基于数字摄像头的智能车控制系统研究

林 沣,陈 广

(广西机电职业技术学院,广西 南宁 530001)

0 引言

当今社会,人们对汽车的需求已经从满足出行的基础需求变成了优化驾驶体验的高级需求,因此,为了满足人们对汽车的新需求,我国汽车领域研发了全新的智能车系列。智能车指其所应用的技术呈现出智能化、自动化的特性,能够在驾驶过程中优化驾驶者的驾驶体验,实现人工智能、数字化技术、传感器技术与汽车的深度融合,实现真正意义上的智能化汽车控制系统。从目前的发展情况来看,数字摄像头在智能车控制系统中占据着重要的地位,其决定了智能车控制系统的最终性能。本文基于此展开研究,探析数字摄像头在智能车控制系统中的应用。

1 智能车与智能车导航系统

智能车是随着社会变化而产生的全新概念性汽车,该类型汽车是基于计算机技术、通信技术、智能技术和自动化控制技术等全新技术而生产的。因此,该汽车在驾驶过程中能够实现自动规划以及对环境的感知。该类型汽车在我国应用的时间较短,但是在各大高等院校与企业展开合作后,生产出一系列的大学生智能汽车设计成果[1]。

2007年,美国某教育机构与某知名企业共同研发的成品在第三届智能汽车比赛上大放光彩,该汽车能够利用汽车上方设置的激光器和摄像头实现对周围路况的360°监控,并将卫星导航作为汽车定位的关键性技术。导航系统是智能车的核心,导航系统分为行驶路线预设系统、路况监测系统和卫星系统[2]。

2 数字化摄像头OV7620

OV7620是目前广泛应用的一种数字化摄像头,该摄像头具备较高的分辨率,其中包含10位双通道A/D转换器、自动增益控制器等。其中10位双通道A/D转换器具备较高的稳定性,能够稳定输出8位的数据,而自动增益控制器则能够实现对饱和度、亮度、Y校正等数据的控制,并且通过其内置的时序电路输出场同步、行同步等信号,应用在动态图像采集系统中较为匹配[3]。

3 基于数字摄像头智能车控制系统的硬件设计

本设计是以STM32F103单片机作为核心控制系统,并通过数字摄像头、超声波传感器、功率驱动器、舵机、无线监控等实现整体的硬件部分设计,而内部主控制器的内核是ARM32位的Cortex-M3,其工作参数如下:

(1)工作频率上限为72 MHz。

(2)等待周期上限为1.25 DMips/MHZ。

3.1 驱动电路

该部分的设计考虑到当今电子技术的成熟,因此以直流无刷电机作为本次应用的驱动核心,该硬件不仅具备物美价廉的优势,同时结构较为简单且性能较为稳定,该硬件的参数也符合本次设计的需求,具体如下:

(1)耐压值上限为75 V。

(2)流通电流上限为110 A。

此外,本次设计还选择了型号为IRF3205的三相逆变桥电路,如图1所示。

图1 驱动电路

3.2 电流检测电路

本设计中的电流检测电路如图2所示,该电路不仅负责检测电流,同时还能在工作的时候将电阻转化为电压,进而经过放大电路放大通过的电压信号,并输入单片机,以此支持单片机完成AD采样工作。最终所输出的电流为反馈信号,经过单片机之后能够形成对电路整体的电流保护[4]。

图2 电流检测电路

4 基于数字摄像头智能车控制系统的软件设计

4.1 图像采集

正如前文所述,OV7620摄像头是本次设计中至关重要的一环,在智能车控制系统日常工作期间,该摄像头会通过隔行扫描对图像数据进行采样,当完成扫描数据之后,图像传感器内部的程序会将图像灰度值数据通过转换的方式转变为电压,并通过相关的电路输出电压值。在图像采集期间,视频信号端会输出低电平,并维持很久。该低电平在电路输出阶段代表了线路同步脉冲,是展开扫描换行工作必不可缺的信号。在循环完成扫描之后,会将场同步信号输入垂直消隐区域,最终会将大量的信号储存在消隐脉冲信号中,最终形成一个场同步信号,该信号是在扫描场期间形成的新信号,该信号代表扫描图像数据期间,将不同帧数的信号分为奇数和偶数,扫描的周期固定为17.7 ms。因摄像头输出的信号为数字信号,因此行同步与场同步在扫描阶段就已经完成了内部分离并形成了各自的消隐区域[5]。

4.2 驱动电机双闭环控制

在本次软件设计中,为了确保电流与转矩之间的变化能够得到有效控制,因此选择将无刷直流电机作为驱动电机双闭环控制的核心,并通过该控制实现对PWM电压调节的有效控制。该部分在运行期间会生成一个动态模型,该模型能够反映出实时的变化和非线性,以此来检测转矩和速度脉冲。在一些特殊的状态下,电机也许会停止工作,而驱动电机双闭环控制则是在此期间控制电路的有效措施。系统会通过电流双闭环控制实现对电动机输出转矩的有效控制,优化电动机在运行期间的响应速度[6]。

5 结语

文章通过设计一款基于数字摄像头的智能车控制系统,深入探析数字摄像头在智能车控制系统中的具体应用情况。通过研究内容能够得出结论,数字摄像头在智能车控制系统中起到了图像采集和处理的重大作用。若是缺少数字摄像头则无法设计本次的智能车控制系统,该系统的软件部分由图像采集和图像处理构成,硬件部分则是由驱动电路和电流检测电路构成。笔者通过测试后得出结论,该控制系统具备稳定的性能,具有广阔的发展前景。