基于圖像傳感器的智能小車的系統設計與實現

陳小龍

(重慶工商職業學院 重慶 401520)

本設計是以UP-InnoSTAR創意之星機器人套件為車架，MultiFLEX2-PXA270控制器為控制核心，采用數字攝像頭OV7620為圖像采樣模塊。通過獲取競賽賽道中線的圖像信息，將采集出來的數據通過算法處理，識別當前道路狀況（彎道或者跑出軌道之外），從而算出智能小車與黑線之間位置偏差，然后采用PID算法方式實現對舵機轉向的控制，以實現速度的閉環控制。不僅如此，智能小車還將通過相關算法分析預判前方道路環境，并根據不同路況為智能小車分配不同的行駛速度，以保證智能小車的最佳通過性與安全性。

一、總體架構

（一）設計思路與工作原理

圖像傳感器是一種模擬傳感器，利用光電器件的光電轉換功能將感光面上的光像轉換為與光像成相應比例關系的電信號，是一種將光學圖像轉換成電子信號的設備。本文的設計原理主要通過添加圖像傳感器，使智能小車能夠通過攝像頭拍照獲取當前圖片的最新信息，通過算法對圖片中的中線（黑線）進行提取、舵機轉向控制、速度控制從而感知預設軌道路線，并能在無感知的時間內作出迅速判斷和相應的執行動作，從而實現在沿大賽預設路線行進的功能，完成規定的賽道任務。

（二）主流程圖

小車進入循線模式后，即開始不停地返回軌跡與邊緣線的灰度值，一旦檢測到某個灰度值超出預設值范圍，就執行相應的判斷程序，把相應的信號發送給控制器，從而糾正小車的狀態。程序的主流程圖如圖1，系統算法處理流程圖如圖2所示。

圖1 主流程圖

圖2 系統算法處理流程圖

（三）程序設計

程序設計主要功能是檢測當前圖像的最新軌跡信息，是否有超出預定的軌道。當圖像傳感器通過圖像處理感知到小車偏離軌跡時，若軌跡超出一定的閾值，則調整舵機轉向進行方向的重新定位，舵機的左輪進行左向偏轉，否則進行右向偏轉。以下是舵機發生偏轉后驅動偏轉后的部分代碼，代碼如下：

二、運行及測試

程序代碼編寫完成之后，利用網線連接上位機與MultiFLEXTM2-PXA270控制器，通過FTP將可執行程序下載到控制器中，用戶計算機將控制控制器，復位后開始運行。

從運行情況來看，本系統能實現以下功能：在行駛過程中，小車能夠自動檢測預先設好的軌跡，實現沿預設軌跡的前進。若有偏離，能夠自動糾正，返回到預設軌跡上。

同時，在運行過程中發現，智能小車循線的效果有時不是很好。這可能是由以下原因引起的：

圖像傳感器的工作原理，是利用光電器件的光電轉換功能將感光面上的光像轉換為與光像成相應比例關系的電信號。在固定攝像頭時有一定的偏差造成的。

外界光線的強弱對檢測效果的影響非常大，在實驗檢測過程中要注意避免外界光的干擾。

檢測面的材質不同也會引起其返回值的差異。

三、結束語

智能小車是移動機器人的一個重要發展方向，目前還處于實驗階段，它在多種行為沖突問題的解決上尚存缺陷。例如：基于圖像傳感器的智能小車識別精度高，但易受環境光線影響，識別速度慢，運行不穩定；基于紅外接近傳感器的智能小車不能完成對障礙物的全面信息采集，不能保證避障路徑最短，效率不高。因此，該設計在以后的學習研究中還有待改進。