CN204539292U - 模拟视频信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了模拟视频信号采集系统，旨在克服现有智能车模型的单片机利用模拟摄像头识别道路时采集速率不够，无法准确有效利用模拟视频信号的问题，其包括可充电电池、单片机U1、稳压电路、直流电机、伺服舵机、驱动电路、模拟摄像头与视频信号处理电路。可充电电池和稳压电路与驱动电路线连接，稳压电路和模拟摄像头、视频信号处理电路与单片机U1线连接；模拟摄像头的视频信号线与视频信号处理电路的芯片U8的2引脚连接，芯片U8的3引脚与单片机U1的PTB0引脚连接；单片机U1的两路PWM依次接驱动电路的半桥驱动芯片U5与半桥驱动芯片U6的2引脚；伺服舵机的白色线接单片机U1的1路PWM；驱动电路与直流电机线连接。

Description

模拟视频信号采集系统

技术领域

本实用新型涉及一种属于传感技术以及自动化方面的采集装置，更确切地说，本实用新型涉及一种模拟视频信号采集系统。

背景技术

随着自动化信息技术的高速发展，智能汽车已成为当今热议的话题。智能汽车主要利用各种传感器进行信息采集并处理，从而实现智能行驶；通过自动控制技术的辅助，智能汽车将大大提高汽车安全性与舒适性。作为智能汽车的简化模型，智能车模型能够很好的模拟智能汽车信息采集处理，自动控制。

现有的智能汽车感知外界时，很大一部分信息都是通过摄像头采集而来。通过研究摄像头智能车模型能够很好的验证智能汽车对视频信号的采集处理。已有的基于摄像头的智能车模型对图像信息的采集主要在有模拟摄像头信号AD转换采集，数字摄像头IO口采集等。然而由于单片机AD采集速度有限，使用模拟摄像头无法采集到完整图像，导致采集不精确，智能车模型无法精确控制；而数字摄像头占有大量IO口，且数据量巨大，会给单片机采集处理带来很大负担，同样不利于智能车模型准确识别道路，达到自动控制。

目前模拟摄像头作为传感器具有信息量多，噪点少，识别率高，控制精确有效的优点。然而，问题是信息量多带来的缺点是处理复杂，采集周期长，从而导致识别频率下降。另外，模拟摄像头传感器在运用时一般通过模数转换的方法，这对模数转换频率有一定的要求，无法使用速度较低的单片机进行采集。

如果可以避开AD转换，只采集有效道路信息，这样便能够在不增加单片机负担的情况下，实现智能车模型精确有效的自动控制。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有智能车模型上单片机利用模拟摄像头识别道路时，采集速率不够，无法准确有效利用模拟视频信号的问题，提供了一种模拟视频信号采集系统。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：所述的模拟视频信号采集系统包括可充电电池、单片机U1、稳压电路、直流电机、伺服舵机、驱动电路、模拟摄像头与视频信号处理电路；

所述的稳压电路包括5V稳压电路、12V稳压电路与3.3V稳压电路；

所述的视频信号处理电路包括视频分离电路和硬件二值化电路；

可充电电池正极和5V稳压电路中的型号为LM2940的稳压芯片U2的1引脚电连接，可充电电池的负极与稳压电路中的型号为LM2940的稳压芯片U2的2引脚电连接；可充电电池正极和驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q1的2引脚及驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q3的2引脚连接；12V稳压电路中的12V电源输出端接模拟摄像头上的红色接线；5V稳压电路中的5V电源输出端与视频分离电路中的型号为LM1881的芯片U8的8引脚线连接；5V稳压电路中的5V电源输出端接硬件二值化电路中的型号为AD8032的芯片U7的8引脚；5V稳压电路的5V电源输出端接伺服舵机的红色接线；3.3V稳压电路的3.3V电源输出端与单片机U1的的VCC引脚连接；

所述的模拟摄像头上的黄色视频信号线VIDEO通过电容C5与视频分离电路中的型号为LM1881的芯片U8的2引脚线连接；模拟摄像头的黄色视频信号线VIDEO接入硬件二值化电路中的型号为AD8032的芯片U7的5引脚；硬件二值化电路中的型号为AD8032的芯片U7的1引脚分别接单片机U1的PTB2、PTB3的中断引脚；视频分离电路中的型号为LM1881的芯片U8的3引脚接单片机U1中的中断引脚即PTB0引脚；单片机U1中的两路PWM引脚依次接驱动电路中的型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的2引脚；驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q3的3引脚及驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q4的2引脚与直流电机的一端连接，驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q1的3引脚及驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q2的2引脚与直流电机的另一端连接；所述的伺服舵机上的白色接线接单片机U1上的1路PWM引脚。

技术方案中所述的12V稳压电路中的12V电源输出端接驱动电路中的型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的1引脚；3.3V稳压电路的3.3V电源输出端接硬件二值化电路中的电阻R13的另一端。

