【導讀】機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，速度都被當做是出奇制勝的關鍵。本文提出了一種智能視覺尋線機器人的導航系統(tǒng)設計，以單片機為核心，利用低分辨率攝像頭代替光電傳感器的機器人高速尋線行走設計方案。
核心控制器設計
為了實現(xiàn)視頻采集，考慮綜合性價比、設備安裝等因素，核心控制器選用16位高性能單片機——MC9S12DG128（以下簡稱 S12）。它的指令處理時鐘可以達到38MHz，其A/D轉換器的工作時鐘可以達到16MHz，用于采集視頻。同時它擁有8路PWM通道，控制舵機和直流 電機完成轉向和速度控制；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試；多達64 個IO（通過IO復用方式）足夠用于狀態(tài)顯示及參數(shù)設置。另外，其擁有128k的flash存儲空間，無需進行存儲器擴展，在片內(nèi)就可以實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)存儲 和調用。如圖2所示，整個系統(tǒng)采用一塊單片機，無需添加其他控制器、存儲器，成為真正的“單片”系統(tǒng)。
視頻采集模塊
由于單片機A/D速度限制，需要選用低分辨率的黑白攝像頭。因為低分辨率意味著視頻單行掃描時間的增加，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，采集存儲視頻數(shù)據(jù)。
圖1
RS-380SH直流電機作為主驅動電機，通過PWM信號控制。選用MC33886全橋驅動芯片，通過兩路半橋實現(xiàn)電機正反 轉。這里的電機反轉并不為實現(xiàn)倒車，而主要用于車體減速。在進行電機正反轉切換時，電機驅動電流會隨著負載增大而瞬間放大，因此需要增大穩(wěn)壓能力，保證系 統(tǒng)正常工作電壓，避免單片機自動重啟。在整個系統(tǒng)中，有多種電壓需求，單片機和舵機為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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