本文對此類賽事進行了相關總結(jié)，提出了一種將單片機作為核心控制器，利用低分辨率攝像頭代替通用光電傳感器的機器人高速尋線行走機構(gòu)設計方法。
核心控制器設計
為了實現(xiàn)視頻采集，考慮綜合性價比、設備安裝等因素，核心控制器選用Freescale公司的16位高性能單片機——MC9S12DG128（以下簡稱S12）。它的指令處理時鐘可以達到38MHz，其A/D轉(zhuǎn)換器的工作時鐘可以達到16MHz，用于采集視頻。同時它擁有8路PWM通道，控制舵機和直流電機完成轉(zhuǎn)向和速度控制；8路捕捉/比較通道獲取作為速度傳感器的編碼器脈沖信號；串行通信接口用于無線調(diào)試；多達64 個IO（通過IO復用方式）足夠用于狀態(tài)顯示及參數(shù)設置。另外，其擁有128k的flash存儲空間，無需進行存儲器擴展，在片內(nèi)就可以實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)存儲和調(diào)用。如圖2所示，整個系統(tǒng)采用一塊單片機，無需添加其他控制器、存儲器，成為真正的“單片”系統(tǒng)。
視頻采集模塊
由于單片機A/D速度限制，需要選用低分辨率的黑白攝像頭。因為低分辨率意味著視頻單行掃描時間的增加，而黑白攝像頭意味著只需要單路A/D就可以完成視頻采集工作。選擇了Omvision生產(chǎn)的ov5116芯片為內(nèi)核的CMOS黑白攝像頭，分辨率為320×240，圖像刷新頻率50Hz。同時選用LM1881視頻同步信號分離芯片提取視頻信號中的行同步和場同步信號，連入s12的脈沖捕捉通道。通過捕捉信號觸發(fā)AD模塊工作，采集存儲視頻數(shù)據(jù)。
視頻采集電路原理圖
電機控制及電源
RS-380SH直流電機作為主驅(qū)動電機，通過PWM信號控制。選用Freescale公司的MC33886全橋驅(qū)動芯片，通過兩路半橋?qū)崿F(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)。這里的電機反轉(zhuǎn)并不為實現(xiàn)倒車，而主要用于車體減速。在進行電機正反轉(zhuǎn)切換時，電機驅(qū)動電流會隨著負載增大而瞬間放大，因此需要增大穩(wěn)壓能力，保證系統(tǒng)正常工作電壓，避免單片機自動重啟。在整個系統(tǒng)中，有多種電壓需求，單片機和舵機為5V供電；CMOS攝像頭為 6～9V。因此，為了方便開發(fā)，這里選用最常用的7.2V充電電池組。只需在系統(tǒng)內(nèi)加入5V穩(wěn)壓芯片，提供5V電壓。
本文設計了一個基于視覺的以高速尋線為目的的行走機器人系統(tǒng)。系統(tǒng)采用一塊高性能單片機，完成了從視頻采集到視頻處理，最終實現(xiàn)速度和轉(zhuǎn)向控制的一套尋線行走功能。系統(tǒng)輕便靈巧，無需存儲器擴展和其他可編程器件配合，搭建費用低。該方案在參加第一屆全國大學生智能車大賽中，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，取得了非常優(yōu)異的成績。
