智能車在探測.救生等方面具有廣闊的應用前景，針對圖像識別智能車缺乏穩(wěn)定的運行狀況，提出一套完整的硬件設計思路.該系統(tǒng)以飛思卡爾公司的MC9S12XSl28單片機為核心控制器，設計智能車整體硬件系統(tǒng)框架，并詳細給出了智能車電源單元電路、電機驅動模塊、舵機控制的電路圖、通過分析路徑信息采集、速度信息采集、以及對輸入/輸出模塊與單片機連接，說明如何構成一個閉環(huán)反饋系統(tǒng).以上硬件系統(tǒng)應用在智能車中得到了穩(wěn)定的運行.

　　0 引言

　　近年來，智能車輛和智能交通已成為汽車和智能控制領域的研究熱點之一.智能車即輪式移動機器人，智能車的設計涉及模式識別.傳感技術.電子.控制.計算機.機械和電源等多個學科.智能小車能在非特定環(huán)境下工作，在探測.救生等方面具有廣闊的應用前景，對智能循跡系統(tǒng)的研制和改進，對上述領域產品的研發(fā)具有推動作用.

　　本文以第七屆飛思卡爾智能車比賽為背景，討論攝像頭識別的智能車在復雜道路條件下的運行情況.該系統(tǒng)采用MC9S12XS128微控制器作為核心控制器并結合OV7620 圖像傳感器獲取路況信息.微控制器輸出三路PWM信號，其中兩路用來控制車速，一路用來控制舵機的方向.三路信號均通過調節(jié)PWM 信號的占空比，來控制直流電機的正轉.反轉轉速和舵機的轉向.

　　實現(xiàn)對智能車的良好精確的控制，沒有一套合理穩(wěn)定的硬件電路是難以保證智能車的良好運行.本文主要對智能車的硬件系統(tǒng)進行相關設計.

　　1 智能車硬件系統(tǒng)整體框架

　　智能車硬件系統(tǒng)主要包括控制器.電源電路單元.輸入設置.攝像頭OV7620圖像采集.車速檢測.舵機和電機驅動，串口通信等模塊.按照以上模塊的功能，小車的硬件系統(tǒng)可以分成：電源部分.信息獲取部分.信息處理部分.實時控制和輸入/輸出部分，構成一個閉環(huán)的控制系統(tǒng).圖1為智能車整體硬件組成系統(tǒng).

　　智能車競賽攝像頭組的小車用攝像頭采集道路信息，利用采集到兩條黑色邊界線和白色賽道的灰度值不同，識別道路狀況，通過處理采集到的圖像，對小車實施實時控制.本文利用單片機MC9S12XSl28處理采集到的數據，用舵機和驅動電路驅動電機，控制小車的運行.

　　智能車設計的完整方案是：用攝像頭采集道路信息，攝像頭內部集成了ADC 和圖像的行場分離芯片LM1881.根據采集到的一場圖像情況，計算出賽道的曲率半徑，對于賽道不同彎曲程度，用不同的PWM信號控制舵機的轉向和電機的轉速，使得小車能夠智能化的沿著賽道行駛.

　　2 智能車硬件電路各部分的設計

　　2.1 電源電路單元

　　整個智能車的供電來自充電電池，正常情況下充電電池電壓為7.2 V,電池容量為2 A·h.智能車各模塊對電源的要求不同，特別是對電壓的要求，以及對電壓穩(wěn)定性的要求，所以需要選擇不同的穩(wěn)壓芯片.從電池中分離出不同的電壓，給各部分模塊供電.圖2為智能車供電系統(tǒng).

　　以上電路的設計為防止電路之間產生干擾，采取了各模塊分離電源供電.舵機比較特殊，需要的電源電壓是6 V,這里采用LM2587-6 穩(wěn)壓塊.具體電路如圖3所示.

　　電機驅動電路采用能夠輸出大電流的LM2596開關電壓調節(jié)器，能夠輸出3 A的驅動電流.該器件內部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關頻率為150 kHz,與低頻開關調節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件.由于該器件只需4 個外接元件，可以使用通用的標準電感，這更優(yōu)化了LM2596 的使用，極大地簡化了開關電源電路的設計.具體電路如圖4所示.

　　由于數字攝像頭對電壓要求比較高，一般采用線性穩(wěn)壓電源，不用開關電壓調節(jié)，其輸出有尖峰.這里采用LM2940 穩(wěn)壓塊，數字攝像頭.測速模塊.串口通信.單片機分別采用單獨的電源輸出，避免之間發(fā)生干擾.

　　具體電路如圖5所示.

　　2.2 實時控制部分硬件設計

　　智能車實時控制部分主要包括車速和車的轉型控制即舵機控制，車速部分主要是取決于電機驅動電路的中的PWM,下面分別對電機驅動電路進行設計和對舵機控制做介紹.

　　2.2.1 電機驅動

　　智能車的動力部分使用小型永磁式直流電機，可用分離元件組成的驅動器來驅動，也可用一體化的集成驅動芯片來驅動.為了簡化電路板，減輕小車的重量，本智能車采用一體化的專用集成驅動芯片BTS7970.用單片機的引腳PWM0 和PWM1 輸出PWM 脈沖信號，通過兩路驅動，可以實現(xiàn)加速，減速，停車的實現(xiàn).由于兩路驅動電路設計一個類型，這里給出其中一路外圍電路，如圖6所示.

　　2.2.2 舵機控制

　　舵機又名伺服電機，本智能車采用舵機S3010,通過輸出周期為20 ms 的PWM 信號來控舵機轉動角度.

　　舵機有三條線一個地線，一個電源線接6 V,控制信號線通過單片機PWM5引入，通過單片機輸出的PWM 信號的占空比來控制舵機轉向角度.

　　2.3 信息獲取與輸入/輸出部分

　　信息獲取部分包括攝像頭采集的數字圖像.編碼器的測速獲得的車速信息.輸入通過撥碼開關設計幾個檔位，實現(xiàn)不同的車速，以及完成智能車的調試.具體電路如圖7所示.

　　圖7中的數字攝像有采用集成模塊OV7620與單片機直接連接，8位數據線直接與單片機8位數據口連接，行場中斷分別與單片機PT 口相連接，完成圖像的采集.單片機的有兩個串口，用其中一個通過MAX232電平轉換和電腦實現(xiàn)通信.測速模塊與單片的PT口當中一個端口連接，實現(xiàn)速度的采集.8位撥碼開關與單片機的8位端口連接，將端口設置為輸入口.

　　3 結語

　　智能車系統(tǒng)根據個人實現(xiàn)功能不同，硬件電路有所不同，與相關的軟件程序有關.本文主要介紹了基于攝像頭的智能車的硬件設計電路，詳細的設計智能車的電源部分，電機驅動部分，由于篇幅有限，只給出信息獲取和輸入/輸出與單片機連接框圖，說明與單片機的連接情況.