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基于CMOS的智能寻迹小车制作.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：4.83M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    诚 信 承 诺
    摘　要
    Abstract
    目　录
    1引言
    1.1智能车辆概述
    1.2本课题研究意义和主要研究内容
    2小车系统总体方案设计
    2.1 CCD与CMOS的优缺点
    2.2图像采集方案
    2.3小车整体结构
    3机械部分设计
    3.1摄像头的安装
    4 EasyARM1138开发板
    4.1开发板简介
    4.2功能特点
    4.3开发板相关部分硬件介绍
    4.3.1电源电路
    4.3.2复位电路
    5系统设计
    5.1摄像头采样机制
    5.2摄像头选择
    5.2.1数字摄像头OV6620的特征：
    5.2.2OV6620和普通摄像头的对比
    5.2.3OV6620的管脚说明及操关键
    5.2.4OV6620的图像采集
    5.2.5OV6620的后续问题
    5.3图像采样电路
    5.4抗干扰措施
    6软件设计
    6.1图像采集流程
    6.2黑线提取流程
    6.3开发环境简介
    7结束语
    7.1总结
    6.2展望
    参考文献
    附录
    编号： 本科毕业设计（论文） 题目：（中文） 基于 CMOS 的智能寻迹小车 制作 （英文）The Design Of Smart Tracing Car Based On CMOS 分 院 xxx 专 业 电气工程与自动化 班 级 学 号 姓 名 xxx xxx xxx 指导教师 xxx 职称 xxx 完成日期 2008-4-20
    宁波大学科学技术学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《基于 CMOS 的智能寻迹小车制作》 均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了 注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： xxx 2009 年 5 月 4 日 I
    基于 CMOS 的智能寻迹小车制作 摘 要 【摘要】论文详细地介绍了一种基于 CMOS 的智能寻迹小车在摄像头寻迹方面的设计实现过程。该系统以 COTEX M3 为核心的 ARM LM3S1138 作为系统控制处理器，采用基于的摄像头的图像采样模块获取赛道图像信息，通过边缘 检测方法提取赛道黑线，求出小车与黑线间的位置偏差。软件基于当今比较流行的 C 语言编程语言，用 LM LINK 集成开发环境 IAR 软件作为开发平台。整个硬件系统实现了摄像头寻黑线，对得到的数据进行二值化，且用算法 对数据进行处理和纠错，得出一个正确的一维数组，并把数组通过处理器发送到已经完成的小车的步进电机上、 控制电机自动寻迹,在硬件上加了两个 LED 灯，当小车左转时左灯亮，反之右灯亮。也可在液晶上显示这组数组 所形成的轨迹，即前方的黑线轨迹。小车还将通过特定算法分析出前方的路况，并根据路况的不同而为小车分配 以不同的速度。 由 于 能 力 和 时 间 有 限 ， 系 统 对 过 弯 减 速 还 存 在 一 些 缺 陷 。 【关键词】CMOS ； LMS31138 ； 二值化 ； 摄像头寻迹。 II
    宁波大学科学技术学院本科毕业设计（论文） The Design Of Smart Tracing Car Based On CMOS Abstract 【ABSTRACT】Papers detail a CMOS-based smart car tracing tracing in camera to achieve the process of design. The system is at the core COTEX M3 as ARM LM3S1138 system control processor, camera-based image sampling circuit module to obtain image information through the edge detection circuit to extract the black line, calculated between the car and the location of the black line deviation. Software based on today's more popular C-language programming language, LM LINK with IAR software integrated development environment as a development platform. The entire hardware system and find a line camera to get binary data, and use of algorithms for data processing and error correction, to arrive at a correct one-dimensional array, and through the processor array has been completed and sent to The stepper motor of the car, the automatic control of electric tracing in hardware plus two LED lights, turn left when the car left at lights, on the contrary the right lights. Can also be displayed on the LCD arrays formed by this group of track, that is, the black line in front of the track. Car through a specific algorithm will analyze the road conditions ahead, and in accordance with the different traffic distribution for the car at different speeds. Capacity and as a result of the limited time available, the system of the cornering speed that there are still some shortcomings. 【KEYWORDS】CMOS ； LMS31138 ； Binarization；tracing camera。 III
    基于 CMOS 的智能寻迹小车制作 目 录 1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 1 引言 ............................................................................................................................................................. 1 智能车辆概述 .............................................................................................................................1 本课题研究意义和主要研究内容 .............................................................................................1 2 小车系统总体方案设计 .............................................................................................................................2 CCD 与 CMOS 的优缺点 .......................................................................................................... 2 图像采集方案 .............................................................................................................................3 小车整体结构 .............................................................................................................................4 3 机械部分设计 ............................................................................................................................................. 5 摄像头的安装 .............................................................................................................................5 3.1 EasyARM1138 开发板 ............................................................................................................................... 7 开发板简介.................................................................................................................................7 4.1 功能特点 .....................................................................................................................................7 4.2 开发板相关部分硬件介绍.........................................................................................................9 4.3 4.3.1 电源电路 ....................................................................................................................................9 4.3.2 复位电路 ..................................................................................................................................10 5 系统设计 ................................................................................................................................................... 