攝像頭組長春理工大學(xué)天狼五號

1、關(guān)于技術(shù)報告和研究使用的說明本人完全了解第九屆“飛思”杯大學(xué)生智能汽車競速賽有關(guān)保留、使用技術(shù)報告和研究的規(guī)定，即：參賽著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會和飛思半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁上收錄并公開參賽的設(shè)計方案、技術(shù)報告以及參賽模型車的、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會集中。參賽隊員簽名：帶隊教師簽名：王英志期：2014 年 8 月 12 日日目錄摘要1第一章 引言21.1 智能車競賽背景21.2 智能車比賽意義21.3 本文的主要內(nèi)容及安排3第二章第三章3.1設(shè)計原理簡述4整體方案設(shè)計5系統(tǒng)構(gòu)思53.2 整體方案選定6第四章4.14.2智能車硬件部分9機械結(jié)構(gòu)整體設(shè)計9MCU模塊114.3

2、 攝像頭安裝144.4 速度檢測傳感器設(shè)計154.4.1 速度檢測傳感器電路設(shè)計154.4.2 速度檢測傳感器電路設(shè)計174.4.3 速度檢測傳感器的安裝184.5 陀與4.5.14.5.2 陀4.5.3 陀度計19傳感器19.19與度計的安裝194.6 驅(qū)動模塊設(shè)計204.6.1 電機驅(qū)動電路設(shè)計204.6.2 電機及電機驅(qū)動板的安裝224.7 電源模塊設(shè)計224.8 調(diào)試電路單元234.8.14.8.24.8.3OLED 顯示屏23藍牙24OLED 及藍牙安裝24第五章 智能車部分25系統(tǒng)總體方案255.15.25.35.4智能車整體程序流程圖27路徑識別模塊智能車電機設(shè)計28算法285.

3、4.15.4.25.4.35.4.45.5 循跡5.5.15.5.25.5.3PWM原理.28策略29.29智能車速度PIDPID算法算法子程序30策略細述一般彎道 人字區(qū)域過.31.31.32.34第六章 系統(tǒng)調(diào)試366.1 開發(fā)工具及系統(tǒng)調(diào)試366.2調(diào)試366.3 串口及藍牙調(diào)試38第七章主要技術(shù)參數(shù)39第八章 總結(jié)41參考文獻43附錄 A 部分源程序代碼I基于攝像頭檢測的尋線智能車設(shè)計V摘要該智能尋跡小車以 MK60DN512ZVLL10 單片機最小系統(tǒng)為，輔以電源模塊、圖像模塊、電機驅(qū)動模塊和運行調(diào)試模塊。小車通過美國 omnivision公司的攝像頭 OV7620賽道信息，經(jīng)過不斷

4、改進機械結(jié)構(gòu)并優(yōu)化算法，小車可以完美地識別各種賽道信息。經(jīng)過圖像處理后，通過轉(zhuǎn)向策略與 PID 算法驅(qū)動電機速度，實現(xiàn)路徑的檢測與識別。同時通過調(diào)整小車的重心、使小車的性與行進速度達到最優(yōu)。系統(tǒng)屬于以能量轉(zhuǎn)換為主，由直流電機輸入能量與電機，通過小車不同的運動輸出能量，是典型的機電系統(tǒng)。這份技術(shù)報告中，我們小組通過對整體方案、硬件電路、算法、機械結(jié)構(gòu)、調(diào)試參數(shù)等方面進行，詳盡地闡述了我們的思想和創(chuàng)意，具體表現(xiàn)了我們在電路的創(chuàng)新設(shè)計，以及算法方面的獨特想法。這份報告凝聚著我們的心血和智慧，是我們共同努力后的成果。：智能汽車 MK60DN512ZVLL10攝像頭PID 算法第一章 引言1.1 智能車

5、競賽背景汽車作為現(xiàn)代的交通工具，為的發(fā)展和進步做出了很大的貢獻?，F(xiàn)階段，汽車工業(yè)的發(fā)展水平和汽車的持有量已經(jīng)成為衡量一個的標志。二十一世紀，汽車研究的主要方向是智能化汽車。工業(yè)發(fā)達程度們普遍認為，新一輪汽車產(chǎn)業(yè)競爭的焦點，將是基于、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、智能自動化技術(shù)、人工智能技術(shù)、計開發(fā)。技術(shù)、通信技術(shù)等的智能汽車的研究設(shè)大學(xué)生智能模型車競賽是在飛思半導(dǎo)體公司資助下舉辦的以單片機為的大學(xué)生課外科技競賽。大賽要求使用組委會統(tǒng)一提供的車模，采用飛思32 位單片機 MK60DN512ZVLL10 作為單元，參賽隊伍要制作一個能夠識別路線的智能車，在專門設(shè)計的跑道上自動識別道路行駛，跑完整個賽道用

6、時最短，而且技術(shù)報告評分較高的參賽隊就是獲勝者。2006 年，我國舉辦了第一屆智能車競賽。首屆比賽采用 MC9S12DG128 作為主控，相比于 MK60DN512ZVLL10 有 512K 的程序空間，MC9S12DG128 只57 所高校的 112 支參賽有 128K 程序空間。首屆智能車競賽共有來自隊參加。如今，“飛思”杯大學(xué)生智能車競賽已舉辦了八屆，得到了高校師生的高度評價。隨著賽事的逐年開展，競賽由原先前四屆比賽分為光電組和攝像頭組外，第五屆比賽新增了電磁組，擴大創(chuàng)意組規(guī)模；賽道變窄，1難度。而第九屆比賽中，賽道新增人字元素，坡道增高，攝像提高小車頭組車模變?yōu)橹绷④?，難度較以往大幅增

