基于KL26的目標定位智能車系統

劉千 彭添強 王天正 李恒

摘? 要：文章設計一個以KL26 MCU為核心，OV7725攝像頭作為傳感器的一個能自動尋找目標的智能車系統。此設計模仿工業現場的貨車自動尋找目標的過程。

關鍵詞：KL26;圖像處理;智能車

中圖分類號：TP23? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

隨著智能化發展，可將圖像處理技術引入工業現場。在工業現場可利用無人貨車自動尋找目標進行作業。此系統模擬工業現場，將發紅外光的物體作為目標，利用小車進行目標定位并追蹤。

1 系統概述

本系統以KL26為核心，由避障模塊，速度采集模塊，攝像頭模塊，藍牙模塊，人機交互部分和電源模塊組成。

2 系統硬件設計

2.1 系統硬件總體設計

系統硬件框圖如圖1所示，本系統以KL26為核心，將系統硬件結構分為電源，攝像頭，藍牙，人機交互，速度采集，舵機，電機驅動模塊。

2.2 電源模塊設計

電源供電模塊對于整個系統起到了至關重要的作用，各個模塊都需要供電，所以須設計一個能夠穩定給該系統供電的電源模塊。小車系統中單片機需3.3V供電，攝像頭傳感器5V供電，舵機5.7V供電，編碼器5V供電，紅外對管5V供電，藍牙5V供電，直流電機可以直接用7.2V供電。考慮到需供電的各個模塊所需電壓不一樣，先由電池7.2V經LM2940轉換到5V，為攝像頭及紅外對管供電，再由這5V經AMS117轉到3.3V給單片機供電。由于編碼器要求供電穩定，故由電池7.2V經LM2940轉到5V單獨為編碼器供電。舵機要求供電6V，所以采用AS1015使電池輸入7.2V轉為4V到6.5V可調的電源給舵機供電。電源模塊電路圖如圖2所示。

圖2 電源模塊電路圖

2.3 電機驅動電路設計

采用BTS7960半橋驅動芯片驅動電機，通過單片機控制輸出PWM波的占空比來控制半橋的開斷以達到控制電機轉速的目的。單片機輸出的4路PWM波經過74HC541緩存成為峰值為5V的PWM波來驅動BTS7960控制其開斷從而控制不同的BTS7960芯片。2個芯片控制一個電機，從而控制2個電機。驅動電路如圖3所示。

3 系統軟件設計

3.1 系統程序框圖

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采集回來的圖像進行濾波。由于使用的攝像頭是硬件二值化，故不用對采集回來的圖像再次進行二值化，提高了圖像處理的速率。對目標進行特征提取，因為目標發出特定波長的紅外線，故在攝像頭上加特定波長的濾光片即可將目標特征采集回來，遍歷每行像素點時，如果發現黑像素點的下一個像素點是白色，那么即認為這個跳變點是目標的邊界，如此遍歷整個二值化圖像的像素點，提取目標的邊界并計算出目標中線所在的列數作為舵機的設定值。

3.3 舵機控制

舵機是控制小車系統運動方向的執行機構。此系統用PID算法閉環控制舵機追蹤目標。考慮到此控制系統具有較大的慣性，故在控制算法上選用PD調節器對系統進行控制，微分控制會對系統進行超前控制，一旦系統有較大的偏差那么系統輸出就會立刻變大，從而克服了系統的慣性作用。模擬系統PD調節器的公式如公式（1）所示。

式中，P（t）-調節器的輸出信號（此系統的輸出PWM占空比）;e（t）-調節器的偏差信號（此系統的采集圖像的目標中值和攝像頭中線的偏差）;Kp-調節器的比例系數;Td-調節器的微分時間。

經過離散后的公式如（2）所示。

經過實地調試選擇合適比例系數和微分系數，只要在系統追蹤目標的時候不發生抖動，并且當目標突然變換時，系統最終能夠收斂，那么參數即選定完畢。

3.4 電機控制

此系統對電機控制采用開環控制，直接對電機驅動輸入PWM脈沖，改變脈沖占空比，改變電機的速度，此系統用撥碼開關設定高速，中速，低速三個速度擋位，從而適應不同的環境和要求。

3.5 人機交互設計

此系統用OLED和按鍵作為人機交互界面，內置菜單設置系統相關參數以及顯示圖像的功能，方便使用者進行調試。人機界面如5所示。

4 結束語

本文設計一種基于KL26的圖像目標定位系統，從硬件和軟件方面完概述系統設計。綜上，此系統定位可靠準確，可以實現基于圖像的自動定位追蹤目標的功能。

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