飛思卡爾設(shè)計(jì)方案

飛思卡爾智能車設(shè)計(jì)方案一：項(xiàng)目名稱：第五屆飛思卡爾智能汽車。二：設(shè)計(jì)要求：參考飛思卡爾智能車競(jìng)賽基本要求。三：設(shè)計(jì)制作思路為了用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)小車智能控制，本設(shè)計(jì)以MC9S12DG128為核心，附以外圍電路，將攝像頭傳感器得到的圖像信息進(jìn)行綜合判別和處理，并通過(guò)速度傳感器獲得當(dāng)前車輛速度，然后發(fā)出指令給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（包括舵機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)），控制小車，從而使小車能夠快速、準(zhǔn)確地識(shí)別特定路線行駛。快速準(zhǔn)確的圖像分析處理、準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)速度控制、CPU的綜合數(shù)據(jù)處理為小汽車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速、減速、限速、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)提供了充分的保證。通過(guò)組裝車模、傳感器的選擇與布置、系統(tǒng)電路板的設(shè)計(jì)與安裝、仿真軟件的制作、安裝與調(diào)試以及控制算法的調(diào)試等等，首先使智能車運(yùn)行起來(lái)，由低速逐漸向高速過(guò)渡。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，不斷調(diào)試，不斷解決問(wèn)題，使智能車能夠最大限度的沿著軌道快速、準(zhǔn)確的行駛。1.路徑識(shí)別系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方案：§道路尋找軟件設(shè)計(jì)由于每行搜索的是最黑點(diǎn)，因此可以將黑點(diǎn)的閾值稍稍擴(kuò)大一點(diǎn)，即使遠(yuǎn)方的黑白不清，由于找的是最黑點(diǎn)因此還是可以提取出真確的黑線的.它的主要問(wèn)題是,不一定每行都有符合要求的點(diǎn),會(huì)造成一行丟失而失去后面的黑點(diǎn).解決的方法是當(dāng)發(fā)現(xiàn)一行丟失以后,不立即退出搜索，而是置一個(gè)丟失計(jì)數(shù)器，只有當(dāng)丟失計(jì)數(shù)器的值連續(xù)累加到一定的閾值后才退出.當(dāng)每次搜索到一行的黑線后看看丟失計(jì)數(shù)器是否為非零.若不是，則說(shuō)明前面沒(méi)有丟失行.若是，則說(shuō)明前面有幾行丟失了.我們可以根據(jù)這一行與上以有效行對(duì)中間的丟失行對(duì)中間的丟失行做一個(gè)線性化處理.然后清零丟失計(jì)數(shù)器.有了丟失計(jì)數(shù)器，我們可以對(duì)賽道的提取條件加以嚴(yán)格的限制，而不必?fù)?dān)心黑線的漏檢.比如我們可以嚴(yán)格限制黑線的寬度,這樣我們可以很容易濾除看到大塊的黑斑帶來(lái)的干擾；對(duì)于上述的斜看十字交叉線的問(wèn)題我們只要根據(jù)上一行的黑線嚴(yán)格限制下一行黑線出現(xiàn)范圍便可輕松濾除.當(dāng)然在發(fā)現(xiàn)丟失行以后對(duì)于下一行的搜索必需加大黑線搜索的范圍，允許的連續(xù)丟失行越多則再次找回的黑線的可信度也就越低,在實(shí)際的提取過(guò)程中必須把握好這一閾值，使得即可以順利找到前方的道路，又不至于誤提取黑線.實(shí)際證明這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠性也最高,黑線提取十分穩(wěn)定。軟件設(shè)計(jì)框圖如下：

