I目錄第一章引言1.1智能車的由來、應用前景.51.2智能車大賽的介紹.61.2.1大賽簡介.61.2.2大賽規(guī)則.7第二章主要思路及技術(shù)方案概要.142.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu).142.2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu).14第三章電路設(shè)計說明.163.1系統(tǒng)電源模塊設(shè)計.163.2電機驅(qū)動模塊設(shè)計.173.3轉(zhuǎn)速傳感器電路設(shè)計.173.4攝像頭供電模塊電路設(shè)計.18第四章視頻采集和圖像處理.194.1視頻采集.194.1.1攝像頭工作原理.194.1.2攝像頭的選擇.204.1.3信號分離電路.214.2圖像處理.22全國大學生智能汽車邀請賽技術(shù)報告II4.2.1目標指引線的提取.22第五章模型車機械設(shè)計說明.245.1車體的具體參數(shù).245.2前輪傾角調(diào)節(jié).245.3齒輪傳動機構(gòu)調(diào)節(jié).255.4差速機構(gòu)調(diào)節(jié).265.5舵機安裝方式.265.6其他機構(gòu)的調(diào)節(jié).27第六章控制策略.296.1轉(zhuǎn)向控制.296.2速度控制.32第七章開發(fā)工具、制作調(diào)試過程.347.1車模開發(fā)工具.347.2在線編程軟件設(shè)計與應用.34結(jié)語：.36參考文獻：.37附錄A:車模技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計.38附錄B:車模外形照片.39附錄C:部分程序源代碼.395第一章引言1.1智能車的由來、應用前景1953年，美國BarrettElectric公司制造了世界上第一臺采用埋線電磁感應方式跟蹤路徑的自動導向車，也被稱作“無人駕駛牽引車”。20世紀60年代和70年代初，AGV仍采用這種導向方式。但是，20世紀70年代中期，具有載貨功能的AGV在歐洲得到了應用并被引入到美國。這些自動導向車主要用于自動化倉儲系統(tǒng)和柔性專配系統(tǒng)的物料運輸。在20世紀70年代和80年代初，AGV的應用領(lǐng)域擴大而且工作條件也變化多樣，因此，新的導向方式和技術(shù)得到了更廣泛的研究與開發(fā)。在最近的10-15年里，各種新型AGV杯廣泛地應用于各個領(lǐng)域，單元式AGV主要用于短距離的物料運輸并與自動化程度較高的加工設(shè)備組成柔性生長線。例如，自動導向叉車用于倉儲貨物的自動裝卸和搬運；小型載貨式AGV用于辦公室信件的自動分發(fā)和電子行業(yè)的裝配平臺。除此之外，AGV還用于搬運體積和重量都很大的物品，尤其是在制造過程中用于載貨平臺AGV組成移動式輸送線，構(gòu)成整車柔性裝配生產(chǎn)線。最近，小型AGV應用更為廣泛，而且以長距離不復雜的路徑規(guī)劃為主。AGV從僅由大公司應用，正向小公司單臺應用轉(zhuǎn)變，而且其效率和效益更好。至此出現(xiàn)了智能車的概念。城市公共交通是與人民群眾生產(chǎn)生活息息相關(guān)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。然而，目前世界上許多大城市都面臨著由私人汽車過度使用而帶來的諸多問題，例如道路堵塞、停車困難、能源消耗、噪聲污染和環(huán)境污染等，這些問題嚴重降低了城市生活的質(zhì)量。