技术方案中所述的可充电电池与稳压电路电线连接是指：可充电电池正极接5V稳压电路中的型号为LM2940的稳压芯片U2的1引脚即Vin引脚，可充电电池负极接5V稳压电路中的型号为LM2940的稳压芯片U2的2引脚即GND引脚；可充电电池负极通过可变电阻R1与12V稳压电路中的型号为34063的稳压芯片U3的5引脚线连接；5V稳压电路中的型号为LM2940的稳压芯片U2的3引脚即Vout引脚与12V稳压电路中的型号为34063的稳压芯片U3的6引脚线连接；3.3V稳压电路中的型号为LM1117的稳压芯片U4的3引脚接5V稳压电路的5V电源输出端。

技术方案中所述的5V稳压电路还包括电解电容C20及电解电容C21；型号为LM2940的稳压芯片U2的1引脚即Vin引脚接电解电容C20的正极端，型号为LM2940的稳压芯片U2的3引脚即Vout引脚接电解电容C21的正极端，电解电容C20与电解电容C21的负极端接地，型号为LM2940的稳压芯片U2的2引脚即GND引脚接地。

技术方案中所述的12V稳压电路还包括电感L4、电阻R2、电阻R3、电阻RES4、电容C1、电解电容C2、电容C25；型号为34063的稳压芯片U3的1引脚与型号为34063的稳压芯片U3的7引脚通过一个电感L4连接,型号为34063的稳压芯片U3的8引脚与电阻R2的一端线连接，电阻R2另一端与型号为34063的稳压芯片U3的7引脚线连接；型号为34063的稳压芯片U3的6引脚连接电阻R3后与型号为34063的稳压芯片U3的7引脚线连接；型号为34063的稳压芯片U3的1引脚连接型号为IN4007的二极管D1的正极，型号为IN4007的二极管D1负极连接电阻RES4的一端，电阻RES4的另一端与型号为34063的稳压芯片U3的5引脚线连接；型号为IN4007的二极管的负极引出端即为12V电源端；型号为34063的稳压芯片U3的6引脚与地以及型号为IN4007的二极管的负极与地之间接入电容C1及电解电容C2；型号为34063的稳压芯片U3的2引脚与3引脚之间串接1个电容C25，同时型号为34063的稳压芯片U3的2引脚接地。

技术方案中所述的3V稳压电路还包括电解电容C22、电容C23与电容C24；型号为LM1117的稳压芯片U4的1引脚接地，型号为LM1117的稳压芯片U4的2引脚即为输出3.3V电源端，型号为LM1117的稳压芯片U4的3引脚接电容C24的一端，型号为LM1117的稳压芯片U4的2引脚接电容C23与电解电容C22的一端，电容C24、电容C23与电解电容C22的另一端接地。

技术方案中所述的驱动电路还包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C3与电容C4；其中：MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3与MOS管Q4皆为型号为IRF3205的MOS管，二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6与二极管D7皆为型号为IN4148的二极管。型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的3、4引脚均接地，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的8引脚分别接二极管D2与二极管D3的负极，二极管D2与二极管D3的正极均接12V电源输出端；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的6引脚依次连接电解电容C3与电解电容C4的负极，电解电容C3与电解电容C4的正极分别接二极管D2与二极管D3的负极；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的5、7引脚各连接二极管D5、二极管D4与二极管D7、二极管D6的负极，二极管D5、二极管D4与二极管D7、二极管D6的正极分别和MOS管Q2、MOS管Q1、MOS管Q4、MOS管Q3的G级线连接；二极管D5、二极管D4、二极管D7与二极管D6的两端依次和电阻R5、电阻R4、电阻R7与电阻R6两端并联；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5的7引脚与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与MOS管Q1的1引脚线连接，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5的5引脚与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极与MOS管Q2的1引脚线连接，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的7引脚与MOS管Q3的1引脚线连接，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的5引脚与MOS管Q4的1引脚线连接；MOS管Q1和MOS管Q3的2引脚均与电池正极相连；MOS管Q2和MOS管Q4的3引脚均接地；MOS管Q1的3引脚与MOS管Q2的2引脚线连接；MOS管Q3的3引脚与MOS管Q4的2引脚线连接；MOS管Q1的3引脚与电机MOTOR的一条接线相连，MOS管Q3的3引脚与电机MOTOR的另一条接线连接；MOS管Q1的3引脚与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5的6引脚线连接，MOS管Q3的3引脚与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的6引脚线连接。

技术方案中所述的视频分离电路还包括电容C5、电容C6与电阻R8；电容C5的一端与型号为LM1881的芯片U8的2引脚线连接，型号为LM1881的芯片U8的4引脚接地；型号为LM1881的芯片U8的6引脚同时接电容C6与电阻R8的一端，电容C6和电阻R8的另一端接地；型号为LM1881的芯片U8的1引脚接到单片机U1中的中断引脚即PTB1引脚。

