專業(yè)課程設(shè)計(jì)與實(shí)習(xí)報(bào)告(馬崟-攝像頭組)

1、湘潭大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目： 智能小車攝像頭 課程名稱： 專業(yè)課程設(shè)計(jì)與實(shí)習(xí) 學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2021550413 姓 名： 馬崟 指導(dǎo)教師： 肖業(yè)偉 完成日期： 2021.12.29 目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc7713 1. 設(shè)計(jì)的工程背景 PAGEREF _Toc7713 3 HYPERLINK l _Toc26961 1.1 任務(wù)闡述 PAGEREF _Toc26961 4 HYPERLINK l _Toc28547 1.2 任務(wù)分析 PAGEREF _Toc28547 4 HYPERLINK l _Toc29

2、079 1.3 課題工程管理方案進(jìn)度表 PAGEREF _Toc29079 5 HYPERLINK l _Toc2446 2.工程設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc2446 5 HYPERLINK l _Toc4733 2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc4733 5 HYPERLINK l _Toc17126 2.2 硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc17126 6 HYPERLINK l _Toc22270 PAGEREF _Toc22270 6 HYPERLINK l _Toc22001 PAGEREF _Toc22001 6 HYPERLINK l _Toc26065 P

3、AGEREF _Toc26065 7 HYPERLINK l _Toc5301 2.3 軟件程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc5301 8 HYPERLINK l _Toc7790 .3.2 控制策略的選擇 PAGEREF _Toc7790 9 HYPERLINK l _Toc26692 2.3.3 最小二乘法 PAGEREF _Toc26692 9 HYPERLINK l _Toc5934 .4求曲率策略 PAGEREF _Toc5934 9 HYPERLINK l _Toc24800 2.提取中心線策略 PAGEREF _Toc24800 10 HYPERLINK l _Toc19822

4、2.路徑優(yōu)化策略 PAGEREF _Toc19822 11 HYPERLINK l _Toc1030 PAGEREF _Toc1030 12 HYPERLINK l _Toc8167 2.4 總體軟件框架圖 PAGEREF _Toc8167 12 HYPERLINK l _Toc12282 2.5測(cè)速方案選擇 PAGEREF _Toc12282 13 HYPERLINK l _Toc11408 3. 方案實(shí)施 PAGEREF _Toc11408 13 HYPERLINK l _Toc26766 3.1硬件制作與調(diào)試過程 PAGEREF _Toc26766 13 HYPERLINK l _Toc

5、14023 3.1.1 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc14023 14 HYPERLINK l _Toc16178 3.1.2 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc16178 14 HYPERLINK l _Toc8089 3.2 軟件程序調(diào)試過程 PAGEREF _Toc8089 14 HYPERLINK l _Toc22686 4. 結(jié)果與結(jié)論 PAGEREF _Toc22686 14 HYPERLINK l _Toc2390 4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 PAGEREF _Toc2390 14 HYPERLINK l _Toc25734 4.2 結(jié)論 PAGEREF _Toc25734 15 HY

6、PERLINK l _Toc18657 5. 收獲與致謝 PAGEREF _Toc18657 17 HYPERLINK l _Toc16443 6. 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc16443 18 HYPERLINK l _Toc6744 附件1 ：辯論問題答復(fù)記錄表 PAGEREF _Toc6744 19 HYPERLINK l _Toc819 附件2 程序算法 PAGEREF _Toc819 20 1. 設(shè)計(jì)的工程背景 現(xiàn)在半導(dǎo)體在汽車中的應(yīng)用越來(lái)越普及，汽車的電子化已成為行業(yè)開展的必然趨勢(shì)。它包括了汽車電子控制裝置，即通過電子裝置控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身、制動(dòng)防抱死及動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等

7、，到車載汽車電子裝置，即汽車信息娛樂系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響及車載通信系統(tǒng)等等，幾乎涵蓋了汽車的所有系。汽車電子的迅猛開展必將滿足人們逐步增長(zhǎng)的對(duì)于平安、節(jié)能、環(huán)保以及智能化和信息化的需求。教育部為了加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，在已舉辦全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)等幾大競(jìng)賽的根底上，經(jīng)研究決定，委托教育部高等學(xué)校自動(dòng)化教學(xué)指導(dǎo)分委會(huì)主辦每年一度的全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽，并成立了由教育部、自動(dòng)化分教指委、清華大學(xué)、飛思卡爾半導(dǎo)體公司等單位領(lǐng)導(dǎo)及專家組成的“第一屆飛思卡爾杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽組委會(huì)。該競(jìng)賽是為了提高大學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力而舉辦的，具有重大

