基于數(shù)字?jǐn)z像頭的智能車控制系統(tǒng)研究

林 灃,陳 廣

(廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530001)

0 引言

當(dāng)今社會,人們對汽車的需求已經(jīng)從滿足出行的基礎(chǔ)需求變成了優(yōu)化駕駛體驗的高級需求,因此,為了滿足人們對汽車的新需求,我國汽車領(lǐng)域研發(fā)了全新的智能車系列。智能車指其所應(yīng)用的技術(shù)呈現(xiàn)出智能化、自動化的特性,能夠在駕駛過程中優(yōu)化駕駛者的駕駛體驗,實現(xiàn)人工智能、數(shù)字化技術(shù)、傳感器技術(shù)與汽車的深度融合,實現(xiàn)真正意義上的智能化汽車控制系統(tǒng)。從目前的發(fā)展情況來看,數(shù)字?jǐn)z像頭在智能車控制系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位,其決定了智能車控制系統(tǒng)的最終性能。本文基于此展開研究,探析數(shù)字?jǐn)z像頭在智能車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 智能車與智能車導(dǎo)航系統(tǒng)

智能車是隨著社會變化而產(chǎn)生的全新概念性汽車,該類型汽車是基于計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)和自動化控制技術(shù)等全新技術(shù)而生產(chǎn)的。因此,該汽車在駕駛過程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動規(guī)劃以及對環(huán)境的感知。該類型汽車在我國應(yīng)用的時間較短,但是在各大高等院校與企業(yè)展開合作后,生產(chǎn)出一系列的大學(xué)生智能汽車設(shè)計成果[1]。

2007年,美國某教育機(jī)構(gòu)與某知名企業(yè)共同研發(fā)的成品在第三屆智能汽車比賽上大放光彩,該汽車能夠利用汽車上方設(shè)置的激光器和攝像頭實現(xiàn)對周圍路況的360°監(jiān)控,并將衛(wèi)星導(dǎo)航作為汽車定位的關(guān)鍵性技術(shù)。導(dǎo)航系統(tǒng)是智能車的核心,導(dǎo)航系統(tǒng)分為行駛路線預(yù)設(shè)系統(tǒng)、路況監(jiān)測系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)[2]。

2 數(shù)字化攝像頭OV7620

OV7620是目前廣泛應(yīng)用的一種數(shù)字化攝像頭,該攝像頭具備較高的分辨率,其中包含10位雙通道A/D轉(zhuǎn)換器、自動增益控制器等。其中10位雙通道A/D轉(zhuǎn)換器具備較高的穩(wěn)定性,能夠穩(wěn)定輸出8位的數(shù)據(jù),而自動增益控制器則能夠?qū)崿F(xiàn)對飽和度、亮度、Y校正等數(shù)據(jù)的控制,并且通過其內(nèi)置的時序電路輸出場同步、行同步等信號,應(yīng)用在動態(tài)圖像采集系統(tǒng)中較為匹配[3]。

3 基于數(shù)字?jǐn)z像頭智能車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本設(shè)計是以STM32F103單片機(jī)作為核心控制系統(tǒng),并通過數(shù)字?jǐn)z像頭、超聲波傳感器、功率驅(qū)動器、舵機(jī)、無線監(jiān)控等實現(xiàn)整體的硬件部分設(shè)計,而內(nèi)部主控制器的內(nèi)核是ARM32位的Cortex-M3,其工作參數(shù)如下:

(1)工作頻率上限為72 MHz。

(2)等待周期上限為1.25 DMips/MHZ。

3.1 驅(qū)動電路

該部分的設(shè)計考慮到當(dāng)今電子技術(shù)的成熟,因此以直流無刷電機(jī)作為本次應(yīng)用的驅(qū)動核心,該硬件不僅具備物美價廉的優(yōu)勢,同時結(jié)構(gòu)較為簡單且性能較為穩(wěn)定,該硬件的參數(shù)也符合本次設(shè)計的需求,具體如下:

(1)耐壓值上限為75 V。

(2)流通電流上限為110 A。

此外,本次設(shè)計還選擇了型號為IRF3205的三相逆變橋電路,如圖1所示。

圖1 驅(qū)動電路

3.2 電流檢測電路

本設(shè)計中的電流檢測電路如圖2所示,該電路不僅負(fù)責(zé)檢測電流,同時還能在工作的時候?qū)㈦娮柁D(zhuǎn)化為電壓,進(jìn)而經(jīng)過放大電路放大通過的電壓信號,并輸入單片機(jī),以此支持單片機(jī)完成AD采樣工作。最終所輸出的電流為反饋信號,經(jīng)過單片機(jī)之后能夠形成對電路整體的電流保護(hù)[4]。

圖2 電流檢測電路

4 基于數(shù)字?jǐn)z像頭智能車控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.1 圖像采集

正如前文所述,OV7620攝像頭是本次設(shè)計中至關(guān)重要的一環(huán),在智能車控制系統(tǒng)日常工作期間,該攝像頭會通過隔行掃描對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,當(dāng)完成掃描數(shù)據(jù)之后,圖像傳感器內(nèi)部的程序會將圖像灰度值數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換的方式轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?并通過相關(guān)的電路輸出電壓值。在圖像采集期間,視頻信號端會輸出低電平,并維持很久。該低電平在電路輸出階段代表了線路同步脈沖,是展開掃描換行工作必不可缺的信號。在循環(huán)完成掃描之后,會將場同步信號輸入垂直消隱區(qū)域,最終會將大量的信號儲存在消隱脈沖信號中,最終形成一個場同步信號,該信號是在掃描場期間形成的新信號,該信號代表掃描圖像數(shù)據(jù)期間,將不同幀數(shù)的信號分為奇數(shù)和偶數(shù),掃描的周期固定為17.7 ms。因攝像頭輸出的信號為數(shù)字信號,因此行同步與場同步在掃描階段就已經(jīng)完成了內(nèi)部分離并形成了各自的消隱區(qū)域[5]。

4.2 驅(qū)動電機(jī)雙閉環(huán)控制

在本次軟件設(shè)計中,為了確保電流與轉(zhuǎn)矩之間的變化能夠得到有效控制,因此選擇將無刷直流電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)雙閉環(huán)控制的核心,并通過該控制實現(xiàn)對PWM電壓調(diào)節(jié)的有效控制。該部分在運行期間會生成一個動態(tài)模型,該模型能夠反映出實時的變化和非線性,以此來檢測轉(zhuǎn)矩和速度脈沖。在一些特殊的狀態(tài)下,電機(jī)也許會停止工作,而驅(qū)動電機(jī)雙閉環(huán)控制則是在此期間控制電路的有效措施。系統(tǒng)會通過電流雙閉環(huán)控制實現(xiàn)對電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的有效控制,優(yōu)化電動機(jī)在運行期間的響應(yīng)速度[6]。

5 結(jié)語

文章通過設(shè)計一款基于數(shù)字?jǐn)z像頭的智能車控制系統(tǒng),深入探析數(shù)字?jǐn)z像頭在智能車控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用情況。通過研究內(nèi)容能夠得出結(jié)論,數(shù)字?jǐn)z像頭在智能車控制系統(tǒng)中起到了圖像采集和處理的重大作用。若是缺少數(shù)字?jǐn)z像頭則無法設(shè)計本次的智能車控制系統(tǒng),該系統(tǒng)的軟件部分由圖像采集和圖像處理構(gòu)成,硬件部分則是由驅(qū)動電路和電流檢測電路構(gòu)成。筆者通過測試后得出結(jié)論,該控制系統(tǒng)具備穩(wěn)定的性能,具有廣闊的發(fā)展前景。