CMOS图像传感器在图像的采集方面有很多的应用,同时也要求能够适应较宽的光照条件,因此要在处理方式上采用非线性[2]。结果和CCD相机同样都会丧失了光电转换的线性关系,因此,它只能做灰度方面的测量。
(2)输出特性
CMOS的优势在于其输出特性,它能有效地输出图像的任何区域。(不是所有的CMOS传感器都含有,根据制造商而定)这一特征在跟踪和室内、室外照片的应用前景是非常好的,这是CCD传感器不可实现的。
(3)光谱响应
光谱响应是遭到半导体材料局限,同种硅材料的光谱响应基本一致,和CCD线性传感器的光谱响应是一致的。
(4)光敏单元的非均匀性
CMOS图像传感器的缺点是光敏单元的非均匀性,是因为它不像CCD传感器那样,在同一块芯片上具有相同的制造工艺,因此,CMOS的一致性比CCD差得多,但它有很多内部整合的单元,可以弥补这方面的缺陷。
1.3 OV7670芯片的性能特点与工作方式
OV7670是一个24引脚封装的芯片,30万像素的图像传感器。该模块具备体积非常小、工作电压极低等特点,能完成对摄像头传感器和影像处理器的全部功能;采用SCCB控制总线,可以实现的8位影像数据的传输;同时,最高可以达到40fps的数据,以便用户可以完全真实的传输图像数据。所有图像处理功能如白饱和度,平衡度及色度等,都能通过对I2C总线的控制并且通过SCCB的方式进行对其配置,能很好的输出4:2:2的格式数据[3]。
OV7670模块带有频率为24MHZ的有源晶振,带480KB 空间大小的FIFO AL423B,所以很适合工作缓慢的MCU处理器直接通过输入/输出来采集图象的信息,镜头为全玻璃镜头,镜头焦距为3.8mm,640nm。
2.控制模块方面的论证
采用常用的AT89C51单片机。相比之下,虽然51单片机应用很广泛而且很廉价,但是它的功能相对简单,其运算速度很慢,储存空间较小,51单片机通过模拟器实现了硬件和软件的调试,和其他控制模块相比,十分繁琐。
采用STM32系列的单片机。此款单片机采用了末尾连锁中断技术,中断处理是在完全在硬件基础上进行的,在平常应用中至多可减少12个时钟周期。它是一个32位的核处理器,其处理速度远远高于MSP430[4]。
采用ARM7处理器,但是ARM7底层驱动程序很复杂,在平时中应用的也不是很广泛。
其实三个方案都可以满足设计题目的要求。但小车实时改变要求比较高,即要求控制器的处理速度应尽量快。在性能方面,ARM处理器虽然优于其他两种方案,但其价格比较高。综合时间、价格、低功耗等因素,我们选择了第二项选择。
3.智能小车系统的硬件设计
3.1智能小车系统硬件设计的总体结构
本设计是用了市场上很常见的STM32处理器作为小车系统的大脑,采用CMOS摄像头作为传感器可以识别前方的路。尽人皆知,一个体系的硬件是一个体系可否稳定运行的重中之重,在设计智能小车硬件方面的总体架构时,该系统充分考虑了这方面的因素,使该系统能够良好的运转,使小车的行驶速度更快,性能更稳定。
3.2 STM32最小系统的设计
电机模块:4个直流电机;控制模块:一个Cortex-m3;车体选择:四轮圆形金属车身;摄像头模块:一个OV7670模块。