。到了90年代初期，CCD的技术已经比较成熟了，在微弱的光线下，具有每个像元几个电子的成像能力，而且CCD的技术已得到非常广泛的应用。在市场能看到的每一种摄录机和摄像相机基本上都是构建于CCD技术的。随着CCD被越来越广泛的应用，其弊端也逐日显现。CCD随照射光强度增加而变化的单元阵列在于信号处理单元集成时无法利用驱动电路使之成功驱动，使一些功能无法1使用，这些功能包括把数字量转变成模拟的器件;实现放大、缓冲、驱动、电平移位、有源滤波、I-V转换、V-I转换以及各种数学运算功能的关键部件;用于存放供执行的指令，计算或处理的原始数据、中间结果、最终答案的内部或者外部器件、运算单元等元件的功能部件;CCD程序构造非常复杂，对外需要提供高电压支持工作，而且与很多新技术都不能很好的共存。鉴于此，人们又开发了另外几种采用高度集成化的半导体光敏元阵列件将彩色平面图变换为电信号的光电式传感器器技术，其中，最引人注目最有发展潜力的是采用标准的CMOS技术来生产固态光敏元件，即CMOS固态光敏元件。80年代中期，CMOS技术的成熟。20世纪90年代初，一个系统可以设立以百万的CMOS管。在目前的水平已成为可能色彩转换到高度集成的半导体光敏元件阵列的图。在像素中，可以使小于晶体管可以被集成在一个象素内的几个像素。CMOS技术制造的高度集成的半导体光敏元件阵列的中间电路，所述控制电路对信号进行放大，在某些信号的记录介质进行处理，提取有用的信息的过程中，它是信号提取，变换，分析，综合的电路，AD转换器，全数字接口电路完全集成，实现了单芯片成像系统。芯片上的摄像机在一个稳定的电源电压，非常节能。国内智能车辆研究历史比较长，要追溯到上个世纪的五十年代。可是在中国就相形见绌了，智能车系统科技研究在上世纪八十年代才刚刚开始，并且非常多的研究都只是单一的低级的基础科研阶段，目前来说:1:CMOS低噪声放大器。2:背照式CMOS感光元件。(最新成果)3:CMOS无源像素传感器。目前,采用高度集成化的半导体光敏元阵列件将彩色平面图变换为电信号的光电式传感器器分为NMOS，CCD、CID、PDA、CMOS等固态光敏元件。80年代初期，随着MOS技术的成熟，三种典型的采用高度集成化的半导体光敏元阵列件将彩色平面图变换为电信号的光电式传感器---由离散多样在波形之间在时间轴不连续但具有一定的周期性的信号按照一定的电位幅度并且在一定的时间间隔内连续的发出的离散多样在波形之间在时间轴不连续但具有一定的周期性的信号来产生和控制半导体电位差的变化，实现存储和传递电荷信息的利用固体内部电子运动变化原理制成的具有一定功能的电子器件(CCD)、用高度集成化的半导体光敏元阵列件将彩色平面图变换为电信号的光电式传感器(CID)、具有随照射光强度增加而变化的特征的随照射光强度增加而变化的二极管(PDA)得到了发展。高度集成化的半导体光敏元阵列中运用较广泛的是CMOS固态光敏元件,相比于CCD的图像的传感器具有更加小巧、更加轻便、更加节能、更加密集、更加低廉等优点,随着时间发展，伴随亚微米工艺技术的迅速发展和器件结构不断提高改进,更是改善了CMOS固态光敏元件的成像质量,使其CMOS固态光敏元件明显优于CCD固态光敏元件的图像质量,可以预计在很多领域CMOS固态光敏元件将会在取代CCD固态光敏元件，而成为新的霸主。21.3本设计的主要工作头在一定的分辨率，隔行扫描模式在图像上的采样点，当扫描到电源，通过图像点的图3像芯片的灰度转换成一个灰度电压值，该电压值由视频信号输出端口之间的对应关系的感觉。电机驱动模块:一个电阻网络或数字电位器可调分压器，而使用的继电器开关控制。速度反馈模块:代码光盘驱动通州和光电传感器，光电计时器发出的光与照射光强度的变化与马盘广播脉冲赛车间接获得由微控制器的速度值接受通过增加管的另一侧。4第2章CMOS概况2.1CMOS图像的传感器的特点CMOS的图像的传感器可通过使用CMOS的技术把成像具体值与外部合格的电路全部组合在一起。