8、的現(xiàn)實(shí)意義。與其它大賽不同的是，這個(gè)大賽的綜合性很強(qiáng)，是以迅猛開展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感、電子、電氣、計(jì)算機(jī)和機(jī)械等多個(gè)學(xué)科穿插的科技創(chuàng)意性比賽，這對(duì)進(jìn)一步深化高等工程教育改革，培養(yǎng)本新意識(shí)，培養(yǎng)本科生生從事科學(xué)、技術(shù)研究能力具有重要意義。以智能汽車為研究背景的科技創(chuàng)意性制作，是一種具有探索性的工程實(shí)踐活動(dòng)，其本質(zhì)也是人類創(chuàng)造有用人工物的一種訓(xùn)練性實(shí)踐，其過性是綜合，而結(jié)果屬性很可能是創(chuàng)造。通過競(jìng)賽，參賽的同學(xué)們培養(yǎng)了對(duì)已學(xué)過的根底與專業(yè)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)的綜合運(yùn)用的能力；帶著背景對(duì)象中的各種新問題，學(xué)習(xí)控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科新知識(shí)，包括

9、來(lái)自不同學(xué)科背景大學(xué)生的相互學(xué)習(xí)，逐漸學(xué)會(huì)了在學(xué)科穿插、集成根底上的綜合運(yùn)用；假設(shè)是以實(shí)用為目的，還必須考慮考慮可靠性、壽命、外觀工業(yè)設(shè)計(jì)、集成科學(xué)與非科學(xué)，在具體約束條件下融合形成整體的綜合運(yùn)用。這樣的訓(xùn)練是很有意義的。在智能車的開發(fā)過程中，各參賽隊(duì)伍需要改裝競(jìng)賽車模，完成智能巡線小車的制作。 在此過程中需要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與在線編程方法、單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)，自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)識(shí)別引導(dǎo)導(dǎo)線的硬件電路、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、車速反響電路、智能車舵機(jī)控制電路以及能使小車在不駛出賽道的前提下可能快速行駛的控制策略與軟件算法。第一屆“飛思卡爾杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽，已于2006年8月21日在清華大學(xué)

10、順利完畢。為了使更多的高校、更多的大學(xué)生參與到這一活動(dòng)中來(lái)，第二屆“飛思卡爾杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽原那么上由全國(guó)有自動(dòng)化專業(yè)的理工類高等本科學(xué)校約270余所參賽，每個(gè)參賽學(xué)校限2個(gè)隊(duì)；分五個(gè)賽區(qū)進(jìn)展預(yù)賽，各分賽區(qū)的優(yōu)勝隊(duì)參加決賽。第四屆“飛思卡爾杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽將參賽規(guī)模擴(kuò)大到每校四個(gè)隊(duì)伍，比賽的普及性進(jìn)一步提高。第五屆“飛思卡爾杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽新增了磁導(dǎo)航組，增加了比賽的多樣性和精彩程度。第六屆比賽在第五屆根底上將光電組和攝像頭組賽道增加了虛線設(shè)置，增加了比賽難度，也是對(duì)參賽隊(duì)員能力的挑戰(zhàn)。第七屆攝像頭和光電組的識(shí)別賽道由以往的中心識(shí)別改為兩邊的識(shí)別。智能車的開發(fā)與設(shè)計(jì)涉及

11、到多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于大學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，知識(shí)面的拓展和分析問題解決問題的能力的提高很有意義，并且有利于提高大學(xué)生的動(dòng)手能力、激發(fā)創(chuàng)新能力。此外，制作這樣一個(gè)高性能智能小車的過程，也是需要同組成員相互協(xié)作、嚴(yán)密配合的過程，在此過程中，團(tuán)隊(duì)成員的交流與合作也顯得尤為重要。1.1 任務(wù)闡述工程采用指定的8位、16位、32位微控制器作為核心控制單元，自主構(gòu)思控制方案進(jìn)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括傳感器信號(hào)采集處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制以及控制算法軟件開發(fā)等，完成智能車工程制作及調(diào)試，于指定日期與地點(diǎn)參加各分賽區(qū)的場(chǎng)地比賽，在獲得決賽資格后，參加全國(guó)總決賽的場(chǎng)地比賽。中心目標(biāo)是不違反大賽規(guī)那么的情況下以最短時(shí)間

