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基于CCD传感器的智能寻迹模型车的研究与实现
董长远
长安大学汽车学院车辆工程系，西安(710064)
E-mail：[e-mail]
摘要:研究并实现了一种基于CCD传感器的智能寻迹模型车系统。采用飞思卡尔公司
HCS12系列16位单片机MC9SDG128作为核心控制单元，使用CCD摄像头采集路面信息。
赛车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。
关键词:智能车；CCD传感器；路径识别；捷径

1引言
车辆和我们的社会生活息息相关，然而当今车辆的智能化发展还不是很迅速，特别是在
安全性，智能性，车与路之间交互信息等方面．当今的车辆技术与未来的智能车辆技术还存
在着巨大的差距。几天的汽车工程师正面临着巨大的挑战，需要在新旧技术之间建立一座桥
梁，通过应用先进的电子技术，信息技术，电子通信技术推动车辆技术的进步。
智能车辆是当今车辆工程领域研究的前沿，它体现了车辆工程、人工智能、自动控制、
计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。本文所述的智能寻
迹模型车系统基于FreescaleHCS12单片机开发与实现，系统采用CCD摄像头识别道路中央
黑色的引导线，自动控制小车前进和转向，从而实现快速稳定的寻线行驶。为保证智能车在
行驶过程具有良好的操稳性和平顺性，控制系统对转向舵机控制和直流电机驱动控制提出了
较为理想的解决方案。为了在比赛中取得良好的成绩，我们更加关注此智能车对弯直道的判
断，从而实现安全过弯，快速通过直道。

2硬件系统的设计与实现

智能寻迹模型车（以下简称智能车）的硬件部分以Freescale公司16位单片机
MC9SDG128为核心控制器，由电源管理模块、路径识别模块、转向控制模块、电机驱动模
块和车速检测模块组成。智能车控制系统总体结构如图1所示：

图1智能车控制系统总体结构

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2.1核心控制单元

智能车的控制核心为MC9SDG128。其主要特点是资源丰富，功能高度集成，易于扩展，
并且支持C语言编程，有利于系统开发和调试。在智能车系统设计中，单片机的I/O资源分
配如下：PAD0作为CCD模拟视频信号输入端；PT0检测视频行同步信号，PS2检测视频奇
偶信号；PACN0用于车速反馈的输入口；PWM01用于伺服舵机的PWM控制信号输出；
PWM23和PWM45分别用于驱动电机正反向PWM控制信号的输出[1]。

2.2电源管理模块

智能车主电源由7.2V/2000mAhNi-cd充电电池提供。为避免电机和舵机等器件对系统
产生干扰，各功能模块均采用单独供电。具体实现方案如图2所示：

图2电源管理分配图

z采用低压差稳压芯片LM1084S-50将电源电压稳压至5V，供给单片机和车速检测模块，
如图3。

图35V稳压电路

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z将电源电压7.2V直接供给驱动电机；对于转向控制模块，为提高舵机的响应速度，采
用提升舵机供电电压的方法，通过串联二极管将电源电压降至6.5V左右来给舵机供电。
z采用DC-DC变换器MC34063将电源电压升压至24V用于电机驱动模块MOSFET管驱
动，同时再利用LM7812将MC34063的输出电压降至12V用于CCD摄像头供电，如
图4。

图424V升压电路

2.3路径识别模块

路径识别模块采用320线黑白CCD摄像头作为赛道黑线的检测元件。利用摄像头采集
道路图像信息，然后将其送入单片机的A/D端口，由于黑色引导线和白色道路的图像灰度
值存在较大差异，因此通过设置合理阈值对采集图像进行二值化处理，就能够有效的分辨出
黑线位置。对视频信号中行同步以及场同步脉冲的分离和提取采用了LM1881视频同步分离
芯片，其应用电路如图5所示：

图5LM1881视频同步分离电路图

摄像头的输出视频信号分为两路：一路送入MC9SDG128单片机的AD端口PAD0进行
A/D转换；另一路通过图5中引脚2送入LM1881进行视频分离；分离出的行同步信号（引

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脚1）接入MC9SDG128的PH0口；由于PH0口自带中断功能，因此不需要使用等待查询
的方式来检测行同步信号，从而节省了CPU资源；此外，通过单片机的PS2口来检测LM1881
输出的奇-偶场同步信号，当该信号发生跳变时就能够准确得判断图像换场，方便图像的处
理。

2.4转向控制模块

智能车系统采用Futuba公司的S3010型舵机完成转向控制。舵机属于位置伺服电机，
如