技术方案哈尔滨工程大学极品飞车1号.ppt

基于CCD传感器循迹智能车的 硬件及图像处理设计 哈尔滨工程大学 极品飞车1号 参赛队员：喻聪，胡佳兴，魏震宇 指导教师：张爱筠，管凤旭 引言 摄像头组主要通过摄像头传感器获得图像信息。机械结构是智能车的基础，一个稳定，高效的电源系统是智能车稳定运行的保障。在图像采集上，我们采用硬件二值化方案，实现了高效，准确的采集数据。对采集到的数据我们通过图像校正来对畸变的图像进行还原。在机械结构设计上通过对摄像头固定结构进行优化，以保证智能车的稳定运行。 本文将分别从机械结构，硬件电路设计，图像采集方案，图像处理及传感器应用这5个方向进行介绍。 图1.1 极品飞车1号实物图 * 方形碳杆固定摄像头 图像校正 硬件二值化 电源电路设计 技术方案整体概览 * 与A/D相比硬件二值化 的优点： 1.速度更快； 2.电路简单，稳定，易于实现； 3.可以通过电位器灵活调节阈值，具有一定的环境适应能力； 4.相比于AD采集数据量大大减小 5.通过在二值化电路中设置滞回区间，能够有效滤除图像中的噪点，提高图像质量 图1.1 通过AD转换获取的图像 图1.2 通过硬件二值化获取的图像 1.1硬件二值化介绍及其优势 1.硬件二值化方案的设计及实现 * 1.2硬件二值化方案的设计 方案一：滞回电压比较型二值化电路 图1.3 滞回电压比较型 二值化电路设计方案 图1.4.1 4倍放大之后信号图像 （1为原始信号，2为放大后信号） 图1.4.2 经比较器处理后信号图像 （1为原始信号，2为二值化信号） * * 方案一：滞回电压比较型二值化电路 方案一：滞回电压比较型二值化电路 图1.5 滞回比较二值化电路原理图 * 图1.6 在较为复杂的环境下仍有较好的效果 调节电位器实现阈值的设定，通过液晶观察图像，调节其至最佳效果 阈值调节方式： 该方案的缺陷： 1.阈值无法变化，为固定值 2.调节至适宜效果较为困难，需要有一定的调试经验 * 方案二：自适应二值化电路 图1.5 自适应二值化电路原理图 1.2硬件二值化方案的设计 方案二：自适应二值化电路 该电路的工作原理如下： 8550基极电流 = （5—0.7—video）/120k 集电极的电流I = 8550的β*基极电流 反向输入的阈值电压B = I*R滑动 虽然该方案实现了阈值动态，但是在实际应用中我们发现该方案调节电位器时阈值变化较大，调节范围相比于方案一减小较多。 图1.5 自适应二值化电路原理图 * Video处电压 8550基极电流 阈值电压B ? ? ? ? ? ? 1.2硬件二值化方案的设计 经过分析和实验，我们得出结论： 1.方案一在环境光较为均匀时效果最佳，并且在一些光线环境较为极端的环境下，若能正确调整阈值，可以成功的滤除干扰，获得高质量的图像，但调试难度较大，难以找到最佳的阈值 2.方案二在光线较为不均匀，环境光较为复杂但变化不是很剧烈的环境下具有较好的效果，并且对于多个不同环境都有较好的普适效果，具有较好的环境适应性。 最后综合考虑，为了应对不同的赛场环境，保证智能车的正常运行，我们决定设计一个摄像头信号处理子板，将两套方案整合在一块PCB上，通过跳线帽切换，从而增强硬件二值化方案对于各种环境的适应能力。 图1.6 摄像头信号处理子板PCB 图1.7 摄像头信号处理子板实物图 * 2.1电源系统概述 2.智能车系统的电源设计 * 图2.1 第五届至第七届极品飞车1号电源系统 图2.1所示的方案为第五届至第七届极品飞车1号所采用的电源设计方案，该方案在较短的应用时间内具有较好的稳定性，但是效率较低，发热量较大，长时间工作易导致系统不稳定，因此在这一届我们对电源系统在此基础上进行了较多的改进。改进后的方案如图2.2所示 图2.2 第八届极品飞车1号电源系统 电源系统设计目标：稳定，高效 2.2 MCU及其外设供电系统设计 图2.2 TPS73XX稳压方案 2.智能车系统的电源设计 * 图2.2 AMS1117，LM2940稳压方案 老方案原理图如图2.2，存在以下2点缺点： 1.AMS1117质量良莠不齐，难以确保稳定； 2.LM2940纹波较大，且体积较大，并且其额定1A的电流已远超我们的需求 在新方案中，我们采用TPS7350和TPS7333分别提供3.3V和5V电源，其具有电源质量高，纹波小，电路简单，体积较小的优点，其最大电流可输出500mA,足以满足MCU和外设的需求。 在本系统中，我使用的传感器为SONY-CCD模拟摄像头，需要12V电源进行供电，而系统中所使用的电池能够提供的电压为7.2V