12、完成單圈賽道。智能車的制作過程中主要包括攝像頭選型、電源電路定型、驅(qū)動(dòng)電路搭建乃至整車機(jī)械構(gòu)造定型、軟件算法的編寫等，這些過程無(wú)一不考驗(yàn)我們組員的能力。我們自己挑選攝像頭類型，將攝像頭標(biāo)定準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)制作電路板，制作舵機(jī)以及攝像頭構(gòu)造架，挑選編碼器，編寫程序算法這些技術(shù)不僅僅依靠書本上的理論，更多的是我們自己翻閱資料的能力，這些結(jié)果凝聚我們組成員的心血與汗水，是團(tuán)隊(duì)合作的結(jié)果。在這個(gè)過程中，涉及到了眾多學(xué)科自動(dòng)控制、模式識(shí)別、傳感器技術(shù)、汽車電子、電機(jī)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械原理等等，這些學(xué)科的涉獵不僅增加了我們的閱歷，對(duì)于知識(shí)融合和動(dòng)手能力的提高也有著極大的作用。1.2 任務(wù)分析智能車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

13、可分為三個(gè)局部：機(jī)械局部、硬件電路局部和軟件局部。本次比賽組委會(huì)統(tǒng)一更改為使用單電機(jī)的A車模型，根本上除了電機(jī)以外其他局部和C車一樣。對(duì)于機(jī)械的調(diào)整，不僅要考慮整車的重心調(diào)整，也要考慮攝像頭位置的擺放。電路方面應(yīng)該在比賽規(guī)那么的要求下盡可能的簡(jiǎn)潔緊湊，以減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，同時(shí)也要將所有需要功能提供出來(lái)，同時(shí)保證電路穩(wěn)定運(yùn)行。智能車的核心局部是軟件算法、信息獲取和處理是關(guān)鍵。和往屆相比，處理器可以使用32位的，并且可以選擇不同內(nèi)核的，有了充足的資源的條件下可以使程序更加健全，保證系統(tǒng)能夠在更高頻率下穩(wěn)定運(yùn)行。1.3 課題工程管理方案進(jìn)度表序號(hào)各階段完成的內(nèi)容完成時(shí)間1查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料、課題調(diào)研202

14、1.5.20-2021.6.282掌握設(shè)計(jì)軟件、制訂進(jìn)度方案2021.6.28-2021.5.303系統(tǒng)方案的比擬和選定2021.-2021.8.084單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及元器件選擇2021.8.10-2021.9.155系統(tǒng)硬件制作及調(diào)試2021.9.15-2021.9.206硬件制作結(jié)果檢查2021.10.20-2021.7撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書2021.10.25-2021.11.288辯論2021.11.30-2021.2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 圖2-1 硬件電路設(shè)計(jì) 全橋功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，又稱為H橋驅(qū)動(dòng)電路，其根本原理圖如圖1所示。形象的說(shuō)，4個(gè)開關(guān)或者功率管組成H橋的4條垂直腿，而電機(jī)

15、或者負(fù)載就是H中的橫杠。通過控制4個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通與截止可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的正向加電和反向加電，其最廣泛的用途就是電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。H橋驅(qū)動(dòng)電路加電必須是對(duì)角線兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)翻開，而半橋臂的上下開關(guān)管不能同時(shí)翻開，否那么會(huì)造成上下位開關(guān)管直接短路，電源直接對(duì)地短接，造成瞬態(tài)電流過大，開關(guān)管損壞。當(dāng)開關(guān)管中的1,4導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)過開關(guān)1電機(jī)開關(guān)4流動(dòng)，電機(jī)向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；反之，當(dāng)開關(guān)管中的2,3導(dǎo)通時(shí)，電流那么經(jīng)過開關(guān)3電機(jī)開關(guān)2流動(dòng)，電機(jī)向相反方向運(yùn)動(dòng)。 圖 2-2 隔離電路就是用來(lái)將大電源比方按7.2伏電壓轉(zhuǎn)化為所需電壓如5V或3V，并將7.2V和5V或3.3V隔離起來(lái)以免燒壞供電設(shè)備。 圖 2-3 此主