7、加。1.2 智能車比賽意義智能車大賽初步模擬了一個人駕駛汽車的思維和過程，智能車比、模式識別、賽就是要求參賽傳感技術(shù)、能夠去進行這樣的研究，專業(yè)知識涉及、電氣、計算機、機械等多個學(xué)科，以實現(xiàn)讓車模能夠自2動尋跡并自動運動，最終實現(xiàn)小車智能化。該“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵探索，追求卓越”為指導(dǎo)思想，旨在促進高等學(xué)校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生綜合運用能力、基本工程實踐能力和創(chuàng)新意識，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的和潛能，倡導(dǎo)理論實際，求真務(wù)實的學(xué)風(fēng)和團結(jié)協(xié)作的人文精神。競賽綜合性很強，在提高參賽大學(xué)生的綜合能力的同時，也在一定程度上推動了智能汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進步。1.3 本文的主要內(nèi)容及安排本文首先了研

8、究背景、比賽規(guī)則和設(shè)計構(gòu)思。闡述了系統(tǒng)的配置、需求與分配和處理器的寄存器MK60DN512ZVLL10 單片機寄存器。相比于其它類型的單片機，32 位的 MK60DN512ZVLL10 的功能更加強大，引腳較多，處理速度明顯加快，能夠很好地滿足智能車系統(tǒng)的需要。本文共分八部分，具體章節(jié)安排如下：第一部分展現(xiàn)狀，緒論,了本次比賽的背景和意義，簡述智能車制作技術(shù)的發(fā)了本文的主要研究工作與章節(jié)安排。第二部分簡要攝像頭平衡小車的設(shè)計原理。第三部分簡要了特定路線的思想和策略。第四部分智能車機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。第五部分的設(shè)計、MCU設(shè)計。智能車設(shè)計路徑檢測傳感器的選用、速度檢測傳感器模塊的設(shè)計、驅(qū)動模塊的設(shè)計

9、、電源模塊的設(shè)計、顯示模塊的第六部分對系統(tǒng)調(diào)試的。第七部分賽道的主要技術(shù)參數(shù)。第八部分總結(jié)。3第二章設(shè)計原理簡述本系統(tǒng)以競賽組委會提供的 E 車模為主體， 以飛思 公司的 MK60DN512ZVLL10 為。賽道部分使用美國 OV 公司的攝像頭 OV7620，由于賽道是黑白的，中間白色，兩邊兩條黑線，通過大津法得到賽道黑白的閾值并將圖像二值化處理，然后從左到右依次找到正最大值和負最大值，此最大值就為左邊界和右邊界，因此就很容易德提取賽道中線即可獲得路徑信息，將中線作為參考，看偏離中線位置的大小來電機，電機左右差速就可以達到方向的目的，從而準確循跡。在此基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化路徑選擇，盡量以切線形式通

10、過各個彎道，達到縮短行車時間的目的。電源部分采用競賽規(guī)定的標準車模電池 7.2V 2000mAh Ni-Cd 蓄電池供電，通過 LM2940 將 7.2V 電壓轉(zhuǎn)為 5V 電壓，再通過 ASM117 將 5V 電壓轉(zhuǎn)為3.3V，以滿足不同模塊的功能需要。平衡部分主要靠 PID 算法調(diào)節(jié)，通過度傳感器和陀平滑濾波得到的角度，找到車平衡時的零偏位置，檢測小車偏離平衡位置的角度大小差量來電機向前后走，來達到平衡。速度部分是由單片機通過編碼器脈沖數(shù)計算出速度，再計算出當前速度與設(shè)定速度的差量，通過 PID車子的速度。4第三章整體方案設(shè)計本章簡要地了智能車系統(tǒng)總體方案的選定和總體設(shè)計思路，在后面的章節(jié)中

11、將整個系統(tǒng)分為機械結(jié)構(gòu)、統(tǒng)進行深入的分析。模塊、算法三部分對智能車系3.1 系統(tǒng)構(gòu)思智能小車的設(shè)計涉及了不同的領(lǐng)域，主要設(shè)計的領(lǐng)域有：機械電子、計算機以及光學(xué)。其中機械電子是智能小車的基礎(chǔ)，光學(xué)是智能小車的關(guān)鍵，計算機是智能小車的。它們之間的如圖 2.1 所示。圖 3.1 智能小車不同領(lǐng)域結(jié)構(gòu)圖智能小車又可以分成四個結(jié)構(gòu)，即感知系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、。系統(tǒng)、執(zhí)圖 3.2 智能小車結(jié)構(gòu)圖5能源系統(tǒng)系統(tǒng)感知系統(tǒng)計算機光學(xué)機械電子智能模型車的單片機通過傳感器路面信息，通過算法電機運行，以達到尋跡的目的。系統(tǒng)屬于以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量和信息，輸出不同形式能量的系統(tǒng)。其中由直流電機輸入能量，輸出的能量是小車