優(yōu)先發(fā)展城市公共交通是提供交通資源利用效率，緩解交通擁堵的重要手段。國務(wù)院總理溫家寶于2005年10月做出重要批示，要求優(yōu)先發(fā)展城市公共交通，這是貫徹落實科學發(fā)展觀和建設(shè)節(jié)約型社會的重要舉措。大容量城市公共交通，如地鐵、輕軌等，其最大優(yōu)點是空間利用率和能源利用率較高。然而，由于缺乏足夠的時間、空間、運行成本過高，難以大力推廣和應用?；仡櫰嚢l(fā)展的百年歷史，不難發(fā)現(xiàn)其控制方式從未發(fā)生過根本性改變，即由人觀察道路并駕駛車輛，形成全國大學生智能汽車邀請賽技術(shù)報告6“路-人-車”的閉環(huán)交通系統(tǒng)。隨著交通需求的增加，這種傳統(tǒng)車輛控制方式的局限性日益明顯，例如安全性低（交通事故）和效率低（交通堵塞）。最新調(diào)查表明，95%的交通事故是由人為因素造成，交通堵塞也大都與駕駛員不嚴格遵守交通規(guī)則有關(guān)。如果要從根本上解決這一問題，就需要將“人”從交通控制系統(tǒng)中請出來，形成“車-路”閉環(huán)交通系統(tǒng)，從而提高安全性和系統(tǒng)效率。這種新型車輛控制方法的核心，就是實現(xiàn)車輛的智能化。智能車有著極為廣泛的應用前景。結(jié)合傳感器技術(shù)和自動駕駛技術(shù)可以實現(xiàn)汽車的自適巡航并把車開得開得又快又穩(wěn)、安全可靠；汽車夜間行駛時，如果裝上紅外攝像頭，就能實現(xiàn)夜晚汽車的安全輔助駕駛；他也可以工作在倉庫、碼頭、工廠或危險、有毒、有害的工作環(huán)境里，此外他還能擔當起無人值守的巡邏監(jiān)視、物料的運輸、消防滅火等任務(wù)。在普通家庭轎車消費中，智能車的研發(fā)也是有價值的，比如霧天能見度差，人工駕駛經(jīng)常發(fā)生碰撞，如果用上這種設(shè)備，激光雷達會自動探測前方的障礙物，電腦會控制車輛自動停下來撞車就不會發(fā)生了。1.2智能車大賽的介紹1.2.1大賽簡介受教育部高等教育司委托，高等學校自動化專業(yè)教學指導委員會負責主辦全國大學生智能車競賽。該項比賽已列入教育部主辦的全國五大競賽之一。首屆“飛思卡爾”杯全國大學生智能車邀請賽于2006年在清華大學成功舉辦。此項賽事，在韓國已舉辦過多屆，其專業(yè)知識涉及控制、模式識別、傳感技術(shù)、汽車電子、電氣、計算機、機械等諸多學科，對學生的知識融合和動手能力的培養(yǎng)，對高等學?？刂萍捌囯娮訉W科學術(shù)水平的提高，具有良好的推動作用。在前兩屆比賽中參賽選手必須使用大賽組委會統(tǒng)一提供的競賽車模，以Freescale公司生產(chǎn)的16位微控制器MC9S12XS128作為核心控制單元，我對用了MC9S12XS128作為核心控制單元，自主構(gòu)思控制方案及系統(tǒng)設(shè)計，包括傳感信號采集處理、控制算法及執(zhí)行、動力電機驅(qū)動、轉(zhuǎn)向舵機控制等，最終實現(xiàn)一套能夠自主識別路線，并且可以實時輸出車體狀態(tài)的智能車控制軟硬件系統(tǒng)。各參賽隊伍之名次以賽車現(xiàn)場成7功完成賽道比賽時間排名。但與以往的比賽來看，今年又增大了難度，即要在車跑完兩圈自動停在出發(fā)線的3米內(nèi)。本文所述的內(nèi)容即為本屆比賽而準本的技術(shù)方案。