16、控基于芯片是以ARM公司開發(fā)的內(nèi)核的恩智浦公司開發(fā)的MKDN512ZVLQ控制器，最高主頻達(dá)150MHz,擁有定時(shí)器、中斷、輸入捕捉、AD/DA、FTM正交解碼、低功耗定時(shí)器等強(qiáng)大外設(shè)；基于此控制器的主控電路如下。 圖 2-4 軟件程序設(shè)計(jì).3.1 算法 PIDProportional Integral Differential控制是比例、積分、微分控制的簡(jiǎn)稱。在自動(dòng)控制領(lǐng)域中，PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的根本控制方式。 圖 2-5其中虛線框內(nèi)的局部是PID控制器，其輸入為設(shè)定值 與被調(diào)量實(shí)測(cè)值 構(gòu)成的控制偏差信號(hào) 式2-1 其輸出為該偏差信號(hào)的比例、積分、微分的線性組合，也即PID控制

17、律： 式2-2式中， 為比例系數(shù)；為積分時(shí)間常數(shù)；為微分時(shí)間常數(shù)。根據(jù)被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性和控制要求的不同，式(3.2)中還可以只包含比例和積分的PI調(diào)節(jié)或者只包含比例微分的PD調(diào)節(jié)。.3.2 控制策略的選擇控制語(yǔ)言的形式有位置式、增量式、積分別離式、抗積分飽和控制、梯形積分控制、變積分控制等；最終我們根據(jù)控制目標(biāo)實(shí)際情況和需求選擇了抗積分飽和的PID控制。 所謂的積分飽和現(xiàn)象是指系統(tǒng)存在一個(gè)方向的偏差，PID控制的輸出由于積分作用的不斷累加而加大，從而導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)極限位置，假設(shè)控制器輸出繼續(xù)增大執(zhí)行器開度不可能再增大，此時(shí)計(jì)算機(jī)輸出控制超出了正常范圍而進(jìn)入飽和區(qū)。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)反向偏差，u(k

18、)逐漸從飽和區(qū)退出。進(jìn)入飽和區(qū)越深那么退出飽和區(qū)時(shí)間越長(zhǎng)。 在這段時(shí)間里，執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然停留在極限位置而不隨偏差反向而立即做出相應(yīng)的改變，這時(shí)系統(tǒng)就像失控一樣。所以對(duì)積分飽和的消除是十分有必要的。 防止積分飽和的思路就是：判斷上一時(shí)刻的控制量u(k-1)是否已超出極限范圍；如果超出那么只累計(jì)反方向的偏差不累加同一方向的偏差；從而防止長(zhǎng)時(shí)間停留在飽和區(qū)。2.3.3 最小二乘法 最小二乘法又稱最小平方法是一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)。它通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最正確函數(shù)匹配。利用最小二乘法可以簡(jiǎn)便地求得未知的數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。最小二乘法還可用于曲線擬合。線性最下

19、二乘法擬合公式： 式2-3 式2-4.4求曲率策略 對(duì)賽道信息的提取除了車身與賽道的斜率之外還有一個(gè)很重要的信息，曲率這對(duì)小車速度的控制尤為重要。根據(jù)一個(gè)三角形可以確定一個(gè)外接圓的原理，我們圖像信息上中下三點(diǎn)采用坐標(biāo)法計(jì)算圓心坐標(biāo)，然后求取其半徑，即它的倒數(shù)就為曲率。 我們采用的是從中間向兩邊掃描的形式，其二值化圖像及效果如圖2-6所示，其程序框圖如圖2-7所示。 圖 2-6 圖 2-7 在飛思卡爾比賽彎道中，有一種特殊的彎道，小S彎道；小車在過這種彎道時(shí)如果還是用原來(lái)的策略和方法行進(jìn)的話，小車的方向就會(huì)隨彎道方向左右打角，這樣不僅多走了路程而且小車在舵機(jī)打角的過程中還會(huì)減速，所以有必要對(duì)路徑

