小車導航方案設計

1、小車導航方案設計小車導航方案設計小車從起點到救援區(qū)的賽道部分的導航通過攝像頭實現(xiàn)，利用攝像頭對道路信息進行采集，再通過單片機 MC9S12XS128對采集的圖像數(shù)據(jù)進行處理， 計算出小車在賽道中的位置，從而控制小車沿著賽道行駛， 保證小車在整個行駛過程中不壓線出界。圖 3主 控 芯 片 MC9S12XS128圖 4 OV7620 攝像頭實物圖救援區(qū) LED 探測方案設計救援區(qū)設置有四個待救援位置， 其中一個放置 1Hz 閃爍 LED 指示燈，其余放置常亮 LED 指示燈，救援車根據(jù) 1Hz 閃爍 LED 燈提示選擇位置停車。 LED 的探測由光敏三極管實現(xiàn)。 如圖 3 所示，在小車的前方安裝四

2、個由光敏三極管制作的探測頭，當小車到達救援區(qū)即半圓圓心處時，立即讓小車停止， 分別檢測半圓圓弧上四個待救援位置方向的 LED 發(fā)出的光強，其中光強相對較弱的為 1Hz 閃爍 LED 燈，即要尋找的救援車停車位置。進入待救援位置方案設計當小車探測到 1Hz 閃爍 LED 燈提示的停車位置后，小車就開始啟動， 行駛到待救援位置停車。然而此時小車不能再由攝像頭來導航， 因為救援區(qū)沒有黑線制作的賽道。 可以選擇如下三種方案：（ 1） 利用由光敏三極管制作的四個探測頭，探測 1Hz 閃爍 LED 燈，引導小車進入停車位。（ 2） 在每個待救援位置處安裝一個激光發(fā)射裝置，小車上安裝一個激光接受矩陣， 沿著

3、已檢測出的停車位所發(fā)出的那束激光進入停車位。（ 3） 在小車正前方安裝一個電子羅盤， 當小車停在半圓圓心處時， 四個停車位在圓弧上的位置已經(jīng)確定，每個停車位相對于小車的方向也已經(jīng)確定，用電子羅盤做指南針， 引導小車進入已被探測到的停車位。第一種方案比較難操作， 因為四個待救援都有 LED 在發(fā)光，只是那個 1Hz 閃爍 LED 燈的光會弱一些，當小車在救援區(qū)內(nèi)可能會由于其他LED 的影響而進錯停車位；第二種方案不確定是否滿足賽題的要求， 賽題沒有明確規(guī)定能否在停車位處放置其他的引導裝置； 第三種方案方便操作，只需在小車正前方安裝一個電子羅盤， 通過程序算法控制小車進入停車位， 又滿足賽題的要求

4、。圖像采集技術小車采用 OV7620 攝像頭傳感器， OV7620是 CMOS 彩色 /黑白圖像傳感器，能夠滿足一般圖像采集系統(tǒng)的要求。 攝像頭采集的賽道圖像為灰度圖像，賽道背景的灰度值與黑色絕緣膠帶的灰度值大小有差別， 通過一個設定的閾值對灰度圖像數(shù)據(jù)進行二值化處理，賽道背景化為 1，兩邊的黑色絕緣膠帶化為 0。圖像處理技術圖像處理主要工作就是相對準確的提取出兩邊的黑色邊界， 然后用均值法求中線， 由中線的數(shù)據(jù)實現(xiàn)小車的自動導航。 圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過二值化和簡單的濾波處理后， 每一行分成兩邊， 從中間開始往兩邊查找 0 點，如果連續(xù)找到兩個0 點就說明找到邊界， 定位賽道的邊界位置， 計算出小車在

5、賽道中的位置?？刂萍夹g小車舵機角度的控制采用開環(huán)控制。 根據(jù)不同的檢測路徑，判斷出小車所在位置， 按不同的區(qū)間給出不同的伺服電機 PWM 控制信號，小車轉(zhuǎn)過相應的角度。速度控制采用 PID 閉環(huán)控制。為了使得賽車能夠平穩(wěn)地沿著賽道運行， 需要控制車速，使賽車在轉(zhuǎn)彎時速度不至過快而沖出賽道。通過控制驅(qū)動電機上的平均電壓可以控制車速，但是如果開環(huán)控制電機轉(zhuǎn)速， 會受很多因素影響，例如電池電壓、電機傳動摩擦力、道路摩擦力和前輪轉(zhuǎn)向角度等。 這些因素會造成賽車運行不穩(wěn)定。通過速度檢測， 對車模速度進行閉環(huán)反饋控制，即可消除上述各種因素的影響， 使得車模運行得更穩(wěn)定。 設計思路如下： 小車后輪安裝的旋轉(zhuǎn)

6、編碼器計算出小車實時速度， 與期望小車運行的速度比較，通過 PID 算法得出 PWM 輸出信號，控制后輪的驅(qū)動電機來調(diào)整小車行駛速度。救援區(qū)探測技術路線LED 的探測由光敏三極管實現(xiàn)。在小車的前方安裝四個由光敏三極管制作的探測頭， 當小車到達救援區(qū)即半圓圓心處時，立即讓小車停止，分別檢測半圓圓弧上四個待救援位置方向的 LED 發(fā)出的光強，其中光強相對較弱的為 1Hz 閃爍 LED 燈，即要尋找的救援車停車位置。光敏三極管的靈敏度能滿足本系統(tǒng)的要求，當然 LED 的光存在散射，為了提高探測精度，可以對 LED 光進行調(diào)焦處理，使光束盡可能對射到對應的探測頭上，還可以為探測頭安裝遮光筒，讓其只接受對應的 LED 發(fā)射過來的光。效果原理圖如圖 5 所示。進入停車位技術路線因為四個待救援位置在半圓上是均勻分