12、的運動。3.2 整體方案選定制作智能車，需要參賽隊伍學(xué)習(xí)和應(yīng)用開發(fā)工具開單元，自行設(shè)發(fā)，以飛思32 位單片機 MK60DN512ZVLL10 作為計和制作可以自動識別路徑的方案、電機的驅(qū)動電路、模型車的車速傳感電路以及微器的編程等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖 3.2 所示，圖中箭頭方向表示信號傳遞方向。圖 3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖3.2.1 單片機模塊系統(tǒng)為單片機最小系統(tǒng)，是和輸出的最重要的部分。單片機最小系統(tǒng)以 MK60DN512ZVLL10 單片機為，主要時鐘、旁路電容、電源接口、燒錄和調(diào)試接口、I/O 接口等。通過豐富的 I/O 接口和內(nèi)部強大的數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)信號和系統(tǒng)。3.2.2 電源模塊整個設(shè)

13、計中，電源采用 7.2V 電壓、2000mAh 電池容量、Ni-Cd 鎳鎘蓄電池6可充放電源電源管理模塊PWM 驅(qū)動直流電機MK60DN512ZVLL攝像頭OV7620傳感器陀編碼器陀傳感器作為系統(tǒng)能源。電源模塊是系統(tǒng)的能量來源，它分別向電機、傳感器模塊和單片機模塊提供3.2.3 傳感器模塊的電源，防止相互之間的電源干擾。傳感器模塊平衡傳感器、路徑傳感器、速度傳感器。傳感器 7361 和陀ENC03 組成，單片機通過對陀螺平衡傳感器以儀和傳感器的值進行 AD、融合，再把融合得到的角度反饋給電機，從而到達角度的目的。路徑傳感器采用攝像頭 OV7620，將攝像頭到的道路信息，通過圖像處小車的速度和

14、方向，使小理算法提取出邊界信息，通過相應(yīng)的車能夠沿著賽道的軌跡跑。策略，速度檢測傳感器是電機閉環(huán)中的重要部分，在傳感器選型上，充分考慮了傳感器的精度、延時、體積和重量等方面。在滿足系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，以簡化結(jié)構(gòu)為主要條件，選擇合適的速度檢測傳感器，并設(shè)計了相應(yīng)的硬件電路。3.2.4 電機模塊電機是模型車的動力源。直流電機驅(qū)動模塊接收速度信號，驅(qū)動采用由 MOS管搭建的 H 橋作為驅(qū)動，利用速度策略，電機正反轉(zhuǎn)，以智能車前進與后退。3.2.5 速度測量模塊速度測量模塊無線串口模塊、OLED 顯示等，為模型車參數(shù)確定提供試驗條件。速度檢測模塊通過攝像頭編碼器實時測量智能車車速，用于系統(tǒng)車速的閉環(huán)，以

15、精確車速。3.2.6 運行調(diào)試模塊運行調(diào)試模塊采用MDK Keil 4器進行集成運行環(huán)境作為開發(fā)工具對飛思的MK60DN512ZVLL10 微開發(fā)。并且通過 MDK 的調(diào)試工具，對傳感器不同排布的特性進行詳細的了解，并輔助制定策略。經(jīng)過多次試跑可以得到小車運行參數(shù)，運行參數(shù)運行速率、傳感器探測值、輸出轉(zhuǎn)向值、輸出速度值等，然后將至電腦，在電腦上運用 labview 作圖分析。7第四章智能車硬件部分智能車系統(tǒng)主要分為以下幾個部分：處理器單元、路經(jīng)檢測單元、速度檢測單元、直流電機驅(qū)動單元、調(diào)試電路單元、電源單元等。4.1 機械結(jié)構(gòu)整體設(shè)計考慮到重心的圖。，系統(tǒng)主控板設(shè)計地越小越好。下圖是主控板 P

16、CB 布線4.1-1 主控板 PCB 布線圖最初我們即采用碳素桿固定攝像頭，并用的電池扣固定電池，將電池伸出車體，由于規(guī)則要求電池距車輪最近距離不超過 3cm，因此電池不能伸出太多。因此車子呈“”狀。相比較前幾屆小車的扁平化機械結(jié)構(gòu)，“”狀的小車重心更穩(wěn)，速度提升范圍大。為了使小車重心進一步降低，經(jīng)過反復(fù)修改，我們在之前的基礎(chǔ)上有進行改裝，將原來的整塊主控板上的電機驅(qū)動模塊鋸下，并把主控板主要部分的位置由原來緊貼車模改放到電機上方，車子整體機械結(jié)構(gòu)仍9呈“”狀，具有重心低，性好的特點，有利于小車速度的提升。圖 4.1-2 改裝前整機的效果圖10圖 4.1-3 改裝后整機的效果圖4.2 MCU模

17、塊模塊主體是單片機 MK60DN512ZVLL10 最小系統(tǒng)，主要時鐘、旁路電容、電源接口、燒錄和調(diào)試接口、I/O 接口等。S12XS滿足了用戶對設(shè)計靈活性和平臺兼容，并在一系列汽車平臺上實現(xiàn)了硬件和可重用11性。K60板 PCB 圖如圖 4.4-1 所示。圖 4.2-1 K60板 PCB 圖圖 4.2-2 MK60DN512ZVLL10板實物圖4.2.1 MCU模塊電路設(shè)計12MCU 最小系統(tǒng)其 5V 電源輸入電路、時鐘電路、復(fù)位電路、RS232 電平轉(zhuǎn)換電路、BDM 調(diào)試電路等。MCU 內(nèi)部最高總線速度為 40MHz本設(shè)計在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)設(shè)計了電路，驅(qū)動電路、調(diào)試電路、電源電路、顯