技术方案中所述的硬件二值化电路包括型号为AD8032的芯片U7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14与电阻R15；型号为AD8032的芯片U7的6引脚和7引脚之间串接可调电阻R9，型号为AD8032的芯片U7的6引脚接电阻R10的一端，电阻R10另一端接地；型号为AD8032的芯片U7的7引脚输出放大后的视频信号VIDEO1接电阻R11的一端，电阻R11另一端接型号为AD8032的芯片U7的2引脚；型号为AD8032的芯片U7的4引脚接地；型号为AD8032的芯片U7的1引脚接电阻R12的一端，电阻R12另一端接型号为AD8032的芯片U7的3引脚；型号为AD8032的芯片U7的1引脚接电阻R13的一端；型号为AD8032的芯片U7的3引脚接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接滑动变阻器R15的2引脚，滑动变阻器R15的左、右引脚分别接5V稳压电路的5V电源输出端和地。

技术方案中所述的可充电电池采用型号为7.2VNi-Cd的电池；单片机U1采用型号为MKL26Z256VLL4的单片机；直流电机采用型号为RS-380的电机；伺服舵机采用型号为SD-05的伺服电机；模拟摄像头采用型号为SONY CCD 420线的模拟摄像头。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型所述的模拟视频信号采集系统只需要采集模拟摄像头每行输出信号的跳变沿一般为3-4个，即每行的数据量由原来的640个变为4个，大大减少的摄像头传感器的数据量。

2.本实用新型所述的模拟视频信号采集系统通过硬件二值化和中断采集，利用单片机的计数器记录值代替摄像头信号来准确寻找道路边缘位置。避免了单片机对高频率的摄像头信号的一一采集，减轻了单片机的负担，使低端单片机也能很好的利用模拟摄像头采集道路信息。同时，由于计数器值可由单片机控制，可以实现程序员通过编程改变每行的采集精度，而采集的跳变沿依旧为4个，所以能做到提高精度的同时不增加信号的数据量，减轻单片机负担。

3.本实用新型所述的模拟视频信号采集系统通过中断触发方式采集摄像头信号，可以使单片机在中断空余时间处理已经采集的行数据，提高了单片机处理图像的效率，同时提高智能车模型的控制频率。

4.本实用新型所述的模拟视频信号采集系统所需的视频处理电路简单，适应任何一款有四路及以上外部中断的单片机，能做到既降低智能车模型的搭建成本，又能够准确识别道路。

5.本实用新型所述的模拟视频信号采集系统在软件方面适应性强，能够通过编程改变道路边缘个数的识别，从而通过算法识别多路并行或路上有其他物品的路况。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型所述的模拟视频信号采集系统的结构原理图；

图2为本实用新型所述的模拟视频信号采集系统结构图；

图3为本实用新型所述的模拟视频信号采集系统中稳压电路的结构原理图；

图4为本实用新型所述的模拟视频信号采集系统中驱动电路的结构原理图；

图5-1为本实用新型所述的模拟视频信号采集系统中视频信号处理电路中视频分离电路的结构原理图；

图5-2为本实用新型所述的模拟视频信号采集系统中视频信号处理电路中硬件二值化电路的结构原理图；

图6为本实用新型所述的模拟视频信号采集系统中的模拟视频信号处理电路信号转换示意图；

图7为本实用新型所述的模拟视频信号采集系统采集信号的主程序流程框图；

图8为本实用新型所述的模拟视频信号采集系统采集信号程序4路中断流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

下面结合附图及具体实施例对本实用新型进行详细说明。

参阅图1，本实用新型所述的模拟视频信号采集系统是以智能车模型为基础，安装所需的硬件而成；模拟视频信号采集系统中的模拟摄像头采集模拟视频信号，采用单片机处理模拟视频信号，将有效模拟视频信号采集分析后控制智能车模型的转向和行驶；即主要是通过硬件和软件协和处理模拟视频信号实现对道路的有效识别并控制智能车模型自动导驶功能。

参阅图2,本实用新型所述的模拟视频信号采集系统包括可充电电池、单片机U1、稳压电路、直流电机、伺服舵机、驱动电路、模拟摄像头与视频信号处理电路。

所述的可充电电池采用型号为7.2VNi-Cd的可充电电池。

所述的单片机U1为飞思卡尔的型号为MKL26Z256VLL4的单片机，其中采用任意四路外部中断引脚，这里使用PTB0引脚，PTB1引脚，PTB2引脚，PTB3引脚，四路引脚分别接入图5-1所示的视频分离电路和图5-2所示的硬件二值化电路；还采用3路PWM引脚即PWM1引脚、PWM2引脚与PWM3引脚，PWM3与舵机的白线相连，PWM1和PWM2分别接入图4所示的电机驱动电路。单片机U1供电由图3所示的稳压电路中3.3V稳压电路的电源输出端提供。