20、進(jìn)展優(yōu)化。目前的優(yōu)化策略就是通過取圖像中心點(diǎn)，差分然后進(jìn)展累加求平均值，這樣可以令遠(yuǎn)處和和近處在中心線兩邊的點(diǎn)的偏差相互抵消，這樣可以起到一定效果，但不怎么理想。圖 2-8小車的轉(zhuǎn)向時(shí)通過舵機(jī)來(lái)控制的，而舵機(jī)的打角可通過小車與賽道的偏差與斜率共同控制；以偏差作為為PID控制量的偏差來(lái)控制；二根據(jù)小車與賽道的斜率會(huì)把偏差放大的原理，我們可令PID控制中的P值與斜率成二次函數(shù)的關(guān)系。如右圖所示。 圖 2-92.4 總體軟件框架圖圖 2-102.5測(cè)速方案選擇 速度采集是閉環(huán)控制系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)。為了使得車模能夠平穩(wěn)地沿著賽道運(yùn)行，車速要與舵機(jī)配合，以保證車模在各種道路上性能穩(wěn)定。所以要實(shí)時(shí)檢測(cè)

21、當(dāng)前車模速度，并根據(jù)車模在賽道上所處的情況來(lái)調(diào)整速度。車速檢測(cè)可用光電碼盤、編碼器、透射式光電檢測(cè)和霍爾傳感器檢測(cè)等。在實(shí)際運(yùn)用中我們對(duì)這幾種方式進(jìn)展了比擬發(fā)現(xiàn)編碼器的準(zhǔn)確度更高，因此最后我們采用了編碼器對(duì)電極進(jìn)展測(cè)速。 3. 方案實(shí)施過程3.1.1 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)室工程設(shè)計(jì)中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，在完成系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)后要進(jìn)展系統(tǒng)的調(diào)試，以檢查系統(tǒng)的完整性和有效性。系統(tǒng)調(diào)試分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試兩局部。3.1.2 硬件調(diào)試首先是對(duì)硬件電路的電源局部，傳感器局部以及驅(qū)動(dòng)局部進(jìn)展調(diào)試，電源局部的調(diào)試主要看其輸出電壓是否滿足要求，攝像頭的調(diào)試主要包括圖像清晰度調(diào)節(jié)以及安裝位置的調(diào)整。接著就是調(diào)

22、試舵機(jī)的中心值、左右最大極限以及轉(zhuǎn)的方向是否正確，再接著就是檢驗(yàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，以及編碼器的工作是否正常，我們所用的方法是給一個(gè)恒定PWM 占空比，觀察電機(jī)是否會(huì)轉(zhuǎn)，如果轉(zhuǎn)起來(lái)了再觀察所捕捉到的脈沖數(shù)是否穩(wěn)定，如只有很小的波動(dòng)說(shuō)明其工作在情況正常。最后對(duì)整體進(jìn)展調(diào)試。各局部子電路調(diào)試完畢后，對(duì)小車進(jìn)展整體調(diào)試，令小車以某一較低的速度行駛，通過彎道時(shí)保證有適宜的舵機(jī)轉(zhuǎn)角。在舵機(jī)轉(zhuǎn)角調(diào)試過程中得到的經(jīng)歷值的根底上進(jìn)展修改。利用軟件對(duì)參數(shù)進(jìn)展修改，提高小車直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和修改舵機(jī)轉(zhuǎn)角。如此反復(fù)進(jìn)展，直到得到較為適宜的經(jīng)歷值。先讓小車行駛穩(wěn)定，在此根底上逐步提高小車速度。 軟件程序調(diào)試過程 在軟件設(shè)計(jì)中，

23、根據(jù)之前的各模塊的規(guī)劃進(jìn)展初始化設(shè)置，在編寫程序前，要先對(duì)各個(gè)模塊分別進(jìn)展調(diào)試，并編寫各局部的子程序。調(diào)試PWM 口時(shí)同過示波器觀測(cè)產(chǎn)生的波形是否正常。也可通過示波器觀測(cè)編碼器產(chǎn)生的波形是否正常，有無(wú)喪失脈沖的現(xiàn)象也可由示波器觀測(cè)到。然后就是觀察采到的數(shù)據(jù)是否正常，黑線是否穩(wěn)定，因?yàn)樵谥拔覀兊能囎映霈F(xiàn)過采到數(shù)據(jù)都是整幅圖像在上下漂移，根本無(wú)法使用，后來(lái)發(fā)現(xiàn)是電源出了問題，原始圖像穩(wěn)定是一切算法的前提，所以必須保持圖像的穩(wěn)定，然后再看閥值是否適宜以及黑線是否提取準(zhǔn)確，通過BDM 在線觀察所求出來(lái)的各各量是否適宜。在每一局部程序調(diào)試通過后，對(duì)所有子程序進(jìn)展整合，編寫出完整的主程序，在IAR 界面

