图3.1 单片机电源和电机电源分离

3.2.2 单片机供电电路

单片机电源模块我们选用TPS76850QD和LT1117芯片，输入电压用电池电压通过TPS76850QD先稳到5V再通过LT1117稳压到3.3V，最后给单片机供电。

其典型应用电路图如图

图3.2 单片机电源电路

3.2.3 摄像头供电电路

CMOS的工作电压为5V，所以单独采用一块TPS76850QD给CMOS供电。

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图3.3 CMOS电源电路

3.3 传感器模块

3.3.1 摄像头的选择

目前市面上常见的摄像头主要有CCD和CMOS两种：CCD摄像头具有对比度高、动态特性好的优点，但需要工作在12V电压下，对于整个系统来说过于耗电，且图像稳定性不高；CMOS摄像头体积小，耗电量小，图像稳定性较高。因此，经过实验论证之后我们决定采用CMOS摄像头。

对于CMOS摄像头分为数字和模拟两种。其中数字摄像头OV7620可以直接输出8路数字图像信号，使主板硬件电路的简化成为可能，且能够达到60帧S的帧速率，只需要对其内部寄存器进行适当设置，因此，最终我们选择了CMOS数字图像传感器的方案。

3.2.2编码器测速模块

光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器, 这也是目前应用最多的测速传感器之一。其获取信息准确、精度高、应用简单。

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采用增量式1024线光电编码器，其供电电压为5V，输出为小幅值的正弦信号。为了将此信号放大整形，设计了信号调理电路，其基本原理是使用一个运放做成比较器电路，调节参考电压，使输出变为05V的方波信号，送入单片机进行运算。

3.4 主控模块

MCU最小系统包括滤波电路，晶振模块，主控芯片为MK60DN512ZLV10。 K60，32位微控制器系列针对一系列成本敏感型汽车车身电子应用进行了优化。K60产品满足了用户对设计灵活性和平台兼容性的需求，并在一系列汽车电子平台上实现了可升级性、硬件和软件可重用性、以及兼容性。

紧凑的封装使得这些器件适于空间受限应用，如小型执行器、传感器模块和转向柱集成模块。

3.5 电机驱动模块

驱动单元是控制系统的重要组成部分，驱动电路经过改进，最终选取BTN7971B作为驱动芯片，其电路结构简单，负载能力强，为赛车的加速和制动性能以及上限速度得到了很大程度的提高。电路如图3.4 所示。

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图3.4 H桥控制电路

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第四章 软件设计

系统硬件位于底层，是整个系统的基础，系统软件结构则根据硬件和控制需求来制定。系统的基本软件流程为：首先，对各功能模块和控制参数进行初始化。然后，通过图像采集模块获取前方赛道的图像数据，同时通过速度传感器模块获取赛车的速度。根据采集到的赛道信息，采用PD 对舵机进行反馈控制。另外根据检测到的速度，结合速度控制策略，对赛车速度不断进行适当调整，使赛车在符合比赛规则的前提下，沿赛道快速行驶。

4.1 黑线的提取和图像中心的计算

4.1.1原始图像的特点及校正

在单片机采集图像信号后需要对其进行处理以提取主要的赛道信息，同时，由于起点线的存在，光线、杂点、赛道连接处以及赛道外杂物的干扰，图像效果会大打折扣。因此，在软件上必须排除干扰因素，对赛道进行有效识别，并提供尽可能多的赛道信息供决策使用。

因为CMOS图像传感器所扫描到的图像是一幅发射式的图像，产生了严重的畸变，如果不进行校正，那么扫描到的数据的正确性将无法保证，那么对于道路形状的判定将会不准确，造成赛车判断失误，走的不是最优路径，严重时甚至冲出轨道。因此，在进行赛车方向控制时，进行坐标的校正显得至关重要。下面对坐标校正的方法进行具体的介绍。

由于CMOS图像传感器所扫描到的图像总是向外扩张，扫描到的图像并非为一个标准的长方形，在不考虑纵向畸变的情况下可以近似认为是一个梯形[7]，严重影响到了数据采集的准确性，所以我们必须对扫描到的数据进行校正。我们根据实验发现，越是靠近CMOS图像传感器的地方，扫描到的范围就越窄，离CMOS图像传感器距离较远的地方，扫描到的范围就越宽，因此，在相同的情况下，如果CMOS图像传感器在最近处和最远处采集到黑线的数字信号距离中心位置均是30的话，事实上最远处偏离中心位置的距离可能比最近处偏离中心位置的距离大很多。按照赛车的安装方法，在扫描到的数字量相同的情况下，在第40行处偏离中心位置的距离超过了第0行偏离中心位置的4倍还要多，故必须进行校

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