18、示電路等。傳感器電路、圖 4.2.1-1 3.3V 電源無線模塊圖 4.2.1-2 BDM 調(diào)試接口電路13圖 4.2.1-3 單片機最小系統(tǒng)板接口4.3 攝像頭安裝路徑檢測傳感器是 小車（Automatic Guided是由通過攝像頭 0V7620于特種路線識別的傳感器，工業(yè)上應(yīng)用與自動導(dǎo)引Vehicles）的定線尋跡。攝像頭車要檢測的賽道環(huán)境賽道的圖像信息完成的。關(guān)于攝像頭 0V7620 的安裝位置，我們做了一些實驗：若攝像頭位置安裝的比較，攝像頭的視野比較遠，但是智能車的重心較高，智能車跑起來翻。若攝像頭安裝位置較低時，雖然智能車性差，尤其在轉(zhuǎn)彎處容易側(cè)性明顯提高了，但是攝像頭的視野太短

19、，不利于后期智能車的提速。最終我們采取了折中的做法，將攝像頭用碳素桿支撐在智能車的頂端，貼上海綿作為攝像頭的防撞保護，智能車的穩(wěn)定性明顯提高，視野也滿足我們目前的要求。14圖 4.3-1 攝像頭位置安裝圖4.4 速度檢測傳感器設(shè)計在智能車競速系統(tǒng)中，速度是的一個步驟，無論是直道還是彎道法。，都涉及到對電機速度的檢測，而對電機轉(zhuǎn)速的檢測則有多種方4.4.1 速度檢測傳感器電路設(shè)計速度傳感器常見的有以下三種方案：方案一：傳感器。開關(guān)集成電路中的信號放大器將元件產(chǎn)生的幅值隨磁場強度變化的電壓經(jīng)過信號變換器整形、放大后輸出幅值相等、頻率變化的方波信號。方案二：編碼器。在后輪齒輪傳動上粘貼一個黑白相間的

20、光碼盤，通過固定在附近的反射式15紅外傳感器光碼盤轉(zhuǎn)動的脈沖。方案三：測速發(fā)電機。輸出電動勢與轉(zhuǎn)速成比例的微特電機。改變旋轉(zhuǎn)方向時輸出電動勢的極性即相應(yīng)改變。在被測機構(gòu)與測速發(fā)電機同軸聯(lián)接時，只要檢測出輸出電動勢，就能獲得被測機構(gòu)的轉(zhuǎn)速。通過比較以上三種，我們測速裝置采用一個小型的編碼器。電機轉(zhuǎn)動時帶動傳動盤轉(zhuǎn)動，測速裝置就產(chǎn)生一系列脈沖，把這一系列的高低電平送到 cd4520 口，單片機的直接在規(guī)定時間內(nèi)cd4520 數(shù)據(jù)，可以計數(shù)出相應(yīng)的速度值。編碼器示波器輸出波形如圖 5.4，安裝方式如圖 4.5。圖 4.4.1-1 編碼器示波器輸出波形16圖 4.4.1-2 編碼器結(jié)構(gòu)圖4.4.2 速

21、度檢測傳感器電路設(shè)計測速傳感器通過與主驅(qū)動電機的嚙合得到當前電機的轉(zhuǎn)速，然后通過內(nèi)置的攝像頭編碼盤輸出占空比可調(diào)的 TTL 電平。圖 4.5 中的三端精密可調(diào)電阻用于輸出信號中的占空比，在調(diào)出最滿意的波形信號之后電路的輸出端就能輸出 TTL 電平，然后通過 MCU 的計數(shù)器直接計算累加的脈沖數(shù)量（時間內(nèi)累計的脈沖數(shù)量與電機轉(zhuǎn)速成正比）。17圖 4.4.2-1 速度檢測傳感器設(shè)計4.4.3 速度檢測傳感器的安裝兩個小型編碼器分別用熱熔膠固定在主控板左右兩側(cè)，齒輪完美嚙合。圖 4.4.3-1 編碼器安裝位置184.5 陀與度計4.5.1傳感器4.5.2 陀4.5.3 陀與度計的安裝我們利用鋼尺將陀

22、與度計固定在主控板下方，靠近固定攝像頭的碳素桿，由于碳素桿具有一定導(dǎo)電性，兩者用黑色絕緣膠布隔開。當小車直立達到平衡時，陀與度計正好垂直于地面。19圖 4.5.3-1 陀與度計的安裝4.6 驅(qū)動模塊設(shè)計電機是整個智能車系統(tǒng)中能耗最大的模塊，其驅(qū)動性能制約著整個系統(tǒng)的行進速度。4.6.1 電機驅(qū)動電路設(shè)計在往屆比賽中，絕大多數(shù)隊伍采用的方案是通過并聯(lián)多片 MC33886 驅(qū)動芯片提高電機的驅(qū)動能力。但是由于設(shè)計電路的不合理性使得流過多片 MC33886驅(qū)動的電流不均勻，經(jīng)常出現(xiàn)一片，而另外的沒有滿載的情況。我們采用 BTS7970 搭建的電路來提高整體電路的驅(qū)動能力。通過單片機輸出占空比可調(diào)的脈