与CCD固态光敏元件比较来看，CMOS的固态光敏元件由于将全部的图像系统设置在一块芯片之中，具有体积更小、重量更轻、功耗更低、编程更方便、更易于控制等等明显的优点;同时，可通过设置12C、I3C接口来控制拍摄时间、控制增强等等功能，非常好用。因此，CMOS的图像的传感装置在被越来越多的应用在实践中。2.2CMOS的发展2.2.1发展概况过去的一段时间大家都还不能确定CCD和CMOS哪一个更有前景。不过就去年的形势来看，CMOS感光器件单元的销量已经明显占了上风。在低端市场(如玩具相机和电脑摄像头)，CMOS已完全击败CCD。在过去的一年，因为更好的像素设计和半导体工艺技术，继续提升品质CMOS感光器件，它开始称霸手机摄像头市场。CCD在过去的30年中已经是一个成熟的技术提高的空间是非常小的。由于独特的技术，CCD制造成本难以调和的CMOS传感器和CMOS兼容的设备竞争。由于工作电压高(大于10伏)，CCD的高功率消耗，这使得它很难被移植。由于历史原因，CCD技术已经非常成熟，在日本，95,的CCD都来自日本。然而，CMOS敏感设备是不同的。任何具有技术能力的半导体公司能够制造CMOS感光器件，因此成本低使得它很快在PC相机和手机相机常用的。那些日本厂商如SONYCCD，等现在赶上快速CMOS传感器设备的开发和制造。高质量的图像(如数码相机DSC)的CMOS感光器件的应用，应该是时间赶上CCD只是迟早的事。摄像功能已经成为一种时尚手机的标准，这是CMOS传感器设备是最大的职位之一。目前国内手机市场，超过300万像素的摄像头手机是昂贵难以普及，但它不是来自有限的因素CMOS感光器件部分，但镜头的价格是有限的。要理解为什么CMOS商业安全监控应用将进入这片广袤的区域，充分理解为什么实际CMOS是非常重要的。是基于技术进步的积极的需求的基础上的各种行业和CMOS芯片上的应用。从奔腾处理器的基带芯片，CMOS制造技术已成为选择。在短短的七年时间，CMOS技术已经发展从0.8微米到0.18微米，0.13微米，90纳米和65纳米。从800纳米到65纳米的发展，降低了15倍，这显着提高了性能的大小几乎相等。CMOS的优点包括高集成度，高性能，低功耗和低成本。CCD固态感光件的类型，固态CMOS感光构件在一个芯片上有两个模拟和数字性能，能适应较宽的温度范围内，可随机访问像素，复杂的电路共存。CMOS能够提供高性能的台式机，商用防盗，红外功能和嵌入过程中的高动态范围。目前，CMOS传感器已经能够完成70,的CCD传感器能5够完成高端安全监控应用。这个数字在未来12至18个月内将增加至100,。CMOS像素的设计也有改进的特性。随着技术的改进，目前的像素，低噪音(干扰)，减少电流的需求，并具有更好的灵敏度特性。CMOS工艺技术和像素晶体管是一种基于晶体管。的晶体管的数目越多，像素的亮度，以获得更好的。目前，最大配置7个晶体管，每个晶体管具有从模拟到数字的转换功能。事实上，每个像素都是一个摄像头。在几年前的像素大小为9×9微米。在短短的几年中已经收窄至看到我们的技术在的OmniPixel22.2微米大小。现在，业界已准备好迈向1.4微米，同时保持质量水平，并进一步降低大小。作为图像处理技术，数字噪声也减少了。像素噪声是非常重要的，小的像素的CMOS传感器的性能有了很大的提高。2.2.2成像原理与传感元件影像感光器件成像的原因主要有一方面是感光元器件的尺寸，另一方面是感光元器件的颜色深浅。感光器件越大，照片也就越大，就能够保存比之前多的图像信息，每个成像具体值之间的互相干扰也小，其成像的效果也更加优秀。但伴随摄像头向体积轻巧的发展趋势，感光器件也只能是越做越小。除了大小之外，感光器件还有一个非常重要的标准，就是色彩的深度，也就是色彩的位别，使用二进制的数字来记录下三种颜色。