参阅图3,所述的稳压电路包括5V稳压电路、12V稳压电路与3.3V稳压电路。

1.所述的5V稳压电路包括型号为LM2940的稳压芯片U2、电解电容C20及电解电容C21。

型号为LM2940的稳压芯片U2是TI公司生产的芯片，型号为LM2940的稳压芯片U2共有3个引脚，型号为LM2940的稳压芯片U2的1引脚即Vin引脚接输入电压，型号为LM2940的稳压芯片U2的2引脚即GND引脚接地，型号为LM2940的稳压芯片U2的3引脚即Vout引脚接输出电压端。将可充电电池正极连到型号为LM2940的稳压芯片U2的1引脚即Vin引脚，可充电电池的负极与型号为LM2940的稳压芯片U2的2引脚即GND引脚电连接，则型号为LM2940的稳压芯片U2的3引脚即Vout引脚输出5V电源。可充电电池正极和输出5V电源端可分别接一滤波的电解电容C20及电解电容C21的正极端，电解电容C20及电解电容C21的负极端接地，以增强稳定性。

2.所述的12V稳压电路包括型号为34063的稳压芯片U3、电感L4、可变电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻RES4、电容C1、电解电容C2、电容C25。

型号为34063的稳压芯片U3是TI公司生产的芯片，该芯片具有8个引脚。将5V稳压电路输出5V电压的3引脚与型号为34063的稳压芯片U3的6引脚线连接；可充电电池负极通过一个10K的可变电阻R1与型号为34063的稳压芯片U3的5引脚线连接；型号为34063的稳压芯片U3的1引脚与型号为34063的稳压芯片的7引脚通过一个220um电感L4线连接；型号为34063的稳压芯片U3的8引脚与220欧的电阻R2一端线连接，电阻R2另一端与型号为34063的稳压芯片的7引脚线连接；型号为34063的稳压芯片U3的6引脚连接一个1欧电阻R3后与型号为34063的稳压芯片U3的7引脚线连接；型号为34063的稳压芯片U3的1引脚连接型号为IN4007的二极管D1的正极，型号为IN4007的二极管D1负极连接一个47K电阻RES4一端，电阻RES4另一端与型号为34063的稳压芯片的5引脚线连接。将型号为IN4007的二极管的负极引出端即为12V电源端。可在5V电压端和地以及12V电压端和地之间接入电容C1及电解电容C2滤波；型号为34063的稳压芯片U3的2引脚与3引脚之间串接1个电容C25，同时型号为34063的稳压芯片U3的2引脚接地。

3.所述的3V稳压电路包括型号为LM1117的稳压芯片U4、电解电容C22、电容C23与电容C24。

型号为LM1117的稳压芯片U4是TI公司生产的芯片，型号为LM1117的稳压芯片U4有3个引脚，型号为LM1117的稳压芯片U4的1引脚接地，型号为LM1117的稳压芯片U4的3引脚接5V稳压电路的5V电源端，型号为LM1117的稳压芯片U4的2引脚输出3.3V电源，即型号为LM1117的稳压芯片U4的2引脚为3.3V电压输出端。5V输入电源端和3.3V电源输出端可分别接滤波电容即分别接电容C24和电容C23与电解电容C22的一端，电容C24和电容C23与电解电容C22的另一端接地，增强稳定性。

参阅图4，所述的驱动电路包括型号为IRF3205的MOS管Q1、型号为IRF3205的MOS管Q2、型号为IRF3205的MOS管Q3、型号为IRF3205的MOS管Q4、型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5、型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6、型号为IN4148的二极管D2、型号为IN4148的二极管D3、型号为IN4148的二极管D4、型号为IN4148的二极管D5、型号为IN4148的二极管D6、型号为IN4148的二极管D7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C3与电容C4。