23、沖信號，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的。這樣電路的內(nèi)阻很小，而且通過的電流很大，可以提供很強的驅(qū)動能力。20圖 4.6.1-1電機驅(qū)動電路圖圖 4.6.1-2 光耦 HCLP2630 電路圖214.6.2 電機及電機驅(qū)動板的安裝圖 4.6.2-1 電機及電機驅(qū)動板的安裝4.7 電源模塊設(shè)計小車通過標準車模電池 7.2V 2000mAh Ni-cd 蓄電池供電，用 LM2940 的穩(wěn)壓和 ASM117-3.3。由于小車不同功能模塊所需要的工作電壓和電流各不相同，因此需要用穩(wěn)壓電路將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成各個模塊所需要的電壓。設(shè)計中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、降低噪聲、防止干擾

24、和電路簡單等方面進行優(yōu)化。可靠的電源方案是整個硬件電路可靠運行的基礎(chǔ)。充電電池7.2v 2000mAh圖 4.6-1 電源分配圖22后輪電機單片機傳感器串聯(lián)穩(wěn)壓器電機驅(qū)動串聯(lián)穩(wěn)壓器電源具體分配如下：7.5VU7INASM1117-3.33.3V32OUTC16GNDC17F100uF220n7.5VU6LM2940-55V13VVOUTINC12 100uFC13 100uFGNDC14 100uFC15220nF圖 4.6-2 5V、3.3V 數(shù)字、模擬供電電路4.8 調(diào)試電路單元在小車行進過程中，我們需要不斷獲取其狀態(tài)以及各個參量的值，便于找出并修改參數(shù)使小車達到最好的狀態(tài)。硬件方面我們主

25、要采用的調(diào)試單元有藍牙及 OLED 顯示屏4.8.1 OLED 顯示屏一個好的系統(tǒng)，人機交互必不可少。在小車模型中，我們采用 OLED 搭配五2312VCC-5V電機驅(qū)動：光耦 HCLP2630，電機驅(qū)動BTS7970紅外對管：LM339，RPR220VCC-3.3V測速：CD4013，CD4520，74HC165OLED 顯示屏及藍牙模塊蜂鳴器向按鍵作為人機交互接口，以便根據(jù)小車的運行狀況及時修改參數(shù)。OLED 接口如下：圖 4.8.1-1 OLED 接口定義4.8.2 藍牙競賽組委會規(guī)定小車不能使用無線，由于藍牙在小車行進過程中發(fā)送數(shù)據(jù)非常方便，因此我們還是在 OLED 顯示屏上預(yù)留了藍牙

26、接口，待到正式比賽取下即可。4.8.3 OLED 及藍牙安裝OLED 顯示屏及藍牙安裝圖如下圖 4.8.3-1 OLED 及藍牙安裝24第五章 智能車部分高效的程序是智能車平穩(wěn)快速尋線的基礎(chǔ)。本智能車采用工字電感線圈作為尋跡傳感器，傳感器數(shù)據(jù)處理就成為了整個系統(tǒng)的內(nèi)容。在智能車的轉(zhuǎn)向和速度方面，我們使用的是經(jīng)典的 PID算法，配合使快速的效果。用理論計算和實際參數(shù)補償?shù)?，使在尋跡中智能車達到了5.1 智能車系統(tǒng)總體方案設(shè)計時系統(tǒng)的，在具有良好的硬件基礎(chǔ)上，好的算法才能充分發(fā)揮作用，粗略思想則更進一步?jīng)Q定了比賽的成績。算法上的靈活運用可以用來彌補硬件上的一些不足，所以硬件基礎(chǔ)和策略算法是相輔相成

27、的，最終目的是實現(xiàn)算法和硬件的相協(xié)調(diào)。智能車系統(tǒng)的速度檢測、PWM 電機算法及設(shè)計由以下幾個部分組成：路徑識別檢測、算法、速度策略、轉(zhuǎn)向策略等。道路檢測由攝像頭 0V7620 傳感器完成。電機和測速部分使用了單片機的PWM 模塊、SPI 模塊和外部中斷等。小車主程序框圖如圖 5.2。主程序圖 5.1-1 主程序框圖策略的選擇對智能小車的行駛性能也是的。速度固然越快越好，但也要使小車能夠平穩(wěn)完成比賽。譬如，直道入彎前速度需要減慢，以免沖出賽道；而從彎入直時則應(yīng)讓小車，在直道上能以較高速度完成。25PWM編碼器脈沖攝像頭系統(tǒng)初始化5.2整體程序流程圖圖 5.2-1 整體程序流程圖275.3 路徑識

28、別模塊設(shè)計路徑識別是智能小車的分。內(nèi)容，是決定小車能否順利完成比賽的程序主要思想是將智能車頂端的攝像頭 0V7620的一場一場的圖像信息到單片機,單片機先計算得到各個像素點灰度值的直方圖，再通過大津法遍歷 0255 個點尋找最佳閾值，以閾值對圖像進行二值化處理，經(jīng)濾波得到的賽道邊界等信息，從而提取出中線。動態(tài)閾值是。得到閾值后將圖像二值化處理，再從左到右掃描，若有三個以上像素點連續(xù)為黑則判定為邊界，這樣可以很大程度上濾除噪點的影響，二值化處理后就需要提取兩邊的黑線。在把左右兩邊黑線的位置取均值，就是中線的位置了。人字區(qū)域識別交叉口的 60 度尖角即可。5.4 智能車電機算法一般情況下小車的實際