传感器应用于摄像技术已经很普遍了，无论是500百万像素还是1300万甚至更高的像素。相比于之前的技术，而其底片就是其成像感光器件，而且是与摄像头一体的，是摄像头的重心。感光器是摄像头的核心，也是最重要的科技部分。目前来说主流传感器技术有两种:一种是被大量采用的CCD元件另一个也就是CMOS元器件。2.2.3CCD的局限性CCD感光元件在过去已经提供了固态成像性能和灵活性，但是，为了容纳昂贵的多芯片解决方案，该系统需要一个足够大的尺寸。过去，CCD固态改为增加与感光元件的光的强度比上一代的CMOS传感器，其灵敏度要好得多。随着照射光强度变化的敏感性较高，在光线条件不好的情况下，更好的图像质量。然而，CCD技术明亮的物体是一个问题，从而导致在显示人称为“染色涂片”垂直线的影响造成的。CCD仍然是非常复杂，非常专业的治疗是基于。商业安全摄像头的应用，需要高动态范围(HDR)，这是能够在各种照明条件下，一个范围更广的色调细节记录。在此之前，由于技术原因，监控系统几乎完全依赖于CCD传感器。因此，用户必须应对的固有分辨率的CCD传感器，适应范围和温度的限制。在安全应用中，这些问题是非常重要的。当尺寸和功耗就变得非常重要，多芯片解决方案高度集成的单芯片解决方案时始终处于劣势。CMOS传感器(如OmniVision的CMOS传感器OV10620)，考虑到平衡，提供了更好的高动态范围性能，在安全应用中使用CMOS实例也在持续增加。该图显示了使用高动态范围高动态范围的芯片和芯片太大的区别。这是安全市场的积极意义是显而易见的。CCD摄象机可以被记录在一个半导体发光元件的变化是相同的。CMOS制造工艺相比，一般相差无差异的计算机芯片，主要是同时使用Si和Ge的半导体元件的基本元素，6该元素共存于带负电荷的CMOS带正电荷的半导体元件，这两个互作用元件的结果后可产生芯片的记录，并翻译成可识别的内容。然而，CMOS缺陷的总的混乱太多，因为在过去主要是由于设计错误这么快接受CMOS信号的一个不恰当的反应，将成为大的结果，目前的芯片过热2.2.4CCMCCM超过CMOS图像点的镜头，也很敏感，但质量仍然低于对CCD产生的影响，在实际拍摄中也可以感觉到，帧的速度非常快，即使在快速移动的摄像头，屏幕可以快速显示捕获屏幕，过程非常顺利，几乎没有延迟。CCD和CMOS有什么不同的两种感光器件的工作原理可以看出，CCD具有更好的图像质量的优点，但技术的发展是非常复杂的，只有少数厂家很少能使用，使开发成本一直居高不下，特别是大型CCD，价格是非常高。在相同的分辨率，CMOS成本低于CCD，但由于一分钱一分货，CMOS元件产生的图像质量相比，CCD自然很低。到目前为止，市场可以看到高端的相机基本上采用CCD为传感器;CMOS传感器由于价格成为低端产品，最爱的，并适用于使用CCD传感器，一些相机制造商，将大力推进高成本的使用来交换产品，如“数码相机”的名字。一时间，CCD成为数字产品的高端的话。2.2.5CMOS感光器件的优势CMOS感光器件的优势在于其节能低耗，同样作为传感器，CCD所造就的高清效果为此要付出更高的电量消耗，以便于维持正常的电荷传输，降噪，改善压差的传输效果。但CMOS感光器件在每次读取电压前就把需要转换为电压的电荷放大，只需要使用3.3V的电源就能驱动，同时电源的消耗量相比CCD要低得多。CMOS感光器件的另一优点就是，CMOS与外围电路有良好的整合性能，可将各种讯号处理器批量整合，大幅缩小体积，例如，CMOS只需要一组电源，而CCD却需三或四组，而且讯号处理器的编制与CCD完全不同，所以CCD套件的体积很难缩小。但就目前CMOS感光器件来看，首要解决的问题就是降噪，所以未来的CMOS感光器件能否改变长久以来被CCD产品压制的命运，以后的技术发展是至关重要。2.2.6未来发展和研究趋势CCD是美国在1969由贝尔实验室开发。