无锡科技职业学院·嵌入式系统工程专业 毕业设计（论文）
1.2系统软件
系统的软件流程图1.2
开始
舵机控制 图像处理 图像采集 初始化 电机控制 图1.2系统流程图
1.3方案简介
在本次比赛中，组委会提出了3种单片机可供选择MC9S12XS128，
MC9S12DG128和9S08AW60.我们选择了总线频率较高的MC9S12XS128作为主控芯片，并且自己制作了最小系统板。图像采集我们经过对比最终选择了CMOS的OV6620作为图像采集传感器。将图像采集来后，为了减小干扰首先我们对整幅进行了二值化，然后利用跟踪边缘的算法对黑线进行提取。最终使得黑线的变化更加平稳。提取出黑线后，我们采用了模糊控制与PD控制相结合的方式对舵机进行控制，让小S直接冲过去，大S尽量内切，最大难度的发卡弯沿线通过。
在硬件方面，我们为了使电路更加简化，自己制作了最小系统板，使得单片机，电源，电机驱动等模块集中到了一块最小的系统板上。
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第2章硬件电路的设计与实现
硬件电路主要包括：电源模块，驱动模块与调试模块。电源模块主要包括单片机电源，编码器电源，摄像头电源，舵机电源等等。驱动模块主要包括电机驱动和舵机驱动。调试模块主要包括BDM下载和串口的设计。
2.1最小系统板设计
我们采用了MC9S12XS128芯片作为主控芯片，参考了组委会提供的系统板的原理图，自行设计了最小系统板和外围器件的电路，同时为了尽可能的减小板子的质量与大小，我们没有将串口设计到最小系统板上，而是另外做了一块USB转串口的电路板。原理图如图2.1和2.2
图2.1最小系统板原理图
引脚功能介绍： PORTB： LED状态指示 PORTM： 摄像头数据采集口 PORTK： 模式选择口 PP1： 舵机控制 PP2： 电机控制口
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PP3： 电机控制口 TXDO： 串口通讯 RXDO： 串口通讯
2.2电源模块
为了保证各个部件的正常工作，电源的供给是十分主要的，需要对配发的标准车模用蓄电池进行电压调节。单片机系统，摄像头，车速传感器电路等各个电路的工作电压不同，需要想办法来使得电压满足各自的要求，一种办法是利用升压或降压的芯片来达到它们的要求，另一种方法是利用双电源供电的方法，来实现自己各模块的不同需求，由于电路的模块较多，该方案中需要升压或降压芯片，实际应用中，我们确定采用升压降压芯片等来实现对各个模块的供电需求，而且，再电路设计中，考虑到由于电机驱动所引起的电源不稳定，在电源输入端，各芯片电源引脚都加入滤波电路。
如图2.3所示电源模块的组成
7.2V电池 5V LM2940 6V LM2941 单片机 摄像头 编码器 舵机 图2.3电源模块的组成框图
2.2.1 5v电源
市场上常用的5V芯片有LM2940，LM7805，LM2575，LM2596其中LM2940和
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LM7805转换效率低（40%）输出波纹小，而且稳定，对于电源要求比较高的元件适合。LM2575和LM2596转换效率高（75%~80%）输出波纹大，可能会让单片机出现重启。所以我们选择前者而LM2940比LM7805压差小，而且更加稳定因此我们选择LM2940作为5V稳压芯片。原理图如图2.4所示
图2.4 5V稳压电路原理图
2.2.2 6V电源
舵机的响应速度与其电源电压有关。因此，为了获得更快的响应速度，舵机的供电采用其工作上限电压+6V，舵机的工作电压4-6V，因此为了稳定起见我们给舵机也做了稳压电路，期间的选择的是LM2941.原理图如图2.5
图2.5 舵机电源6V
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2.3数字摄像头OV6620
2.3.1 OV6620简介
（1）、OV6620需要稳定的5V电压供电，和系统板上的供电电源兼容。 （2）、NAL制，每秒25帧，一帧两场，那么每秒就有50场。意味着20MS就有一副图像产生。356x292pixels,理解为：有292行，一行有356个点。 （3）、视野和可视距离：这个和镜头的选择有关，据我测试，f=3.6MM时视野应该有25度左右，f越大视场越小。可视距离需要调节镜头焦距。经我测试可视距离可以看到十几米，毕竟像素值只有10万多，用单片机读可以看到3-4M的距离。这里解释一下为什么用单片机读会打折扣，因为线宽度只有2.5CM，太远了黑线会很细，采点之后就分辨不出是噪音还是有用信号了，在1米左右时，黑线宽度可用8个点表示。
（4）、内部有IIC可编程。可以调整摄像头的参数，比如最大灰度，对比度，暴光率控制等等。其本质是SCCB协议。
（5）、数据格式-YCrCb 4:2:2,GRB 4:2:2,RGB;电子曝光/增益/白平衡控制；内部自动图像增强，亮度，对比度，伽马，饱和度，锐度，加窗等。最重要的是不需AD，不需1881.当然玩一下他的模拟输出一可以，VTO管脚就可以当普通的模拟摄像头用。
2.3.2 OV6620 和普通摄像头的对比
模拟的优势比较明显：便宜，程序有现成的。缺点：消耗MCU资源，功耗大，
取点个数少，需要做12V的供电模块（最近有队伍说把摄像头上的5V稳压芯片取下来飞飞线就可以直接用5V供电），外围处理电路多，还要1881。 数字的优点就是避免了模拟的缺点。行场同步中断信号有现成的，而且消隐区也十分有规律。可以用示波器对比一下模拟的和数字的，数字的信号非常漂亮，非常稳定。这对于图像采集来说是十分有利的。
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