传感器电路设计

　　延续往届的传感器方案，今年仍然采用了CCD作为传感器，但采用了信号质量更佳，黑白对比度更大的Sony系列CCD，当摄像头安装高度为30cm，俯角为30°时，其最大黑白电压差可达到1V。

　　为了从CCD输出的PAL制式信号中提取赛道信息，秉承硬件二值化的指导思想，将灰度图像转换成黑白图像，由于普通I/O和PAC的操作速度要比A/D快，可提高分辨率和前瞻。通过硬件预处理提取赛道信息，目前有两种主要途径：微分边缘检测和阈值比较检测。

　　微分边缘检测：通过数据采集程序效率的优化，在总线频率24MHz条件下可以准确捕获宽度1.5ms的黑线信号。并可以达到1200多的行分辨率和很高的中心解析精度。在直道上，由于远处的黑白之间的电压差较小，远处的赛道信息提取不到，得到的预处理图像是不可信的。另外，在近处也经常发生丢失赛道边缘的情况。

　　数字阈值比较检测 ：利用快速A/D采集CCD信号，MCU输出信号作为阈值与快速A/D得到的信号通过数字比较器得到二值化信息。 这个电路的优势在于可以通过MCU输出不同的阈值从而得到良好的信噪比，另外，快速A/D得到的信号可以输入给单片机，硬件预处理效果不佳的时候可以切换到片外A/D模式，使算法更加灵活。但由于单片机的计算能力有限，切换到片外A/D模式之后数据量过大，最终没有采取这种方案。

　　模拟阈值比较检测 ：模拟阈值比较检测与上述数字阈值比较检测原理相似，只是用D/A输出阈值与CCD输出信号进行比较得出赛道信息。该方案可以达到3m的直线前瞻，1.5m的弯道前瞻，但该方案最大的缺点就是受光线的影响较大，如果不事先适应场地光照条件，信号质量难以保证。

　　最终我们采取了第三种方案，图1是最终版本的模拟阈值比较电路，利用LM1881芯片获得行同步信号和场同步信号使单片机(MCU)与CCD保持同步，采集每行的边沿信息得到赛道信息。

　　电源系统设计

　　由于CCD需要12V供电，而且CCD供电电压过高容易使CCD发热，虽然短时间内信号质量将提高，但长时间会使CCD输出信号质量下降，而CCD供电电压过低会使CCD信号质量降低。为了保证CCD的正常供电，12V电路较为复杂且占用电路板空间较大，如图2。