【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(jì)，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(jì)方案。
核心控制器設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)視頻采集，考慮綜合性價(jià)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(shí)鐘可以達(dá)到38MHz，其A/D轉(zhuǎn)換器的工作時(shí)鐘可以達(dá)到16MHz，用于采集視頻。同時(shí)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(gè)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(chǔ)空間，無需進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展，在片內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 和調(diào)用。如圖2所示，整個(gè)系統(tǒng)采用一塊單片機(jī)，無需添加其他控制器、存儲(chǔ)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?yàn)榈头直媛室馕吨曨l單行掃描時(shí)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(shí)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(chǔ)視頻數(shù)據(jù)。
圖1
RS-380SH直流電機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過PWM信號控制。選用MC33886全橋驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流會(huì)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(dòng)重啟。在整個(gè)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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