24、完成程序編譯后，通過BDM 工具，將程序下載到K60 微處理器中，然后進(jìn)展小車的調(diào)試。 4. 結(jié)果與結(jié)論4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果自去年12月開場(chǎng)學(xué)校的智能車選拔，我們已經(jīng)走過九個(gè)月的歷程，一路拼搏，一起參加了校賽、省賽，賽區(qū)賽，這一路上我們歷經(jīng)風(fēng)風(fēng)雨雨，走到現(xiàn)在。小車已經(jīng)能跑出平均速度為2.6m/s,最高速度能到達(dá)3m/s。小車實(shí)物圖如圖4-1、4-2、所示。 圖 4-1 圖 4-24.2 結(jié)論該設(shè)計(jì)在滿足競(jìng)賽組委會(huì)有關(guān)要求的前提下，對(duì)車模和硬件進(jìn)展了進(jìn)一步的優(yōu)化，本設(shè)計(jì)采用飛思卡爾公司提供的MC9S12XS128單片機(jī)作為控制模塊，以CCD攝像頭作為傳感器預(yù)知路況，以光電編碼器作為速度傳感器，實(shí)時(shí)采

25、集速度信息，整個(gè)系統(tǒng)閉環(huán)控制，是小車能夠穩(wěn)定快速的運(yùn)行。開場(chǎng)準(zhǔn)備制作小車到現(xiàn)在有了大半年的時(shí)間，參賽車隊(duì)由三名本科生和兩位指導(dǎo)教師構(gòu)成，小組三人分工協(xié)作在教師的指導(dǎo)下，從對(duì)小車的一無(wú)所知到現(xiàn)在自己寫程序、調(diào)硬件。在這個(gè)半年中我們?cè)驗(yàn)橛布∶悦＿^，也曾為小車的順利跑完全程而喜悅。我想說(shuō)，“飛思卡爾，想說(shuō)愛你不容易，這個(gè)過程中感覺不像是在和其他的車競(jìng)爭(zhēng)，而是和自己在競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)槲覀儾恢饨绲那闆r是如何，我們只有不斷地超越自己現(xiàn)在的速度，不斷地去突破，才能使自己走的更遠(yuǎn)。5. 收獲與致謝 暑假在這種比賽中慢慢的接近了尾聲，我的TI實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)生涯也要完畢了，其實(shí)在我看來(lái)這樣的生活才像一個(gè)大學(xué)生應(yīng)該

26、有的生活，因?yàn)楫吘古d趣所以行動(dòng)。還記得去年暑假我第一次進(jìn)TI那種蓬勃的熱情，當(dāng)初，陳教師要我們寫下自己一年時(shí)間的規(guī)劃，我興致勃勃的寫了滿滿的一張a4紙，到現(xiàn)在我也不知道我完成了多少，但是所有的方案中我只能說(shuō)飛思卡爾是我最用心的，也是花了最多的時(shí)間的！也承載了我這個(gè)工科男滿滿的夢(mèng)想。在比賽中沒有任性辜負(fù)了小車的感受，沒有發(fā)揮出小車的極限，也真是一大遺憾！不過這個(gè)過程對(duì)我這個(gè)學(xué)控制的工科男的收獲還是蠻多的！就像有些車友說(shuō)的，在青春最美好的時(shí)光里，陪伴你的可能不是妹子而是電路、代碼、基友和奔跑的小車，想想就會(huì)從心底浮起笑容，又差點(diǎn)涌出淚水。那些在實(shí)驗(yàn)室里和小伙伴們一起度過的金子般閃光的日子，將是你一

27、生回憶里的瑰寶。在樓上調(diào)車的日子真的是大學(xué)生活中最充實(shí)的時(shí)光，32.5m的賽道我們八輛車在調(diào)試，一起撞車，一起開玩笑，一起體驗(yàn)三車追逐！殘酷的七月無(wú)論是跑兩米多還是還不能跑完全程，我們都在這種愉快的氣氛中見證了我們小車的成長(zhǎng)，開開心心的陪我們的小車走上了飛思卡爾舞臺(tái)的終點(diǎn)！此次飛思卡爾也讓我明白了控制這條路很長(zhǎng)，小就涉及到普通工廠的流水線工作，大的涉及到未來(lái)機(jī)器人的開展上面。飛思卡爾讓我堅(jiān)決了走控制這條路，我也希望我在控制這條路上越走越遠(yuǎn)。在暑假的這些比賽中我也了解到了其他高校大學(xué)生的專業(yè)水平，在自動(dòng)化方面已經(jīng)甩了我們很遠(yuǎn)了，在學(xué)校就是如此那么日后到了社會(huì)中必然會(huì)有很大的競(jìng)爭(zhēng)力。自動(dòng)化這個(gè)專業(yè)