11 摄像头采样机制.......................................................................................................................11 摄像头选择............................................................................................................................... 11 5.2.1 数字摄像头 OV6620 的特征：.......................................................................................12 OV6620 和普通摄像头的对比........................................................................................12 5.2.2 OV6620 的管脚说明及操关键........................................................................................12 5.2.3 OV6620 的图像采集........................................................................................................13 5.2.4 OV6620 的后续问题........................................................................................................15 5.2.5 图像采样电路 ...........................................................................................................................16 抗干扰措施...............................................................................................................................20 6 软件设计 ................................................................................................................................................... 22 图像采集流程 ...........................................................................................................................22 黑线提取流程 ...........................................................................................................................24 开发环境简介 ...........................................................................................................................27 7 结束语....................................................................................................................................................... 30 总结 ........................................................................................................................................... 30 展望 ........................................................................................................................................... 30 参考文献 ........................................................................................................................................................... 31 致谢 ...................................................................................................................................错误！未定义书签。 附录 ................................................................................................................................................................... 32 7.1 6.2 4 5.1 5.2 5.3 5.4 6.1 6.2 6.3 IV
    1.1 智能车辆概述 1 引言 智能车辆，是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统， 它集中地运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型 的高新技术综合体.它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、 车速和巡航控制等功能。智能车辆致力于提高汽车的安全性、舒适性和提供优良的人车文互 界面，是目前各国重点发展的智能交通系统中一个重要组成部分，也是世界车辆工程领域研 究的热点和汽车工业增长的新动力。 随着科学技术的发展，特别是计算机技术、信息技术、人工智能、电子技术的突飞猛进， 智能车辆技术有了实现的技术基础。目前智能车辆技术在轿车和重型汽车上主要应用于碰撞 预警系统、防撞及辅助驾驶系统、智能速度适应、自动操作等，其在军事上的应用更加广泛 和重要。 车辆智能化是汽车工业今后的发展趋势，也是人们对安全性要求越来越高未来汽车的发 展方向。随着计算机技术和信息技术为代表的高新技术的发展，人工神经网络技术、模糊控 制技术、神经模糊技术、虚拟实现等新技术的出现，智能车辆技术的研究将会有突破性的进 展。智能车辆系统的实用化是是智能车辆发展的前进方向，适应性强、环境适应性好的智能 车辆将是研究的重点。 1.2 本课题研究意义和主要研究内容 本设计是根据全国大学生智能车“飞思卡尔”杯的设计思路，通过自己的设想，论证 方案可行。设计除了车身是现成的，微控制器采用 LM3S1138 作为核心控制单元，自主设计 摄像头寻迹算法和纠错算法，并通过微处理器把采集结果传送给步进电机，使小车能跟着黑 线走。 本文将以自制智能车的实际设计与制作来展示简单的自动寻线智能车系统。文中分析了 现有路径识别方案的优缺点，最终确定了摄像头方案。设计了摄像头与微控制器的控制电路。 针对赛道不同位置，采集了图像数据，在对数据进行分析后设计了控制算法并编写了控制软 件。最终经实道调试，赛车实现预期功能。 1
    基于 CMOS 的智能寻迹小车制作 2 小车系统总体方案设计 2.1 CCD 与 CMOS 的优缺点 1. 灵敏度差异：由于 CMOS 传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大 器与 A/D 转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸 相同的情况下，CMOS 传感器的灵敏度要低于 CCD 传感器。 2. 成本差异：由于 CMOS 传感器采用一般半导体电路最常用的 CMOS 工艺，可以轻易地将周 边电路(如 AGC、CDS、Timing generator、或 DSP 等)集成到传感器芯片中，因此可以节省 外围芯片的成本；除此之外，由于 CCD 采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个象素 不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制 CCD 传感器的成品率比 CMOS 传感器 困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破 50%的水平，因此，CCD 传感 器的成本会高于 CMOS 传感器。 3. 分辨率差异： 如上所述，CMOS 传感器的每个象素都比 CCD 传感器复杂，其象素尺寸很 难达到 CCD 传感器的水平，因此，当我们比较相同尺寸的 CCD 与 CMOS 传感器时，CCD 传感 器的分辨率通常会优于 CMOS 传感器的水平。例如，目前市面上 CMOS 传感器最高可达到 210 万象素的水平(OmniVision 的 OV2610，2002 年 6 月推出)，其尺寸为 1/2 英寸，象素尺寸为 4.25μm，但 Sony 在 2002 年 12 月推出了 ICX452，其尺寸与 OV2610 相差不多(1/1.8 英寸)， 但分辨率却能高达 513 万象素，象素尺寸也只有 2.78mm 的水平。 4. 噪声差异：由于 CMOS 传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟 电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的 CCD 传感器相比，CMOS 传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。 5. 功耗差异：CMOS 传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶 体管放大输出，但 CCD 传感器为被动式采集，需外加电压让每个象素中的电荷移动，而此外 加电压通常需要达到 12~18V；因此，CCD 传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外 (需外加 power IC)，高驱动电压更使其功耗远高于 CMOS 传感器的水平。举例来说， OmniVision 近期推出的 OV7640(1/4 英寸、VGA)，在 30 fps 的速度下运行，功耗仅为 40mW； 而致力于低功耗 CCD 传感器的 Sanyo 公司去年推出了 1/7 英寸、CIF 等级的产品，其功耗却 仍保持在 90mW 以上，虽然该公司近期将推出 35mW 的新产品，但仍与 CMOS 传感器存在差距， 2
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