进入80年代，CCD图像传感器有许多缺点，然而，通过不断的深入探究，终于克服了困难，在80年下半年终于成功研制出高分辨率的同时。高质量的CCD元件。到90年代初，到高分辨率CCD成像特定价值数百万，使喷出的CCD的发展进步很小，计算CCD的发展已有近20年。在90年代中期，产生CCD不断提高的能力，同时，CCD产品的尺寸也逐渐减少。但为了降低CCD的面积也可以改善成7像效果的图像，索尼在1989开发超级HADCCD，是新一代的光敏器件的原理是，在案件的CCD面积逐渐减少，随着构件的援助在CCD放大倍率提高成像质量。之后发生了XViewCCD，四色滤光技术，新结构CCD。富士相机使用超级CCD.CMOS未来的研究方向主要倾向能够大批量生产，价格低廉，快速的。目前，在佳能公司的不懈研究下，每年都有新的部件，高动态范围CMOS也如雨后春笋版的出现，这种新技术不仅消除了自动增益控制和校正的需要，CMOS的成像质量接近CCD。同时，由于先天性的CMOS的可塑性，使高成像特定值和低成本大型感光CMOS似乎游刃有余。停滞相比，CCD，CMOS发展很快。目前，相机的一个关键部分，CMOS已经在批量将取代CCD感光器，并将成为主流产品的下一代。2.3CMOS摄像头的工作方式智能小车行驶的路面构造简单，有黑白两色双道，只需要简单的路面图像。因而降低图像分辨率，减少内存占用，显卡画面处理加速，同时仍然保持小车稳定正常行驶。另由于车载的控制的核心为单片机M9S12系列芯片，其处理能力无法达到正常计算机的运算能力，因此一律黑白两种格式、摄像头一一搭配，能降低损耗的摄像头的视频的信号收集模块的主要的功能包括有:缺省模块，负责A/D转换器的初始化工作和外部的中断的初始化工作;外部的中断的响应模块，负责判断图像部分是否开始工作，以及对该图像的采集与否同时启用A/D转换，此时信号采集结束。A/D转换的中断响应部分，该部分负责接受固定的数目的图像的数据。由于需要采集信息，CPU不仅要依据行、场还需要同步的信号才能启动A/D转换器，构成稳定的图像信息。通过视频的分离获取视频的同步信号。电路的系统框图如图1图2-1单片机采集图像系统框图82.4CMOS摄像头视频信号的采集智能小车在运动过程中需要采集过程图像。视频信号的采集跟摄像头的选择有很大的关系。如果摄像头拥有较高的分辨率。会使道路的检测过于清晰(信号干扰就会增多。黑线就会更难检测出来。如果摄像头的分辨率过低(道路的检测宽度就会大大减少。盲区部分也会随之增大。由此可见(在遭遇特殊弯道时，此时摄像头根本无法反应出道路真实情况(或者只能少量反映。在摄像头的选择上，应该选取分辨率中等的摄像头。故在这里我们选择的CMOS单板摄像头分辨率为320X240。每帧的信息共有320行，其中场开头的消隐的22行(场末端的消隐的11行(也就是说有效部分的图像的信息为287行。开始先确认奇偶场信号的同步情况，鉴于是信号的出发点，通过单片机21H中断，确定行，场中AD同步信号的转换情况，确认给出信号，然后停止。应该是在相应的几行中取一行(因此，取样的方法有这样几种。第一种方法:这种方法最简单(每相隔一定的行数就进行一次采集(例如每隔10行就进行一次采集(每行采集一定数量的点(以此来构成一个二维的数组结构。不过扫描之后的是结果是摄像头的行间距较宽(等到后面时行间距变窄。这样就出现了图像的畸形。下面是第二种方法:这种方法跟第一种的差不多，但并不是固定的隔行采集(下面就来介绍一下采一场的信号具体的操作步骤。(1)从LMl88lM的分离出奇场的同步的信号在单片机的中断信号(示奇场的信号开始，准备收集信息;(2)奇场到来以后，一直等待行的中断的信号(此时行的信号并不是像之前隔10行取一行(而是自主的选择行数，程序本身可以用switch的语句构成。(3)每行最多可以取到的是48个点(一般来说我们可选取最多40行(这样就能够构成48X40的二维数组。