智能循迹小车硬件设计及路径识别算法
本文主要对车模整体设计思路、硬件与软件设计及车模的装配调试过程作简要的说明。
1 整体设计
系统按照功能划分为：电源模块、单片机控制系统模块、运行调试模块、路径识别模块、直流电机驱动模块、舵机转向模块、速度测量模块等。图1是小车系统硬件模块图。本文重点介绍路径识别模块、直流电机驱动模块、舵机转向模块、速度测量模块。
1．1 路径识别模块
路面信息检测模块要能够实现检测路径参数。将面阵CMOS用于赛道参数检测的方案，充分利用S12单片机内部硬件资源ATD模块，直接采集CMOS输出的模拟信号，可以获得满足参数检测需要的图像，计算出赛道参数，进而完成路面信息检测。检测路径传感器采用CMOS图像传感器。普通CMOS传感器图像分辨率都在300线之上，远大于光电管阵列。
通过镜头，可以将车模前方很远的道路图像映射到CMOS器件中，从而得到车模前方很大范围内的道路信息。对图像中的道路参数进行检测，不仅可以识别道路的中心位置，同时还可以获得道路的方向、曲率等信息。利用CMOS器件，通过图像信息处理的方式得到道路信息，可以有效控制车模运动，提高路径跟踪精度和车模运行速度。
1．2 直流电机驱动模块
为了利用单片机实现对主电机的控制，使用Motorola公司的H桥芯片MC33886。该芯片的供电电压在5～40V之间，MOSFET管的导通电阻为120 mΩ，控制信号的输入兼容TTL／CMOS电平，PWM的最高频率可达10 kHz，同时具有短路保护功能和故障信号的输出。
MC33886的应用示意图如图2所示。图中，V+是为直流电机供电的电源。IN1和IN2两个逻辑电平输入端分别控制输出端OUT1和OUT2。当IN1输入高电平时,OUT1输出也为高电平——即通过H桥与V+导通；当IN1输入低电平时，OUT1输出也为低电平——即通过H桥与GND导通。IN2和UT2的关系与此相同。FS为故障信号开漏极输出，低电平有效。当D1是高电平或者D2是低电平时，同时禁用OUT1和OUT2的输出，使OUT1和OUT2同时变为高阻态。通过控制IN1和IN2的电平，即可控制电机正转、反转、停转。
主电机驱动电路采用大赛组委会指定的竞赛用电池直接为MC33886及主电机供电。MC33886的所有输入、输出信号均采用TLP521-4光电耦合芯片隔离，以避免驱动电路对单片机的正常工作造成干扰。为了保证MC33886散热良好，该电路板上依据MC33886数据手册的推荐样式设计了散热敷铜并为MC33886安装了散热片。焊接、装配时，将电路板正面的敷铜与MC33886底部的裸露的散热铜焊盘焊接在一起，可大大增强芯片的散热能力。
1．3 舵机转向模块