28、的前景非常好所以在社會(huì)上找工作的競(jìng)爭(zhēng)力絕對(duì)是非常殘酷的，只有脫穎而出才能為自己爭(zhēng)取一席之地。所以在控制這個(gè)方向我害的有很長(zhǎng)的路要走.同時(shí)我們也要感謝劉教師的悉心關(guān)心，在他的帶著下我們沒有后顧之憂，在實(shí)習(xí)過程中遇到什么問題都能夠在劉教師這里得到解決，劉教師是我們的良師益友，和我們非常的親近。還要感謝的就是我們實(shí)驗(yàn)室的陳教師，在比賽過程中為我們提供了大力的資金支持，為我們解決一些力所能及的小問題。在實(shí)驗(yàn)室相處一年也是非常的盡心盡力，至此我希望TI實(shí)驗(yàn)室越來(lái)越好。6. 參考文獻(xiàn)1 卓晴，黃開勝，邵貝貝等?學(xué)做智能車挑戰(zhàn)“飛思卡爾杯?C.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.2 尹念東. ?智能車輛

29、的研究及前景?J.上海汽車 技術(shù)導(dǎo)向，1994. 2021.3 余星毅，徐斌，余春賢，譚興聞.吉林大學(xué)愛德2隊(duì)技術(shù)報(bào)告.4 Freescale Semiconductor Technical Data Document: MC9S12XS256 Reference Manual Rev.1.09,09/20215卓晴，王琎，王磊?基于面陣CCD的賽道參賽檢測(cè)方法?D. 清華大學(xué)，2006.6謝文策?線陣CCD圖像不失真采集算法及實(shí)現(xiàn)?J. 信息通信，2021，9(4)：4-6. 7周亞羅，潘曉娣，曹秀爽等?基于圖像處理的輪廓提取方法應(yīng)用?J. 唐山學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，14(6)：3-4. 8俞

30、雪婷?飛思卡爾智能車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?D. 沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2021.9潘豐厚?基于飛思卡爾XS128微控制器的智能車系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)?D. 沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2021.10卓晴?智能汽車自動(dòng)控制器方案設(shè)計(jì)?D. 清華大學(xué)自動(dòng)化系，2006. 附件1 ：辯論問題答復(fù)記錄表學(xué)號(hào)： 2021550413 姓名： 馬 崟 專業(yè)、班級(jí)： 13級(jí)自動(dòng)化4班 教師所提問題：1、智能車的制作對(duì)控制核心有什么要求？2、控制算法是怎么樣構(gòu)成的，怎么優(yōu)化？3、制約小車速度的因素有哪些？學(xué)生答復(fù)下列問題：1、智能車尤其是攝像頭組需要在短時(shí)間內(nèi)處理大量的數(shù)據(jù)對(duì)處理器的要求比擬高，如浮點(diǎn)運(yùn)算能力、存儲(chǔ)器大小、各種外設(shè)功能

31、如定時(shí)器、中斷、FTM模塊等都要比擬強(qiáng)大。2、小車的控制算法是以PID算法為根底、通過與實(shí)際相結(jié)合采用動(dòng)態(tài)參數(shù)擬合的方式是小車在不同的路段到達(dá)最正確運(yùn)行狀態(tài)。3、制約小車的速度因素可以大體分為三大類；一是小車的機(jī)械構(gòu)造，小車的機(jī)械構(gòu)造決定它速度可以到達(dá)的上限。二是小車的程序算法。三是小車的硬件局部的驅(qū)動(dòng)電路。附件2 程序算法#include main.h #define PAEN 6int Speed_flag=1;int Line_use_bufLine_number2=0;/這個(gè)數(shù)組的作用是為了存放不斷返還回來(lái)的Line_use行，用于計(jì)算路形int Line_use_last; /上一次

