基于KL26的目標(biāo)定位智能車系統(tǒng)

劉千 彭添強(qiáng) 王天正 李恒

摘? 要：文章設(shè)計(jì)一個(gè)以KL26 MCU為核心，OV7725攝像頭作為傳感器的一個(gè)能自動(dòng)尋找目標(biāo)的智能車系統(tǒng)。此設(shè)計(jì)模仿工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的貨車自動(dòng)尋找目標(biāo)的過程。

關(guān)鍵詞：KL26;圖像處理;智能車

中圖分類號(hào)：TP23? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）17-0036-02

Abstract： In this paper， an intelligent vehicle system with KL26 MCU as the core and OV7725 camera is designed， which can find the target automatically. This design imitates the process of automatic target search for trucks on the industrial site.

Keywords： KL26; image processing; smart car

引言

隨著智能化發(fā)展，可將圖像處理技術(shù)引入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可利用無人貨車自動(dòng)尋找目標(biāo)進(jìn)行作業(yè)。此系統(tǒng)模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，將發(fā)紅外光的物體作為目標(biāo)，利用小車進(jìn)行目標(biāo)定位并追蹤。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)以KL26為核心，由避障模塊，速度采集模塊，攝像頭模塊，藍(lán)牙模塊，人機(jī)交互部分和電源模塊組成。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示，本系統(tǒng)以KL26為核心，將系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為電源，攝像頭，藍(lán)牙，人機(jī)交互，速度采集，舵機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

2.2 電源模塊設(shè)計(jì)

電源供電模塊對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用，各個(gè)模塊都需要供電，所以須設(shè)計(jì)一個(gè)能夠穩(wěn)定給該系統(tǒng)供電的電源模塊。小車系統(tǒng)中單片機(jī)需3.3V供電，攝像頭傳感器5V供電，舵機(jī)5.7V供電，編碼器5V供電，紅外對(duì)管5V供電，藍(lán)牙5V供電，直流電機(jī)可以直接用7.2V供電。考慮到需供電的各個(gè)模塊所需電壓不一樣，先由電池7.2V經(jīng)LM2940轉(zhuǎn)換到5V，為攝像頭及紅外對(duì)管供電，再由這5V經(jīng)AMS117轉(zhuǎn)到3.3V給單片機(jī)供電。由于編碼器要求供電穩(wěn)定，故由電池7.2V經(jīng)LM2940轉(zhuǎn)到5V單獨(dú)為編碼器供電。舵機(jī)要求供電6V，所以采用AS1015使電池輸入7.2V轉(zhuǎn)為4V到6.5V可調(diào)的電源給舵機(jī)供電。電源模塊電路圖如圖2所示。

圖2 電源模塊電路圖

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

采用BTS7960半橋驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過單片機(jī)控制輸出PWM波的占空比來控制半橋的開斷以達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。單片機(jī)輸出的4路PWM波經(jīng)過74HC541緩存成為峰值為5V的PWM波來驅(qū)動(dòng)BTS7960控制其開斷從而控制不同的BTS7960芯片。2個(gè)芯片控制一個(gè)電機(jī)，從而控制2個(gè)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)程序框圖

程序流程圖如圖4所示。

3.2 圖像處理

首先用中值濾波算法對(duì)采集回來的圖像進(jìn)行濾波。由于使用的攝像頭是硬件二值化，故不用對(duì)采集回來的圖像再次進(jìn)行二值化，提高了圖像處理的速率。對(duì)目標(biāo)進(jìn)行特征提取，因?yàn)槟繕?biāo)發(fā)出特定波長(zhǎng)的紅外線，故在攝像頭上加特定波長(zhǎng)的濾光片即可將目標(biāo)特征采集回來，遍歷每行像素點(diǎn)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)黑像素點(diǎn)的下一個(gè)像素點(diǎn)是白色，那么即認(rèn)為這個(gè)跳變點(diǎn)是目標(biāo)的邊界，如此遍歷整個(gè)二值化圖像的像素點(diǎn)，提取目標(biāo)的邊界并計(jì)算出目標(biāo)中線所在的列數(shù)作為舵機(jī)的設(shè)定值。

3.3 舵機(jī)控制

舵機(jī)是控制小車系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方向的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。此系統(tǒng)用PID算法閉環(huán)控制舵機(jī)追蹤目標(biāo)?？紤]到此控制系統(tǒng)具有較大的慣性，故在控制算法上選用PD調(diào)節(jié)器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，微分控制會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行超前控制，一旦系統(tǒng)有較大的偏差那么系統(tǒng)輸出就會(huì)立刻變大，從而克服了系統(tǒng)的慣性作用。模擬系統(tǒng)PD調(diào)節(jié)器的公式如公式（1）所示。

式中，P（t）-調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)（此系統(tǒng)的輸出PWM占空比）;e（t）-調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)（此系統(tǒng)的采集圖像的目標(biāo)中值和攝像頭中線的偏差）;Kp-調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);Td-調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。

經(jīng)過離散后的公式如（2）所示。

經(jīng)過實(shí)地調(diào)試選擇合適比例系數(shù)和微分系數(shù)，只要在系統(tǒng)追蹤目標(biāo)的時(shí)候不發(fā)生抖動(dòng)，并且當(dāng)目標(biāo)突然變換時(shí)，系統(tǒng)最終能夠收斂，那么參數(shù)即選定完畢。

3.4 電機(jī)控制

此系統(tǒng)對(duì)電機(jī)控制采用開環(huán)控制，直接對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸入PWM脈沖，改變脈沖占空比，改變電機(jī)的速度，此系統(tǒng)用撥碼開關(guān)設(shè)定高速，中速，低速三個(gè)速度擋位，從而適應(yīng)不同的環(huán)境和要求。

3.5 人機(jī)交互設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)用OLED和按鍵作為人機(jī)交互界面，內(nèi)置菜單設(shè)置系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)以及顯示圖像的功能，方便使用者進(jìn)行調(diào)試。人機(jī)界面如5所示。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)一種基于KL26的圖像目標(biāo)定位系統(tǒng)，從硬件和軟件方面完概述系統(tǒng)設(shè)計(jì)。綜上，此系統(tǒng)定位可靠準(zhǔn)確，可以實(shí)現(xiàn)基于圖像的自動(dòng)定位追蹤目標(biāo)的功能。

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