29、速度與期望速度之間會有一定的差異，而且該差異會隨著路徑曲率的變化而發(fā)生變換。為了使得小車能夠以最快速度跟蹤期望速度，調(diào)速過程中采用了PID。實際使用速度策略，閉環(huán)速度系統(tǒng)，利用 PWM電機轉(zhuǎn)速，使得小車能夠在運行的前提下盡可能提高響應(yīng)速度，從而縮短調(diào)速過程。5.4.1 PWM原理脈寬寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)的原理就是通過直流斬波，利用大功率晶體管的開關(guān)特性來調(diào)制固定電壓的直流電源。按照一個固定的頻率來接通和斷開，并根據(jù)需要改變的一個周期內(nèi)的“接通”和“斷開”時間的長短，通過改變直流電機電樞上的電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而轉(zhuǎn)速。電的28圖 5.4.1-1 電機示意圖5.4.2 智能車

30、速度策略速度統(tǒng)的及硬件部分由 H 橋電機驅(qū)動系統(tǒng)、電機、傳動齒輪。系對象為模型汽車、系統(tǒng)執(zhí)行器為電機、系統(tǒng)測量環(huán)節(jié)為速度檢測。系統(tǒng)框圖如下：速度圖 5.4.2-1 閉環(huán)速度系統(tǒng)框圖5.4.3 PID算法5規(guī)律。實際經(jīng)驗比例微分是過程中應(yīng)用最廣泛的一種及理論分析充分證明這種果。規(guī)律用于多數(shù)被控對象能夠獲得較滿意的成(1)比例(P)比例是一種最簡單的方式。其器的輸出與輸入誤差信號成比例。當僅有比例時，在比例器輸出穩(wěn)態(tài)誤差。器的輸出信號 Uo 與輸入信號Ui (即偏差)的大小成正比，即29速度反饋速度檢測系統(tǒng)系統(tǒng)方波占空比Uo = Kp DUi（公式 5.1）(2)(I)在比，即器中，器的輸出信號

31、Uo 與輸入信號Ui 對時間的成正tòUo = KD（公式 5.2）U dtii0中，只要輸入信號Ui，器的輸出信號 Uo 就不斷積累，系統(tǒng)的輸出量逐漸趨向期望值，直至輸入偏差信號Ui =0，系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)為止。無靜差是的最大優(yōu)點。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在器中必須引入“項”。項對誤差取決于時間的，隨著時間的增加，項會增大。因此，比例+的器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。(3) 微分(D)微分器被調(diào)量的變化率進行調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)被調(diào)量的變化趨勢，及時避免出現(xiàn)大的偏差。在微分(即誤差的變化率)成正比，即：中，器的輸出與輸入誤差信號的微分d DUiU = K（公式 5.3）0Ddt這樣，具有比

32、例+微分的器，就能夠提前抑制誤差的作用等于零，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+積分微分器能系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。5.4.4 PID算法子程序角度：Gyro_Now=(ADC_Gyro1-Vzero)*P_G;Angle_Cro=Present_Angle+Angle_Blance;PWM_Angle_Out=Angle_P*Angle_Cro+Angle_D*Gyro_Now;速度：Speed_get=Speed_Get();30Reduce_a=(Speed_SZ-Speed_get);/獲得角度值Reduce_b=(Speed_SZ-Present

33、_Speed);/*TIME_SPEED;Speed_PWM+=Reduce_b;Speed_Cro=Reduce_a*Speed_P+Speed_PWM*Speed_I;方向：ADC_Gxro1=ADCx_Softwave_Average(ADC1,6,ADC_channal6)-ADC_Gxro1_Init;Direction_data=(uint8_t)sum-OV7620_MID;fxhtly=Direction_data*Direction_P;fxhcl =Direction_D*ADC_Gxro1;5.5 循跡策略細述5.5.1 一般彎道首先出中線，通過中線在賽道的偏移位置，智能

34、車的轉(zhuǎn)向。當中線在賽道中間時，判定前方為直線軌跡則電機轉(zhuǎn)向正中，同時驅(qū)動電機加大速度；當中線在賽道右方時，判定前方為右彎軌跡，則電機差速向右偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，如圖 5.5.1-1 所示，同時根據(jù)車速檢測單元檢測的當前速度，電機使速度下降，以免小車沖出賽道；當中線位于賽道左方時做類似處理。以此根據(jù)做差后的數(shù)值可以車體與中線的位置，從而電機差速轉(zhuǎn)向，車置。31圖 5.5.1-1 小車轉(zhuǎn)向示意圖彎道主要公式為：Direction_data=(uint8_t)(sum-OV7620_MID);5.5.2 人字區(qū)域本屆比賽新增人字彎，比賽規(guī)則中提供兩種過彎方案，一種是進入人字的調(diào)頭區(qū)后掉頭繼續(xù)行駛，另一中則

35、是直接拐過 60°彎。出于比賽時間的考慮，我們采用后案。如圖 5.5.2-1 所示。當車子距人字彎還有 L 長距離時，攝像頭已經(jīng)可以檢測到賽道邊界的 60°尖角，中線產(chǎn)生跳變。小車繼續(xù)前行，走過 L 段距離后，利用橫向陀小車可繼續(xù)正常行進。小車轉(zhuǎn)彎 60°，直接通過人字彎，此后，32圖 5.5.2-1 過人字路段示意圖人字主要算法如下：if(Zig_Zag_LC<=offset_set)Right_Offset_Direction=80+Right_MidLine*(48-RenZi_Hang)*0.1;/ 參數(shù)在 7 左右/Direction_data=(