在选择的行数过程中(应采取的由远到近的逐渐变多方式(这样取样有明显的好处，好处在于可以有效地降低来自于信号产生的畸变。但是轮到具体的应该选取哪些行(在哪些的区域应多选几行，就应在实际的测试中进行大量的尝试。单片机的实验结果测出扫描情况是两行一采集，除了50×10以外的图像都不采集，正常不超频下已经完全可以让像素扫描点够用。在隔行扫描时，只采用横向计数，利用打点计时器原理，取前10个点，减少控制成本。这样，采集的信号的周期就得到了尽可能的减少，而且也不会影响到控制的要求。在实验的过程中，充分利用单片机的串口部分把图像的信息传递到计算机的串口，并且用调试助手来显示，这样就可以更加直观地进行数据的分析和对比。车道的检测系统部分，完全可以直接处理像这样的单幅的灰度的图像。假设所走的地面时有连续点的平滑的地面。通过本实验确定的阈值大小通常介乎于15,1E之间。下图3为直道、左弯道的图像信息:9图2-2直道信号信息(左)左弯道信号信息(右)2.5道路曲率的计算为了计算道路的曲率，本文采用动态的轨迹的位置。曲率使用动态误差计算，计算，为了避免摄像机轨迹曲率失去位置，当汽车，从而影响整体速度或是由于车速过快引起的轨道脱离危险。计算弹道曲率的计算注意的行数，方便汽车进一步测试所需的数据。10第3章系统硬件设计3.1电源电路电源稳压器12V到2个5稳压电源，与电源控制器，电源驱动电路，然后从5V电源单片机3.3V稳压电源。电源电路图如图5所示。(a)两路5V稳压电源电路(b)3.3V稳压电源电路图3-1电源电路3.2控制电路该车动力系统开始工作，定时模块的操作。汽车运行，使用光电传感器来确定是否将签署，对汽车的控制。同时，数码管显示当前时间。确定是否超车标志，交替的超车控制两车。基于89C52芯片可以达到课程要求，稳定性强，性价比高，所以它是作为主控制芯片。图6所示的单片机控制电路。11图3-2单片机控制电路3.3循迹探测电路控制的汽车驾驶时不会偏离轨道和转向控制汽车转向使用光电传感器。循迹探测电路原理图如图7所示。图3-3循迹探测电路原理图123.4测距电路在超车区与超声波传感器实现两车实现赶超的交替，其工作原理图如图8所示。图3-4超声波测距原理图3.5电机驱动电路L298N可以驱动2个电机，2个电动马达分别连接之间OUT1，0UT2和OUT3，OUT4，5，7，10，12针连接输入控制水平，积极，电机控制ENA，ENB控制使能端，控制电机。单片机STC89C52两组输出PWM波，各组PWM波来控制电机的速度，除了两个I\O端口可以控制电机的正反转。的控制方法和控制电路非常简单。P10，P11控制第一电动机方向，PWM1的第一电动机速度的控制输入:P12，P13控制第二电动机方向，PWM2控制第二电动机速度的输入。图9所示的电动机驱动电路的框图。图3-5电机驱动电路原理图133.6数码管显示电路在这个系统中，使用数码管动态显示，节省微控制器的内部资源。数字显示是驾车出行的时间和数量的检测到的黑线。数字显示电路中，如图10中所示。图3-6数码管显示电路3.7无线通信电路本设计采用nRF905实现两辆小车的无线通信，更好地控制小车的同时出发和超车。在本设计中，我们采用nRF905的集成模块电路。nRF905的典型应用原理图如图11所示。图3-7nRF905的典型应用原理图14第4章系统总体方案该系统是一种集光学，机械，电子，无线通信技术于一体的综合性。可分为传感器的检测部分和智能控制部分的系统的特定部分。传感部分包括跟踪模块，红外线，超声波测距模块接收来自传感器的电信号控制周期进行智能化控制，并确认由组件晶体管和控制通信状态，确认汽车是否整条生产线的汽车驾驶的条件下，检测转向标记，检测超车标志，显示时间，交替超越其他任务。控制部，其中包括四个主要单元电路:单片机的控制电路，电机驱动电路，数字控制的动态显示电路，无线通信电路。