32、的Line_use,即上次的貫穿行int Line_use_2_last;/撥碼開關(guān)int Line_Zhi_Dong;int Speed_max_Wan;double P_DATA ;double I_DATA ;double D_DATA;unsigned char SW;float B_T_B;float Kp_a;float Kp_b;float Kp_c;int PWMDTY_BUF;/脈沖累加器void Init_Event_Count(void) PACTL = (10;x-) /for(y=220;y0;y-) for(y=200;y0;y-) _asm nop; void m

33、ain(void) DDRA=0X00; DDRB=0X00; SW=PORTB & 0 xFF;/讀取撥碼開關(guān)/撥碼開關(guān)控制參數(shù) /必要初始化 PLL_Init(); PWM_nation_init(); Init_Event_Count(); UART_Init(); ECT_Init(); / if(SW=0XFE) P_DATA =1.3; /增大比例系數(shù)可以增大上升空間，消除靜態(tài)誤差 I_DATA =1.3; /增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小超調(diào)，減慢反響速度 D_DATA =3.5; /加快相應(yīng)，但是容易引起震蕩 Line_Zhi_Dong=1;/彎道減速控制行最小 Speed_max_W

34、an=90;/彎道最大速度 B_T_B=0.5; /舵機(jī)控制參數(shù) Kp_a=2.7; Kp_b=3.4; Kp_c=3.7; PWMDTY_BUF=160; if(SW=0XFD) P_DATA =1.3; /增大比例系數(shù)可以增大上升空間，消除靜態(tài)誤差 I_DATA =1.3; /增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小超調(diào)，減慢反響速度 D_DATA =3.5; /加快相應(yīng)，但是容易引起震蕩 Line_Zhi_Dong=4;/彎道減速控制行最小 Speed_max_Wan=100;/彎道最大速度 B_T_B=1; /舵機(jī)控制參數(shù) Kp_a=2.7; Kp_b=3.4; Kp_c=3.7; PWMDTY_BUF

35、=160; if(SW=0XFB) P_DATA =1.3; /增大比例系數(shù)可以增大上升空間，消除靜態(tài)誤差 I_DATA =1.3; /增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小超調(diào)，減慢反響速度 D_DATA =4; /加快相應(yīng)，但是容易引起震蕩 Line_Zhi_Dong=4;/彎道減速控制行最小 Speed_max_Wan=110;/彎道最大速度 B_T_B=1; /舵機(jī)控制參數(shù) Kp_a=2.7; Kp_b=3.4; Kp_c=3.7; PWMDTY_BUF=160; if(SW=0XF7) P_DATA =1.3; /增大比例系數(shù)可以增大上升空間，消除靜態(tài)誤差 I_DATA =1.3; /增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定

36、性，減小超調(diào)，減慢反響速度 D_DATA =4; /加快相應(yīng)，但是容易引起震蕩 Line_Zhi_Dong=4;/彎道減速控制行最小 Speed_max_Wan=120;/彎道最大速度 B_T_B=2; /舵機(jī)控制參數(shù) Kp_a=2.7; Kp_b=3.4; Kp_c=3.7; PWMDTY_BUF=160; if(SW=0XEF|SW=0XCF)/PID勻速 P_DATA =1.3; /增大比例系數(shù)可以增大上升空間，消除靜態(tài)誤差 I_DATA =1.3; /增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小超調(diào)，減慢反響速度 D_DATA =4; /加快相應(yīng)，但是容易引起震蕩 Kp_a=2.7; Kp_b=3.4; K

37、p_c=3.7; if(SW=0XDF|SW=0XE7)/PID勻速 P_DATA =1.3; /增大比例系數(shù)可以增大上升空間，消除靜態(tài)誤差 I_DATA =1.3; /增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小超調(diào)，減慢反響速度 D_DATA =4; /加快相應(yīng)，但是容易引起震蕩 Kp_a=2.7; Kp_b=3.4; Kp_c=3.7; if(SW=0XBF)/PID勻速 P_DATA =1.3; /增大比例系數(shù)可以增大上升空間，消除靜態(tài)誤差 I_DATA =1.3; /增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小超調(diào)，減慢反響速度 D_DATA =4; /加快相應(yīng)，但是容易引起震蕩 Kp_a=2.7; Kp_b=3.4; Kp_c=3.7; if(SW=0X7F)/PID勻速 P_DATA =1.3; /增大比例系數(shù)可以增大上升空間，消除靜態(tài)誤差 I