36、uint8_t)(sum-Right_Offset_Direction);ADC_Gxro1=ADCx_Softwave_Average(ADC1,6,ADC_channal6)-ADC_Gxro1_Init;/獲取方向，D 參量的反饋量/PWM_Direction_Out=Direction_data*Direction_P+Direction_D*ADC_Gxro1;/ Ex_Swerve_Angle1=-(Zig_Zag_LC)*57.3/Radius_Truning;/PWM_Direction_Out=1000*(-(Zig_Zag_LC)*57.3/Radius_Truning+A

37、ngle_G2)+Angle_D*Gyro_Now1;else/1000/if(Flag_RZ1=0)Flag_RZ1+; Angle_G2=0;Swerve_Angle=(Zig_Zag_LC-Offset_Distance)*57.3/Radius_Truning; Ex_Swerve_Angle=(Zig_Zag_LC-Offset_Distance)*57.3/Radius_Truning;PWM_Direction_Out=-1000*(Zig_Zag_LC-offset_set)*57.3/Radius_Truning+Angle33_G2)+Angle_D*1.3*Gyro_No

38、w1; /1000/PWM_Direction_Out=3000; Flag_Zig_Zag=0;if(Zig_Zag_LC>=RenZiLuC)/ Angle_G2<=-120Flag_Zig_Zag=0; Angle_G2=0; Zig_Zag_LC=0; Flag_Right_Zig_Zag=0; Flag_RZ1=0;Swerve=0;/5.5.3過由于磚頭路障同賽道邊界一樣用黑色絕緣膠布包裹，因此小車可以將當做邊界，中線則自動改到與另一邊界之間，但小車只在低速狀態(tài)下才能及時尋中線避開，高速狀態(tài)時由于前瞻變遠，造成小車還未通過就折回到原來的中線處，從而刮到路障。于是我們在小

39、車檢測到中線跳變時就增大小車與中線的偏移量，這樣，只要能檢測到，小車就能安全通過。34圖 5.5.3-1 過示意圖主要算法如下：if(Flag_Right_ZhangAi=1)Direction_data=(uint8_t)sum-Right_ZhangAi;/ 85 ADC_Gxro1=ADCx_Softwave_Average(ADC1,6,ADC_channal6)-ADC_Gxro1_Init;/獲取方向，D 參量的反饋量PWM_Direction_Out=Direction_data*Direction_P+Direction_D*ADC_Gxro1; if(ZhangAi_LC&g

40、t;=70)/ Angle_G2<=-120Flag_ZhangAi=0; Flag_Left_ZhangAi=0; Flag_Right_ZhangAi=0; ZhangAi_LC=0; Flag_Zhangaibaohu=0;/35第六章 系統(tǒng)調(diào)試6.1 開發(fā)工具及系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試用到了 MDKKeil 4集成運行環(huán)境作為開發(fā)工具對飛開發(fā)，開發(fā)界面如圖。思的 MK60DN512ZVLL10 微器進行圖 6.1-1 MDK Keil4 開發(fā)界面MDK Keil4 的功能非常強大，可用于絕大部分單片機、系統(tǒng)的開發(fā)。用戶可在新建工程時將的類庫添加到集成環(huán)境開發(fā)環(huán)境中，工程文件一旦生成

41、就是一個最小系統(tǒng)，用戶無需再進行繁瑣的初始化操作，就能直接在工程中添加所需的程序代碼。利用 BDM 和 MDK Keil4 ，用戶可以進行一系列的調(diào)試工作，如監(jiān)視寄存器狀態(tài)、修改 PC 指針、設(shè)置斷點等，這樣能快速地幫助我們找到。或硬件的6.2調(diào)試通過 MDK Keil4 的調(diào)試工具，對傳感器不同排布的特性進行詳細的了解，并輔助制定策略。36同時，通過按鍵調(diào)整模塊進行策略的選擇和調(diào)試的試驗。在系統(tǒng)中，環(huán)境參數(shù)的確定很重要，故本設(shè)計采用環(huán)境變量策略，對于傳感器的數(shù)據(jù)，在化時需要標準量進行轉(zhuǎn)化，所以我們在比賽前對賽道進行一次參數(shù)矯正，手動調(diào)整模型車的位置，使其所有傳感器環(huán)境變化量，作為化的標準。完

42、之后調(diào)整撥碼開關(guān)，進入比賽程序。這樣就在最大程度上適應(yīng)了環(huán)境的變化。6.3 串口及藍牙調(diào)試我們用 Labview 編寫了一個簡單的上位機，可以接收串口及藍牙的數(shù)據(jù)，能非常直觀地對角度及速度進行，。圖 6.2-2 Labview 上位機調(diào)試界面38第七章主要技術(shù)參數(shù)改造后智能車的主要技術(shù)參數(shù)如表所示：39項目參數(shù)路徑檢測（賽題組）攝像頭組車模幾何（長、寬、高）（毫米）285 210 318車模輪距（毫米）輪距 180車模平均電流（勻速行駛）(毫安)1200電路電容總量（微法）1350傳感器種類及個數(shù)五種：攝像頭： 一個光電對管：兩個陀：兩個度計：一個編碼器：兩個新增伺服電機個數(shù)無賽道信息檢測空間

