基于K60芯片的CCD赛道技术的研究01

1、基于K60芯片的CC源道检测技术的研究邱达毛春霞李健王家盛（湖北民族学院湖北恩施445000）【摘要】利用K60驱动CCfM集数据，通过单面机内改良的凹梢算法进行判断，结合控制算法控制舵机给出合理舵值，再给出合适的PWM波来控制电机转速。速度控制方面采用一个OMR0旋转编码器来实现反馈脉冲，从而实现智能车在赛道上的稳定行驶。【关键词】线性CCD智能小车；MK60旋转编码器0引言随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，在本文中着重的介

2、绍了小车控制系统的软、硬件结构，包括硬件电路的设计与运用，程序算法的编写与优化。经过系统硬件电路搭建和软件程序编写，能够实现小车快速直行及循迹转弯等功能。1系统总体设计本智能车核心系统由CCD主板、电源模块、电机驱动模块、编码器等器件组成。通过CCD/A1到128的位置对黑白赛道灰度进行单行采集，然后对采集后的各个点的灰度进行二值化处理为0或1的黑白信号。之后通过查找每行0和1之间的跳变来查找确定两侧的黑线。记录两侧黑线位置后，运用两侧位置通过一定算法计算虚拟中线比较虚拟中线和实际中线的差值得到偏差。运用算法对偏差计算来得到舵机控制的PWM通过得到的PW陈实现车子的转向。通过转向的曲率和编码器

3、的速度反馈闭环控制后轮电机的加减速，来实现智能车在赛道上完美飞驰2硬件系统部分本智能车的系统主要包括主控单元、电源模块、电机驱动模块、线性CCD图像信息采集处理模块、转向控制模块、速度采集模块、显示模块，本文着重介绍线性CCDi迹模块。系统硬件结构框图如图1所示。线性CCDI迹模块转向控制模块速度采集模块显示模块F面对系统主要硬件模块进行阐述。2.1单片机控制模块本系统采用Freescal半导体公司生产的32位单片机MK60DN512作为控制器。MK60DN51福一款由飞思卡尔公司推出的基于ARM(电源模块电机驱动模块图1系统硬件结构框图MK60DN512Cortex-M4内核的K系列高端芯片

4、，该芯片拥有丰富的资源，集主流功能于一身，能满足各种应用。2.2线性CCD®像信息采集处理模块该模块采用TSL1401c段，性CCLS像传感器，其内部由一个128X1的光电二极管阵列、相关的电荷放大器电路和一个内部的像素数据保持功能电路组成，它同时提供了集成起始和停止时间的像素1其原理图如下:P1VCC图2TSL1401CL线性传感器原理图本项目禾I用MK60DN512PTE有口PTE5弓坪豚t其SI和CLK两个引脚按特定的时序发出方波信号，TSL1401cL的AO引脚就会依次输出128个像素点的模拟信号给MK60DN51女引脚连接图如图3所示。PTE4MK60DN512PTE5PT

5、C1CSICLKTSL1401CLAO图3MK60DN512与TSL1401cL弓|脚连接图我们通过测试发现，该传感器的输出信号和环境光线密切相关，白天AO输出值比晚上高很多，对光和背光相差也很大，白炽光和日光灯光线条件下差异很大。同一镜头或信号放大倍数，必然无法适应各种环境，经常会出现过弱或信号饱和，对环境的适应性很弱，对此可通过软件适时地、动态的调整曝光参数2。曝光时间自适应策略示意图如下:设定曝光量图4曝光时间自适应策略示意图光线从上图可看出，该曝光时间自适应策略时间就是一个典型的闭环控制，控制对象是线性CCD莫块的曝光时间，反馈是线性CCD应到的曝光量，调节的目标是设定曝光量。工作原理

6、:曝光量的偏差e=设定的曝光量-实际曝光量新的曝光时间=Kp*e+上次的曝光时间如此反复进行调节就能达到适应环境光的目的。值得注意的是实际曝光量并不是某一个像素的曝光量，因为单个像素是无法反应环境光强度的，实际曝光量应该是一段时间和一定像素点强度的函数。因此取一次采集到的128个像素电压的平均值作为曝光量当前量，设定的曝光量也就是设定的128像素点的平均电压。通过此策略，线性CCDM集到的电压值，在正常的智能车运行环境中都能保持在合理范围内3。3软件系统部分3.1 黑线提取算法凹梢算法流程如图5所示：图5凹槽算法流程自己适应算黑线位置算法中，首先查找左边凹梢，然后查找右边凹梢，再计算黑线位置，

7、最后根据连续性查找左右黑线位置。其次利用改良的凹梢算法，在小车行驶前,摄像头会拍摄图片取出其中的中线值。在行驶过程中，会与开始的中线值进行比较，来控制左右转向。3.2曝光自适应程序流程曝光自适应程序流程如下图所示：20ms周期执行开始CCD采样计算实际曝光量计算自适应曝光时间(1ms)结束图6曝光自适应程序流程图其中主程序20ms执行一次，主要完成CCD采样、计算实际曝光量、计算曝光时间。采集到的128像素数据保存在Pixel128数组中，实际曝光量当量保存在像素的平均电压全局变量中，曝光时间（单位ms）保存在积分时间全局变量中。曝光控制中断程序每1ms执行一次，每次中断将计时器Cnt20ms

8、计数器自加，根据曝光积分时间计算曝光积分点（取值范围220）,如果曝光点等于当前计数器则开始曝光，当计时器Cnt20ms等于20时，重置计时器Cnt20ms,同时置位计时器Flag20ms标志位，通知主程序20ms程序执行3。4结束语本文介绍了基于K60芯片和CCDt法的自主循迹小车的方案。在制作过程中，小组遇到了很多的问题。最后能实现相应的功能，离不开指导老师的帮助和小组成员的努力。但本身作品也有不完善的地方，速度没有理想中的那么快，需要在算法部分进一步提升。参考文献：1闫琪，王江，熊小龙等编著.智能车设计：“飞思卡尔杯”从入门到精通Z.北京航空航天大学出版社：胡晓柏，2014.（9）:115-117.2D