1.2.2大賽規(guī)則參賽選手須使用競賽秘書處統(tǒng)一指定并負責采購競賽車模，采用飛思卡爾16位微控制器（除x系列，其他微控制器自選）作為核心控制單元，自主構(gòu)思控制方案及系統(tǒng)設(shè)計，包括傳感器信號采集處理、控制算法及執(zhí)行、動力電機驅(qū)動、轉(zhuǎn)向舵機控制等，完成智能車工程制作及調(diào)試，于指定日期與地點參加各分賽區(qū)的場地比賽，在獲得決賽資格后，參加全國決賽區(qū)的場地比賽。參賽隊伍之名次（成績）由賽車現(xiàn)場成功完成賽道比賽時間為主，技術(shù)報告、制作工程質(zhì)量評分為輔來決定。大賽根據(jù)車模檢測路徑方案不同分為電磁、光電與攝像頭三個賽題組。車模通過感應由賽道中心電線產(chǎn)生的交變磁場進行路徑檢測的屬于電磁組；車模通過采集賽道圖像（一維、二維）進行路徑檢測的屬于攝像頭組；車模通過采集賽道上少數(shù)孤立點反射亮度進行路徑檢測的屬于光電組競賽秘書處制定如下比賽規(guī)則適用于各分賽區(qū)預賽以及全國總決賽，在實際可操作性基礎(chǔ)上力求公正與公平。一、器材限制規(guī)定1.須采用統(tǒng)一指定的車模。本屆比賽制定采用兩種車模：A型車模：廣東博思公司提供。限定電磁組比賽使用。B型車模：北京科與通博科技有限公司提供。限定光電組、攝像頭組使用。細節(jié)及改動限制見附件一2.須采用飛思卡爾半導體公司的8位、16位處理器（單核）作為唯一的微控制器。有關(guān)細節(jié)及其它電子器件使用的限制見附件二；3.參加電磁賽題組不允許使用傳感器獲取道路的光學信息進行路徑檢測。參加光電賽題組中不允許使用傳感器獲取道路圖像信息進行路徑檢測。全國大學生智能汽車邀請賽技術(shù)報告8參加攝像頭賽題組可以使用光電管作為輔助檢測手段。4.其他事項如果損毀車模中禁止改動的部件，需要使用相同型號的部件替換；車模改裝完畢后，尺寸不能超過：250mm寬和400mm長。二、有關(guān)賽場的規(guī)定1.賽道基本參數(shù)（不包括拐彎點數(shù)、位置以及整體布局）見附件三；2.比賽賽道實際布局將在比賽當日揭示，在賽場內(nèi)將安排與實際賽道具有相同材料的測試賽道供參賽隊進行現(xiàn)場調(diào)試；三、裁判及技術(shù)評判競賽分為分賽區(qū)和全國總決賽兩個階段。其中全國總決賽階段是在全國競賽組委會秘書處指導下，與決賽承辦學校共同成立競賽執(zhí)行委員會，下轄技術(shù)組、裁判組和仲裁組委會，統(tǒng)一處理競賽過程中遇到的各類問題。所有競賽組織委員會工作人員，包括技術(shù)評判組及現(xiàn)場裁判組人員均不得參與任何針對個別參賽隊的指導或輔導工作（提供微控制器培訓除外），不得泄露任何有失公允競賽的信息。在分賽區(qū)預賽階段中，裁判以及技術(shù)評判由各分賽區(qū)組委會參照上述決賽階段組織實施。四、分賽區(qū)、決賽區(qū)比賽規(guī)則在分賽區(qū)、決賽區(qū)進行現(xiàn)場比賽規(guī)則相同，都具有電磁組、光電組和攝像頭組比賽。三個賽題組在同一場館同時進行比賽，所遵循的比賽規(guī)則是相同的。三個賽題組分別獨立進行成績排名。分賽區(qū)和全國總決賽的現(xiàn)場比賽均包括預賽與決賽兩個階段。下面列出的現(xiàn)場預賽、決賽階段的比賽規(guī)則適用于各分賽區(qū)及全國總決賽的三個賽題組。1預賽與決賽規(guī)則1）預賽規(guī)則i.比賽場中有三條賽道。9ii.參賽隊根據(jù)比賽題目分為三個組，并以抽簽形式?jīng)Q定組內(nèi)比賽次序。iii.比賽分為兩輪，三組同時在三個賽道上進行比賽，每支參賽隊伍可以在每輪比賽之前有10分鐘的現(xiàn)場調(diào)整時間。