所述的型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6皆有有8个引脚；型号为IRF3205的MOS管Q1、型号为IRF3205的MOS管Q2、型号为IRF3205的MOS管Q3与型号为IRF3205的MOS管Q4皆有3个引脚，分为G，D，S极，分别为1，2，3引脚。将由型号为MKL26Z256VLL4的单片机U1剩余的两路PWM引脚分别接入型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的2引脚；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的3、4引脚均接地，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的1引脚均接12V稳压电路中的12V电源输出端；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的8引脚分别接一个型号为IN4148的二极管D2与型号为IN4148的二极管D3的负极，型号为IN4148的二极管D2与型号为IN4148的二极管D3的正极均接12V电源输出端；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的6引脚依次连接一个100微法的电解电容C3与100微法的电解电容C4的负极，电解电容C3与电解电容C4的正极分别接型号为IN4148的二极管D2与型号为IN4148的二极管D3的负极；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的5、7引脚各连到一个型号为IN4148的二极管D5、型号为IN4148的二极管D4与型号为IN4148的二极管D7、型号为IN4148的二极管D6的负极，型号为IN4148的二极管D5、型号为IN4148的二极管D4与型号为IN4148的二极管D7、型号为IN4148的二极管D6的正极分别和型号为IRF3205的MOS管Q2、型号为IRF3205的MOS管Q1、型号为IRF3205的MOS管Q4、型号为IRF3205的MOS管Q3的G级即1引脚线连接；型号为IN4148的二极管D5、型号为IN4148的二极管D4、型号为IN4148的二极管D7与型号为IN4148的二极管D6的两端依次和27欧的电阻R5、电阻R4、电阻R7与电阻R6两端并联；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5的7引脚与型号为IN4148的二极管D4的负极连接，型号为IN4148的二极管D4的正极与型号为IRF3205的MOS管Q1的G级即1引脚线连接，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5的5引脚与型号为IN4148的二极管D5的负极连接，型号为IN4148的二极管D5的正极与型号为IRF3205的MOS管Q2的G级即1引脚线连接，同理，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的7引脚与型号为IRF3205的MOS管Q3的G级即1引脚线连接，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的5引脚与型号为IRF3205的MOS管Q4的G级即1引脚线连接；则型号为IRF3205的MOS管Q1和型号为IRF3205的MOS管Q3的D极即2引脚均与电池正极相连；型号为IRF3205的MOS管Q2和型号为IRF3205的MOS管Q4的S极即3引脚均接地；型号为IRF3205的MOS管Q1的S极即3引脚与型号为IRF3205的MOS管Q2的D极即2引脚线连接；型号为IRF3205的MOS管Q3的S极即3引脚与型号为IRF3205的MOS管Q4的D极即2引脚线连接；型号为IRF3205的MOS管Q1的S极即3引脚与电机MOTOR的一条接线相连，型号为IRF3205的MOS管Q3的S极即3引脚与电机MOTOR的另一条接线连接；型号为IRF3205的MOS管Q1的S极即3引脚与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5的6引脚线连接，型号为IRF3205的MOS管Q3的S极即3引脚与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的6引脚线连接。

所述的直流电机采用型号为RS-380的电机，具有两根接线，分别接图4所示的驱动电路的电机输出两端。

所述的伺服舵机采用型号为SD-05的伺服电机，其具有3根接线。其中红接线接5V电源即驱动电路中的5V电压源输出端，黑色接线接地即电池负极，白色接线接型号为MKL26Z256VLL4的单片机U1上的3路PWM引脚中的一路。

所述的模拟摄像头采用型号为SONY CCD 420线的模拟摄像头，其具有三个接线，其中红色线接12V电源即稳压电路中的12V电压源输出端，黑色线接地即电池负极，黄色线为视频信号线，连接视频信号处理电路。

所述的视频信号处理电路包括视频分离电路和硬件二值化电路。

1.参阅图5-1，所述的视频分离电路包括型号为LM1881的芯片U8、电容C5、电容C6、电阻R8。

型号为LM1881的芯片U8是TI公司生产的芯片，型号为LM1881的芯片U8具有8个引脚。模拟摄像头的黄色视频信号线VIDEO接到一个0.1微法的贴片电容C5的一端，电容C5另一端与型号为LM1881的芯片U8的2引脚线连接；型号为LM1881的芯片U8的4引脚接地；型号为LM1881的芯片U8的6引脚同时接一个0.1微法的电容C6的一端和一个680K的电阻R8的一端，电容C6和电阻R8的另一端同时接地；型号为LM1881的芯片U8的8引脚与5V稳压电路中的5V电源端线连接；型号为LM1881的芯片U8的3引脚(场中断信号)接到单片机U1中的四路之一的中断引脚即PTB0引脚；型号为LM1881的芯片U8的1引脚(行中断信号)接到单片机U1中的四路之一的中断引脚即PTB1引脚。

2.参阅图5-2，所述的硬件二值化电路包括型号为AD8032的芯片U7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14与电阻R15。

型号为AD8032的芯片U7是TI公司生产的芯片，型号为AD8032的芯片U7有8个引脚，包含两个运算放大器，其中一个运算放大器用于放大视频信号，另一个运算放大器输入一个可调电压与放大后的视频信号比较，实现视频信号二值化。将模拟摄像头的黄色视频信号线VIDEO接入型号为AD8032的芯片U7的5引脚；在型号为AD8032的芯片U7的6引脚和7引脚之间用一个10K的可调电阻R9相连；型号为AD8032的芯片U7的6引脚接到一个1K电阻R10的一端，电阻R10另一端接地；型号为AD8032的芯片U7的7引脚输出放大后的视频信号VIDEO1接到一个2K电阻R11的一端，电阻R11另一端接型号为AD8032的芯片U7的2引脚；型号为AD8032的芯片U7的8引脚接5V稳压电路的5V电源端；型号为AD8032的芯片U7的4引脚接地；型号为AD8032的芯片U7的1引脚接到一个10K电阻R12的一端，电阻R12另一端接到型号为AD8032的芯片U7的3引脚；型号为AD8032的芯片U7的1引脚接到一个2K电阻R13的一端，电阻R13另一端接3.3V稳压电路的3.3V电源端；同时1引脚也分别接入单片机U1的PTB2，PTB3中断引脚。型号为AD8032的芯片U7的3引脚接到一个1K电阻R14的一端，电阻R14的另一端接到一个10K滑动变阻器R15的2引脚，滑动变阻器R15的左右引脚分别接5V稳压电路的5V电源端和地。