§硬件設(shè)計(jì)：OV7620面陣數(shù)字式CMOS傳感器OV7620是一款高集成度、中分辨率（640X480）、逐行/隔行掃描、彩色/黑白CMOS數(shù)字圖像傳感器芯片。它的數(shù)字視頻口支持多種輸出格式，輸出幀頻可于0.5到30幀/秒范圍內(nèi)編程。OV7620內(nèi)部集成I2C總線兼容的SCCB（SerialCameraControlBus）接口，外部主機(jī)以此來(lái)操作芯片內(nèi)部寄存器，對(duì)芯片的功能進(jìn)行設(shè)置。次芯片可以有效地對(duì)賽道圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。先入先出FIFO緩沖器SN74V293SN74V293是64K深度18位高速同步先入先出緩沖器。該器件具有靈活的位寬配置（9位/18位），工作于9位寬度時(shí)，深度可達(dá)128K，同時(shí)具有6ns的低訪問(wèn)延遲。該器件十分適合應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)、視頻、電信、數(shù)據(jù)通訊以及其他需要緩沖大量數(shù)據(jù)和進(jìn)行總線匹配的場(chǎng)合。FIFO可以緩存一幀以上的圖像數(shù)據(jù)。2：轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)方案及算法：§軟件設(shè)計(jì)由于舵機(jī)的控制信號(hào)是一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)，所以很方便和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行接口。只要能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的控制信號(hào)的數(shù)字設(shè)備都可以用來(lái)控制舵機(jī)，比方PLC、單片機(jī)等。這里介紹利用單片機(jī)產(chǎn)生舵機(jī)的控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的方法?？紤]舵機(jī)對(duì)PWM信號(hào)的要求較高，為了提高精度，將單片機(jī)的8路8位的PWM輸出調(diào)整為4路16位的PWM輸出。舵機(jī)的轉(zhuǎn)角是通過(guò)調(diào)整高電平的寬度來(lái)控制的。舵機(jī)的PWM周期為18ms?20ms，兩側(cè)的極限位置的高電平寬度為1ms和2ms。晶振頻率為12M，一個(gè)時(shí)鐘周期為12個(gè)晶振周期，正好是1/1000ms，計(jì)數(shù)器每隔1/1000ms計(jì)一次數(shù)。以計(jì)數(shù)器1為例，先設(shè)定脈寬的初始值，在for循環(huán)中可以隨時(shí)通過(guò)改變a值來(lái)改變脈寬，然后設(shè)定計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)初始值為a。當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，觸發(fā)計(jì)數(shù)器溢出中斷函數(shù)，就是voidtimer0（void）interrupt1using1，在子函數(shù)中，改變輸出為反相（此時(shí)跳為低位），在用20000（代表20ms周期）減去高位用的時(shí)間a，就是本周期中低位的時(shí)間，c=20000-a，并設(shè)定此時(shí)的計(jì)數(shù)器初值為c，直到定時(shí)器再次產(chǎn)生溢出中斷，重復(fù)上一過(guò)程?！於鏅C(jī)方向控制算法信號(hào)AD采集之后，進(jìn)行閾值判斷之后進(jìn)行簡(jiǎn)單的路徑算法，能夠使單排分辨率達(dá)到30個(gè)以上，足以使小車平滑的轉(zhuǎn)向形式。我們對(duì)舵機(jī)采用的是PD算法，即比例加微分算法。原因如下：比例算法在速度比較慢的時(shí)候，能產(chǎn)生很好的效果。但是在速度較快的時(shí)候，直道入彎道的時(shí)候轉(zhuǎn)彎會(huì)來(lái)不及。因此加上D算法，記錄以下先前一段時(shí)間的位置變化率，當(dāng)直道入彎道的時(shí)候，位置變化會(huì)非?？?，因此可以加大轉(zhuǎn)向角，比單純的P算法效果好很多。當(dāng)然，記錄的時(shí)間和D因子的參數(shù)調(diào)整是需要大量的時(shí)間和精力來(lái)調(diào)整的。3:電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)方案：

本隊(duì)采用一些大功率管來(lái)驅(qū)動(dòng)。譬如下面的電路，當(dāng)然日后不一定會(huì)采用該電路，但是思想方法是一樣的。電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分我們采用4片大功率MOS管IRF3205組成的H橋電路，以增強(qiáng)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力橋式驅(qū)動(dòng)電路的控制電路由ST微電子公司的TD340組成，大大簡(jiǎn)化了調(diào)速控制系統(tǒng)的硬件電路，而且具有單片機(jī)接口，可以很方便地與MC9S12DG256相連4■C36220nF±J_C3Jioi.E*22R2644■C36220nF±J_C3Jioi.E*22R264567PP28PP3910.FVbatOcsVoutCblResetHlCwdSIWdCb2StbyH2TempS2IniL2In2LlCfGnd234:整車運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及算法系統(tǒng)的基本軟件流程為：首先，對(duì)各功能模塊和控制參數(shù)進(jìn)行初始化。然后，通過(guò)圖像采集模塊獲取前方賽道的圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)速度傳感器模塊獲取賽車的速度。采用PID對(duì)舵機(jī)進(jìn)行反饋控制。另外根據(jù)檢測(cè)到的速度，結(jié)合速度控制策略，對(duì)賽車速度不斷進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使賽車在符合比賽規(guī)則的前提下，沿賽道快速行駛。算法部分主要涉及到PID-PD控制算法和預(yù)判算法等。5:其他輔助系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方案測(cè)速模塊的設(shè)計(jì)與應(yīng)用本系統(tǒng)速度檢測(cè)模塊采用了型旋轉(zhuǎn)編碼器作為車速檢測(cè)元件（如：日本歐姆龍公司的E6A2-CWZ3C）。其精度達(dá)到車輪每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生360個(gè)脈沖，不僅硬件電路簡(jiǎn)

單，而且信號(hào)采集速度快、精度高，滿足模糊控制精度要求。藍(lán)牙串口調(diào)試模塊監(jiān)控界面為了能及時(shí)了解小車的行駛情況，實(shí)時(shí)采集我們所需要的數(shù)據(jù)，我們用嵌入式藍(lán)牙通訊模塊與PC通訊。PC平臺(tái)的設(shè)計(jì)：整個(gè)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)PC平臺(tái)的設(shè)計(jì)從功能上來(lái)講，可以分為兩類。一是監(jiān)測(cè)模式，即從移動(dòng)智能車上獲