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電路欣賞:智能視覺尋找機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

發(fā)布時間:2015-01-09 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】機(jī)器人的巡線行走要求精確且速度要有明顯的提高。往往在很多比賽中,速度都被當(dāng)做是出奇制勝的關(guān)鍵。本文提出了一種智能視覺尋線機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計,以單片機(jī)為核心,利用低分辨率攝像頭代替光電傳感器的機(jī)器人高速尋線行走設(shè)計方案。

核心控制器設(shè)計

為了實現(xiàn)視頻采集,考慮綜合性價比、設(shè)備安裝等因素,核心控制器選用16位高性能單片機(jī)——MC9S12DG128(以下簡稱 S12)。它的指令處理時鐘可以達(dá)到38MHz,其A/D轉(zhuǎn)換器的工作時鐘可以達(dá)到16MHz,用于采集視頻。同時它擁有8路PWM通道,控制舵機(jī)和直流 電機(jī)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(dá)64 個IO(通過IO復(fù)用方式)足夠用于狀態(tài)顯示及參數(shù)設(shè)置。另外,其擁有128k的flash存儲空間,無需進(jìn)行存儲器擴(kuò)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(jī),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(jī)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)。

電路欣賞:智能視覺尋找機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
圖1
 
電機(jī)控制及電源

RS-380SH直流電機(jī)作為主驅(qū)動電機(jī),通過PWM信號控制。選用MC33886全橋驅(qū)動芯片,通過兩路半橋?qū)崿F(xiàn)電機(jī)正反 轉(zhuǎn)。這里的電機(jī)反轉(zhuǎn)并不為實現(xiàn)倒車,而主要用于車體減速。在進(jìn)行電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換時,電機(jī)驅(qū)動電流會隨著負(fù)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(jī)自動重啟。在整個系統(tǒng)中,有多種電壓需求,單片機(jī)和舵機(jī)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。

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