通过上述连接即可搭建出模拟视频信号采集系统。

本实用新型所述的模拟视频信号采集系统的工作原理(控制方法)：

模拟摄像头作为传感器对很多特定外界环境进行感应时，并不需要将每个像素点的灰度值进行模数转换。

因为模拟摄像头作为传感器采集道路信息是为了找到相应位置的灰度值分割点，主要是为了找到道路与路边物质的分界处位置信息，从而通过中心计算，控制汽车自动转向行驶。

本实用新型所述的模拟视频信号采集系统针对这种寻找分界处位置信息的识别要求，二值化处理模拟视频信号，并结合视频分离电路采集的行中断信号和场中断信号，捕抓记录二值信号跳变沿时间，转化为跳变沿位置，从而得到相应的边缘有效位置信息。

视频信号处理电路包括视频分离电路和硬件二值化电路。

1.参阅图5，将模拟视频信号通过放大电路放大后，将放大信号输入硬件二值化电路，得到二值化视频信号。放大电路使用运算放大芯片AD8032，如图2中比较器放大及二值化。

2.将二值化后的信号同时输入到两个跳变沿触发中断引脚。两引脚分别是上升沿中断触发模式和下降沿中断触发模式，如图6中单片机中断采集。

3.将另一路原始模拟视频信号输入到视频分离电路，得到场中断信号和行中断信号，如图6中视频分离。

4.将两路视频分离得来的中断信号分别(场信号和行信号)输入到另两个跳变沿触发中断引脚。两引脚分别是上升沿中断触发模式和下降沿中断触发模式，如图6中单片机中断采集。

采用视频信号处理电路的优势为：能够只保存关于道路边缘位置的有效信息，提高精度的同时，大大降低了数据量，有利于低端单片机利用摄像头准确识别道路；利用四路中断触发来采集图像信息，能够减少占用单片机，使单片机有更多的时间用于信号处理和控制导驶。

所述的模拟摄像头传感器可以是任意一款模拟摄像头。比如本实施例中使用型号为SONY CCD 420的模拟摄像头传感器识别道路时，道路两边与道路的分界线为两条，即每行有两个分界点，故将行数组设为3或4列，保证采集到分界点并通过前后分界点连续滤除噪点。

举例说明：数组为4列时(初值为0)，辨别道路时，

若根据一行时间得到的计数最大值为255

第80行数组分别为50，201，0，0

第81行数组分别为20，52，204，253

第82行数组分别为51，205，0，0

所述数组内的值为二值化信号触发相应中断时记录的计数器的值，有连续性可得道路位置信息为左边界为50，52，51等点连成曲线，右边界为201，204，205等点连成曲线。具体位置信息为

(记录值/计数最大值)*行视野宽度

即左边界点位置分别为(50/225)*行视野宽度，(52/225)*行视野宽度，(51/225)*行视野宽度。

根据所有行数组可以有效的获得轮廓位置信息。

可见硬件处理后单片机需要采集的数组由320*640变为320*4，大大减少了数据量，并有效地提取出道路边缘的位置信息。

模拟视频信号采集系统对视频信号处理和边缘提取主要通过单片机对跳变沿的中断记录来实现。

单片机初始化时，开启一个计数器，计数溢出数据量根据摄像头传感器采集一行数据的时间而定。然后单片机开启四路外部中断，并进入循环根据中断中采集信号完成标志位整理一帧视频信号并处理程序，如图7所示。

四路外部中断的相应动作，如图8所示，可分为：

(1)场中断触发时，对行数清零，开启行中断。

(2)行中断触发时，对计数器进行清零。

(3)二值化上升跳变沿中断触发时，记录计时器数值，并写入该行数组中；数组序号自加。

(4)二值化下升跳变沿中断触发时，记录计时器数值，并写入该行数组中；数组序号自加。

由此可见，当单片机行中断来临前，单片机能够处理之前采集的行的图像数组信息；当单片机场中断来时，即为一帧采集完毕的标志位，则主函数开始整合图像数组。对采集的数组进行连续性滤波，最终得到有效轮廓信息。

