核心控制器设计

为了实现视频采集，考虑综合性价比、设备安装等因素，核心控制器选用Freescale公司的16位高性能单片机——MC9S12DG128（以下简称S12）。它的指令处理时钟可以达到38MHz，其A/D转换器的工作时钟可以达到16MHz，用于采集视频。同时它拥有8路PWM通道，控制舵机和直流电机完成转向和速度控制;8路捕捉/比较通道获取作为速度传感器的编码器脉冲信号;串行通信接口用于无线调试;多达64 个IO（通过IO复用方式）足够用于状态显示及参数设置。另外，其拥有128k的flash存储空间，无需进行存储器扩展，在片内就可以实现视频数据存储和调用。如图2所示，整个系统采用一块单片机，无需添加其他控制器、存储器，成为真正的“单片”系统。

视频采集模块

由于单片机A/D速度限制，需要选用低分辨率的黑白摄像头。因为低分辨率意味着视频单行扫描时间的增加，而黑白摄像头意味着只需要单路A/D就可以完成视频采集工作。选择了Omvision生产的ov5116芯片为内核的CMOS黑白摄像头，分辨率为320×240，图像刷新频率50Hz。同时选用LM1881视频同步信号分离芯片提取视频信号中的行同步和场同步信号，连入s12的脉冲捕捉通道。通过捕捉信号触发AD模块工作，采集存储视频数据。

图3 视频采集电路原理图

电机控制及电源

RS-380SH直流电机作为主驱动电机，通过PWM信号控制。选用Freescale公司的MC33886全桥驱动芯片，通过两路半桥实现电机正反转。这里的电机反转并不为实现倒车，而主要用于车体减速。在进行电机正反转切换时，电机驱动电流会随着负载增大而瞬间放大，因此需要增大稳压能力，保证系统正常工作电压，避免单片机自动重启。在整个系统中，有多种电压需求，单片机和舵机为5V供电;CMOS摄像头为 6～9V。因此，为了方便开发，这里选用最常用的7.2V充电电池组。只需在系统内加入5V稳压芯片，提供5V电压。

本文设计了一个基于视觉的以高速寻线为目的的行走机器人系统。系统采用一块高性能单片机，完成了从视频采集到视频处理，最终实现速度和转向控制的一套寻线行走功能。系统轻便灵巧，无需存储器扩展和其他可编程器件配合，搭建费用低。该方案在参加第一届全国大学生智能车大赛中，系统运行平稳，取得了非常优异的成绩。