系统框图如下图所示:图4-1系统框图4.1MC9S12XS128性能概述MC9S12XS128单片机是16位单片机，由16个中央处理单元(cpu12x)，128KB的闪光(p-lash)，8KBFlashRAM8KB的数据，(d-lash)组成的片上存储器。主要功能模块包括:内部存储器内部PLL锁相环模块2异步串行通信科技1串行外设接口15的MSCAN模块18通道输入/输出比较定时器模块提姆定时器周期中断模块坑16通道A/D转换模块，ADC18道脉冲宽度调制模块的PWM输入/输出数字I/O端口PortPortAD/ADCChannels图4-2引脚元件112LQFP16/1680QFP8/864LQFP8/816图4-3MC9S12XS128的80引脚封装图4.2输入/输出数字I/O口MC9S12XS1283种样式，分别是64口，80口，112引脚封装。全称是MC9S12XS128MAE，MC9S12XS128的，MC9S12XS128MAL。12xs有一个大的端口序列，也可以作为各种功能使用，端口多达11个。而且是多用途的IO端口的端口。PORTA、PORTB、PORTK为通用I/O口PORTE中的IRO和XIRQ引脚可作为外部中断输入PORTT集成了TIM集成模块PORTS集成了SCI和SPI模块功能PORTM集成了CAN总线模块一些特殊功能MC9S12XS128单片机可以定义多个引脚，如PWM，SCI1模块。这些相同的端口通常MODR控制。4.2输入输出端口功能和配置IO端口可以负责信号的输出和输出，信号的中断和数据的存储。例如:174.2.1PORTA只有普通功能并能够存储通用数字的通用口,未集成特殊功能.通用类型有:PORTA、DDRA、PUCR和RDR。a.数据寄存器PORTA地址0*0000(PRR)RW76543210图4.4-1ProtA数据记录(PORTA)观察高低的电压对引脚的输出值的影响。例:PORTA_PB0=1b.数据方向寄存器DDRA地址0*0002(PRR)RW76543210图4.4-2DDRADDRA中0控制输出，1控制输入。MCU回到缺省设置，DDRA,的引脚更换为输入。如:DDRA=0xFF//配置中PORTA口为输出c.上拉电阻控制寄存器PUCR地址0*000C(PRR)RW76500430201018图4.4-3PUCRTA、TB、TE、TK四个端口一律有上拉的电阻，都是PUCR。PUCR的7、4、1、0位分别设置这4个端口。“1”对应端口上拉电阻使能;“0”上拉电阻禁止。PUCR设置BKGD引脚为6,缺省为上拉。如:PUCR_PUPAE=1//使能PORTA上拉电阻d.驱动控制寄存器RDR地址0*000D(PRR)RW07605004302010图4.4-4RDRA4.2.2PORTBPORTB为通用数字I/O口,共8个。其使用与PORTA基本一样。主要配置寄存器有:数据寄存器PORTB、数据方向寄存DDRB。上拉电阻控制寄存器PUCR和驱动控制寄存器RDR与PORTA、PORTB、PORTE、PORTK共用。a.数据寄存器PORTBPRR)地址0*0001(RW76543210图4.4-5ProtB数据记录(PORTB)b.数据方向寄存器DDRB地址0*0003(PRR)765432119RW图4.4-6DDRB数据记录(DDRB)4.2.3PORTE是有8个引脚的通用口设备。其使用与PORTA基本一样。不过PORTE不仅自身能够做到外部中断，其引脚也可以做到。并且这两位只能作为输入口使用。主要配置寄存器有:数据寄存器PORTE、数据方向寄存DDRE。a.数据寄存器PORTE地址0*0009(PRR)RW,2,276543210图4.4-7PORTEb.数据方向寄存器DDRE地址0*0009(PRR)RW76543210图4.4-8DDRB204.2.4其他系列的引脚PORTK为通用数字I/O口。可以看出只有112的单片机有TK口，80和6