视频分离及二值化检测道路边缘的采集算法很大程度上优化了单片机与模拟摄像头的匹配，使单片机无需根据摄像头的分辨率开设数组，记录大量无效数据来提高精度。只需要设置好每行的计数器，如本实用新型中使用摄像头每行时间计数器值为255，即可达到相应的精度，本例中精度为320*255。又由于只采集每行中的跳变沿，所以在高精度的同时，事实上单片机每行只是采集了跳变沿个数的数据，如本例中使用4个跳变沿数组，即数据量只有320*4。本方案有利于降低利用单片机采集模拟视频信号的成本，提高道路识别精度，减少占用单片机资源，提高图像处理效率。

Claims (10)

1.一种模拟视频信号采集系统，其特征在于，所述的模拟视频信号采集系统包括可充电电池、单片机U1、稳压电路、直流电机、伺服舵机、驱动电路、模拟摄像头与视频信号处理电路；

所述的稳压电路包括5V稳压电路、12V稳压电路与3.3V稳压电路；

所述的视频信号处理电路包括视频分离电路和硬件二值化电路；

可充电电池正极和5V稳压电路中的型号为LM2940的稳压芯片U2的1引脚电连接，可充电电池的负极与稳压电路中的型号为LM2940的稳压芯片U2的2引脚电连接；可充电电池正极和驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q1的2引脚及驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q3的2引脚连接；12V稳压电路中的12V电源输出端接模拟摄像头上的红色接线；5V稳压电路中的5V电源输出端与视频分离电路中的型号为LM1881的芯片U8的8引脚线连接；5V稳压电路中的5V电源输出端接硬件二值化电路中的型号为AD8032的芯片U7的8引脚；5V稳压电路的5V电源输出端接伺服舵机的红色接线；3.3V稳压电路的3.3V电源输出端与单片机U1的的VCC引脚连接；

所述的模拟摄像头上的黄色视频信号线VIDEO通过电容C5与视频分离电路中的型号为LM1881的芯片U8的2引脚线连接；模拟摄像头的黄色视频信号线VIDEO接入硬件二值化电路中的型号为AD8032的芯片U7的5引脚；硬件二值化电路中的型号为AD8032的芯片U7的1引脚分别接单片机U1的PTB2、PTB3的中断引脚；视频分离电路中的型号为LM1881的芯片U8的3引脚接单片机U1中的中断引脚即PTB0引脚；单片机U1中的两路PWM引脚依次接驱动电路中的型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的2引脚；驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q3的3引脚及驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q4的2引脚与直流电机的一端连接，驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q1的3引脚及驱动电路中的型号为IRF3205的MOS管Q2的2引脚与直流电机的另一端连接；所述的伺服舵机上的白色接线接单片机U1上的1路PWM引脚。

2.按照权利要求1所述的模拟视频信号采集系统，其特征在于，所述的12V稳压电路中的12V电源输出端接驱动电路中的型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的1引脚；3.3V稳压电路的3.3V电源输出端接硬件二值化电路中的电阻R13的另一端。

3.按照权利要求1所述的模拟视频信号采集系统，其特征在于，所述的可充电电池与稳压电路电线连接是指：

可充电电池正极接5V稳压电路中的型号为LM2940的稳压芯片U2的1引脚即Vin引脚，可充电电池负极接5V稳压电路中的型号为LM2940的稳压芯片U2的2引脚即GND引脚；可充电电池负极通过可变电阻R1与12V稳压电路中的型号为34063的稳压芯片U3的5引脚线连接；5V稳压电路中的型号为LM2940的稳压芯片U2的3引脚即Vout引脚与12V稳压电路中的型号为34063的稳压芯片U3的6引脚线连接；3.3V稳压电路中的型号为LM1117的稳压芯片U4的3引脚接5V稳压电路的5V电源输出端。

4.按照权利要求1所述的模拟视频信号采集系统，其特征在于，所述的5V稳压电路还包括电解电容C20及电解电容C21；

型号为LM2940的稳压芯片U2的1引脚即Vin引脚接电解电容C20的正极端，型号为LM2940的稳压芯片U2的3引脚即Vout引脚接电解电容C21的正极端，电解电容C20与电解电容C21的负极端接地，型号为LM2940的稳压芯片U2的2引脚即GND引脚接地。

5.按照权利要求1所述的模拟视频信号采集系统，其特征在于，所述的12V稳压电路还包括电感L4、电阻R2、电阻R3、电阻RES4、电容C1、电解电容C2、电容C25；

