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供应智能车专用光电管: 红外发射/接收 供应智能车专用光电管: 红外发射/ 管,性能优越
基于 S12 单片机的循迹小车视觉系统设 计与优化
时间:2009-03-11 12:40:54 来源:电子技术应用 作者:刘大川, 汪小澄 全 国大学生智能汽车竞赛已经在国内顺利举行两年。随着智能车速度的提高, 越来越多的参赛队开始采用摄像头作为道路辨识的主要传感器, 而如何使用单片 机进行数 字图像信号采集,并识别赛道路径是该系统的设计重点。目前图像采 集与处理技术已经得到了广泛的应用,但多数基于图像的控制系统都采用了 DSP 等高速处理 器,并不适合智能车竞赛所规定使用的单片机平台。本文利用 CMOS 图像传感器的可编程特性,设计了适用于中低速单片机的基于 FIFO 的数字图像 采集处理系 统,用 MC9S12DG128 单片机进行实时图像采集和控制。该系统结构 简洁、成本低廉、通用性强,可方便地移植到各种类型的处理器。 1 主要芯片 MC9S12DG128 是 Freescale 公司出品的 16 位单片机,其采用增强型 16 位 HCS12 CPU, 内部总线时钟最高可达 25MHz; 片内资源包括 8KB RAM、 128KB Flash、 2KB EEPROM、8 路 10 位 A/D 转换器、SCI、IIC、SPI 串行通讯模块、PWM 模块以 及多路 CAN 总线模块等。同时它支持 Freescale 特有的 背景调试模式(BDM), 可以进行在系统调试,使开发效率大大提高。 OV7620[1]是美国 OmniVision 公司出品的彩色/黑白 CMOS 图像传感器。 这是 一种自带图像敏感阵列和 A/D 转换元件、能直接提供 8/16 位 CCIR601、CCIR656 等格式视频数字信号的彩色/黑白图像传感器,图像输出最高速度可达 60S/s, 最大图像分辨率为 644×492,5V 供 电;它具有自动增益、自动曝光、自动白平
衡、 边缘增强、 伽玛校正等控制功能; 可以通过 I 2 C 总线进行设置; 同时 OV7620 具有图像开窗输出的功能,即允许用户可根据实际使用需要设置其内部寄存器, 使其只输出完整图像中的任意一矩形区域内的信 号,其范围从 4×2 到 644×492。这种功能从硬件上屏蔽了图像中不需要的部分,只保留用户需要的部 分图像,大大减少了图像的数据量,提高了系统的效 率。 FIFO 存储器没有地址线,按照先入先出的顺序进行顺序读写,因此是接口 电路十分简洁, 读写速度快, 允许读写动作同时进行。 IDT7205 是 IDT 公司生 产 的高速、低功耗异步 FIFO,容量为 8 192×9bit,存取时间最小只有 12ns,有 空、半满、满三个标志位,最大功耗 660mW,工作电压+5V;D0~D8 为数据输入 总线,Q0~Q8 为 数据输出总线,为读写控制端,分别在信号下降沿锁存、输出 数据,是 FIFO 写满标志位,此外,IDT 公司还提供 256B~64KB 不同容量的 FIFO 可供 选择。 2 系统硬件结构设计 由于所使用的 MC9S12DG128 单片机的频率较低,最高只有 25MHz,而摄像头 的图像输出速率一般至少有 13.5MHz(以 30 万像素为例),每个 像素的信号保持 时间不到 75ns,若使用单片机直接采集图像传感器输出的数字信号,则会受到 其时钟频率的影响,难以将信号完整地采集进系统。 因此本系统使用 FIFO 芯片 IDT7205 作为图像传感器与单片机之间的数据缓 存,通过设计一定的逻辑电路,使图像传感器自动地将图像数据写入 FIFO,同 时 MCU 开始从 FIFO 读出数据。图像采集系统结构框图如图 1 所示。
2.1 摄像头同步信号分析 OV7620 的同步信号时序如下:垂直同步信号 VSYN 为两个正脉冲之间扫描一 帧的定时,即完整的一帧图像在两个正脉冲之间;水平同步信号 HREF 扫描该 帧 图像中各行像素的定时,即高电平时为扫描一行像素的有效时间;像素同步信号 PCLK 为读取有效像素值提供同步信号,高电平时输出有效图像数据,若当前图 像窗口大小为 320×240,则在 VSYN 两个正脉冲之间有 240 个 HREF 的正脉冲, 即 240 行;在每个 HREF 正脉冲期间有 320 个 PCLK 正脉冲, 即每行 320 个像素。 这就是 VSYN、HREF、PCLK 三个同步信号之间的关系[2]。OV7620 同步信号时序 如图 2
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