43、精度（毫米）20賽道信息檢測頻率（次/秒）60主要集成電路種類/數(shù)量4 種，單片機系統(tǒng)板一塊，陀度計板一塊，主控板一塊，oled 屏一塊。車模重量（帶有電池）（千克）1.8第八章 總結(jié)這份技術(shù)報告中，我們小組通過對整體方案、硬件電路、算法、機械結(jié)構(gòu)、調(diào)試參數(shù)等方面進行，詳盡地闡述了我們的思想和創(chuàng)意，具體表現(xiàn)在電路的創(chuàng)新設(shè)計，以及算法方面的獨特想法。這份報告凝聚著我們的心血和智慧，是我們共同努力后的成果。本文設(shè)計了基于攝像頭檢測技術(shù)的智能模型車。首先對設(shè)計方案進行分析，選擇攝像頭 0V7620 的處理方案。檢測電路方面，我們選擇了較為簡單的運算放大電路。本文接著分別對模型車的設(shè)計構(gòu)思和策略進行和

44、試驗結(jié)果。最后是測試方案模型車還有需要改進的地方，如算法上可以采用記憶算法，更進一步提高智能化，提高運行速度。在整個的設(shè)計和調(diào)試過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)新決，爭取做到最好，但很多地方還有待提高。，解在準備比賽的過程中，我們小組成員涉獵該競賽涵蓋了、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機、機械等多個學(xué)科知識，這次磨練對我們的知識融合和實踐動手能力的培養(yǎng)有極大的推動作用。在此要感謝將這項很公司和主辦有意義的科技競賽引入中國；感謝給的平衡車方案；感謝飛思方為我們提供了一個展示自舞臺；我們的成果離不開學(xué)校的大力支持及指導(dǎo)悉心的教導(dǎo)；還要感謝的是和我們一起協(xié)作的隊員們，協(xié)助、互促、共勉使我們能夠走到今天。最

45、后，向?qū)忛喌母魑唤淌诒硎旧钌畹木匆狻?0參考文獻1,2007.3-5.單片機.學(xué)做智能車：“飛思”杯M.北京:北京航空航天大學(xué)23應(yīng)用的開發(fā).2004開發(fā)技術(shù)M.北孫同景， 械工業(yè).Freescale 9S12 十六位單片機原理及，2008.845.常用算法:C 語言描述.2004器的設(shè)計與.第 19 期Kwang Soo.基于參數(shù)自整定模糊 PID.交通與計算機. 2001 年6Chang.AUTOMATED HIGHWAY SYSTEM EXPERIMENTS IN THE PATH PROGRAM.Department ofElectrical Engineering and Compu

46、ter,Sciences UniversityofCalifornia, Berkeley.200478MK60DN512ZVLL10Device User Guide V02.09.技術(shù)手冊東,基于攝像頭 0V7620 的智能小車路徑識別系統(tǒng).2009 年 09 期41附錄A 部分源程序代碼int main(void)uint8_tStarting_Line=0;u8 Flag_Start=0,count=0;/* 系統(tǒng)初始化 */ System_Init(); Flash_All(); Peripheral_Init();/*蜂鳴器響應(yīng)，表明程序起始*/GPIO_Init GPIO_Ini

47、t GPIO_Init GPIO_Init PTC->PDOR(PORTE,Pin_0,Out_PP,PTE,GPIO_PDDR_PDD(0),PORT_PCR_MUX(1); (PORTE,Pin_25,In_Normal,PTE,0,PORT_PCR_MUX(1); (PORTE,Pin_26,In_Normal,PTE,0,PORT_PCR_MUX(1); (PORTC,Pin_5,Out_PP,PTC,GPIO_PDDR_PDD(5),PORT_PCR_MUX(1);|= (1<<5);/Delay_ms(1000); buzzer_on; Delay_ms(1000

48、); buzzer_off; Delay_ms(1000); buzzer_on; Delay_ms(1000); buzzer_off;Delay_ms(1000);Delay_ms(5000);Delay_ms(1000); buzzer_on; Delay_ms(1000); buzzer_off; Flag_Start=0; imageh=Image_H;Speed_PWM_Configuration(); PWM_Out(1000,1000);OLED_Clear_Screen();/pwm 配置/NVIC_EnableIRQ(PORTC_IRQn);PIT_Init(1000,PI

49、T_Channal1); NVIC_SetPriority(PIT1_IRQn,2); OLED_Display();/使能場中斷中斷 1/1ms/Intercept=Speed_Set*Speed_Set*0.000402098+0.30015*Speed_Set+78.2155; while(1)count+;IOLED_Refresh();PTC->PDOR |= (1<<5);Acc_value=(27500-ADC_AccZ)*0.00558; if(SWITCH_2=SWITCH_UP)if(Flag_Start=0)Delay_ms(20000); Flag_S

50、tart+;/Flag_Up=1;/可以了if(Starting_First=1)|(Starting_Third=1)&&LuChen>=QiPaoXian_LuCheng&&Flag_Start_Line=1&&Flag_Zig_Zag=0&&Speed_direction=2)/Start_LC&&Flag_Starting_Line=1Starting_Line+;5000/Flag_Starting_Line=0; Flag_Up=0; buzzer_on; if(Starting_Line>=1)buzzer_off; buzzer_on; while(1)NVIC_DisableIRQ(PIT1_IRQn);