型号为34063的稳压芯片U3的1引脚与型号为34063的稳压芯片U3的7引脚通过一个电感L4连接,型号为34063的稳压芯片U3的8引脚与电阻R2的一端线连接，电阻R2另一端与型号为34063的稳压芯片U3的7引脚线连接；型号为34063的稳压芯片U3的6引脚连接电阻R3后与型号为34063的稳压芯片U3的7引脚线连接；型号为34063的稳压芯片U3的1引脚连接型号为IN4007的二极管D1的正极，型号为IN4007的二极管D1负极连接电阻RES4的一端，电阻RES4的另一端与型号为34063的稳压芯片U3的5引脚线连接；型号为IN4007的二极管的负极引出端即为12V电源端；型号为34063的稳压芯片U3的6引脚与地以及型号为IN4007的二极管的负极与地之间接入电容C1及电解电容C2；型号为34063的稳压芯片U3的2引脚与3引脚之间串接1个电容C25，同时型号为34063的稳压芯片U3的2引脚接地。

6.按照权利要求1所述的模拟视频信号采集系统，其特征在于，所述的3V稳压电路还包括电解电容C22、电容C23与电容C24；

型号为LM1117的稳压芯片U4的1引脚接地，型号为LM1117的稳压芯片U4的2引脚即为输出3.3V电源端，型号为LM1117的稳压芯片U4的3引脚接电容C24的一端，型号为LM1117的稳压芯片U4的2引脚接电容C23与电解电容C22的一端，电容C24、电容C23与电解电容C22的另一端接地。

7.按照权利要求1所述的模拟视频信号采集系统，其特征在于，所述的驱动电路还包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C3与电容C4；其中：MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3与MOS管Q4皆为型号为IRF3205的MOS管，二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6与二极管D7皆为型号为IN4148的二极管；

型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的3、4引脚均接地，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的8引脚分别接二极管D2与二极管D3的负极，二极管D2与二极管D3的正极均接12V电源输出端；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的6引脚依次连接电解电容C3与电解电容C4的负极，电解电容C3与电解电容C4的正极分别接二极管D2与二极管D3的负极；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的5、7引脚各连接二极管D5、二极管D4与二极管D7、二极管D6的负极，二极管D5、二极管D4与二极管D7、二极管D6的正极分别和MOS管Q2、MOS管Q1、MOS管Q4、MOS管Q3的G级线连接；二极管D5、二极管D4、二极管D7与二极管D6的两端依次和电阻R5、电阻R4、电阻R7与电阻R6两端并联；型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5的7引脚与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与MOS管Q1的1引脚线连接，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5的5引脚与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极与MOS管Q2的1引脚线连接，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的7引脚与MOS管Q3的1引脚线连接，型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的5引脚与MOS管Q4的1引脚线连接；MOS管Q1和MOS管Q3的2引脚均与电池正极相连；MOS管Q2和MOS管Q4的3引脚均接地；MOS管Q1的3引脚与MOS管Q2的2引脚线连接；MOS管Q3的3引脚与MOS管Q4的2引脚线连接；MOS管Q1的3引脚与电机MOTOR的一条接线相连，MOS管Q3的3引脚与电机MOTOR的另一条接线连接；MOS管Q1的3引脚与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U5的6引脚线连接，MOS管Q3的3引脚与型号为IR2104S的半桥驱动芯片U6的6引脚线连接。

8.按照权利要求1所述的模拟视频信号采集系统，其特征在于，所述的视频分离电路还包括电容C5、电容C6与电阻R8；

电容C5的一端与型号为LM1881的芯片U8的2引脚线连接，型号为LM1881的芯片U8的4引脚接地；型号为LM1881的芯片U8的6引脚同时接电容C6与电阻R8的一端，电容C6和电阻R8的另一端接地；型号为LM1881的芯片U8的1引脚接到单片机U1中的中断引脚即PTB1引脚。

9.按照权利要求1所述的模拟视频信号采集系统，其特征在于，所述的硬件二值化电路包括型号为AD8032的芯片U7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14与电阻R15；

型号为AD8032的芯片U7的6引脚和7引脚之间串接可调电阻R9，型号为AD8032的芯片U7的6引脚接电阻R10的一端，电阻R10另一端接地；型号为AD8032的芯片U7的7引脚输出放大后的视频信号VIDEO1接电阻R11的一端，电阻R11另一端接型号为AD8032的芯片U7的2引脚；型号为AD8032的芯片U7的4引脚接地；型号为AD8032的芯片U7的1引脚接电阻R12的一端，电阻R12另一端接型号为AD8032的芯片U7的3引脚；型号为AD8032的芯片U7的1引脚接电阻R13的一端；型号为AD8032的芯片U7的3引脚接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接滑动变阻器R15的2引脚，滑动变阻器R15的左、右引脚分别接5V稳压电路的5V电源输出端和地。

10.按照权利要求1所述的模拟视频信号采集系统，其特征在于，所述的可充电电池采用型号为7.2VNi-Cd的电池；单片机U1采用型号为MKL26Z256VLL4的单片机；直流电机采用型号为RS-380的电机；伺服舵机采用型号为SD-05的伺服电机；模拟摄像头采用型号为SONY CCD 420线的模拟摄像头。