在此期間，參賽對位只允許對賽車的硬件（不包括微控制器芯片）進行調(diào)整。第二輪比賽在同一賽道沿逆向進行。iv.在每輪比賽中，選手首先將賽車放置在起跑區(qū)域內(nèi)賽道上，賽車至少靜止兩秒鐘后自動啟動。v.每輛賽車在賽道上跑一圈，以計時起始線為計時點，跑完一圈后賽車需要自動停止在起始線之后三米之內(nèi)的賽道內(nèi)，如果沒有停止在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)，比賽計時成績增加1秒。vi.每輛賽車以在兩個單輪成績中的較好的一個為賽車最終預賽成績；計時由電子計時器完成并實時顯示。vii.根據(jù)參賽隊伍數(shù)量，由比賽組委會根據(jù)成績選取一定比例的隊伍晉級決賽。viii.晉級決賽的賽車在決賽前有10分鐘的調(diào)整時間。在此期間，參賽隊伍只允許對賽車的硬件（不包括微控制器芯片）進行調(diào)整。技術(shù)評判組將對全部晉級的賽車進行現(xiàn)場技術(shù)檢查，如有違反器材限制規(guī)定的（指本規(guī)則之第一條）當時取消決賽資格，由后備首名晉級代替。ix.由裁判組申報組織委員會批準公布決賽名單。x.全部車模在整個比賽期間都統(tǒng)一放置在車模的展示區(qū)內(nèi)。2）決賽階段規(guī)則i.參加決賽隊伍按照預賽成績進行排序，比賽順序按照預賽成績的倒序進行。ii.決賽的比賽場地使用一個賽道。決賽賽道與預賽賽道形狀不同，占地面積增大，賽道長度增加。全國大學生智能汽車邀請賽技術(shù)報告10iii.每支決賽隊伍只有一次比賽機會，在跑道上跑一圈，比賽過程與要求同預賽階段。iv.計時由電子計時器完成并實時顯示。v.預賽成績不記入決賽成績，只決定決賽比賽順序。沒有參加決賽階段比賽的隊伍，預賽成績?yōu)樽罱K成績，參加該賽題組的排名。2.比賽過程規(guī)則按照比賽順序，裁判員指揮參賽隊伍順序進入場地比賽。同一時刻，一個場地上只有一支隊伍進行比賽。在裁判員點名后，每隊指定一名隊員持賽車進入比賽場地。參賽選手有60秒的現(xiàn)場準備時間。準備好后，裁判員宣布比賽開始，選手將賽車放置在起跑區(qū)，賽車應在起跑區(qū)靜止兩秒鐘以上，然后自動出發(fā)。賽車應在30秒之內(nèi)離開出發(fā)區(qū)，沿著賽道跑完一圈。由計時起始線兩邊傳感器進行自動計時。賽車跑完一圈且自動停止后，選手拿起賽車離開場地，將賽車放回指定區(qū)域。如果比賽完成，由計算機評分系統(tǒng)自動給出比賽成績。3比賽犯規(guī)與失敗規(guī)則比賽過程中，由比賽現(xiàn)場裁判根據(jù)統(tǒng)一的規(guī)則對于賽車是否沖出跑道進行裁定。賽車前兩次沖出跑道時，由裁判員取出賽車交給比賽隊員，立即在起跑區(qū)重新開始比賽。選手也可以在賽車沖出跑道后放棄比賽。比賽過程中出現(xiàn)下面的情況，算作模型車沖出跑道一次。裁判點名后，60秒之內(nèi)，參賽隊沒有能夠進入比賽場地并做好比賽準備；比賽開始后，賽車在30秒之內(nèi)沒有離開出發(fā)區(qū)；賽車在離開出發(fā)區(qū)之后60秒之內(nèi)沒有跑完一圈；比賽過程中如果出現(xiàn)如下一種情況，判為比賽失敗：11賽車沖出跑道的次數(shù)超過兩次；比賽開始后未經(jīng)裁判允許，選手接觸賽車；決賽前，賽車沒有通過技術(shù)檢驗。如果比賽失敗，則不計成績。比賽禁止事項：不允許在賽車之外安裝輔助照明設(shè)備及其它輔助傳感器等；選手進入比賽場地后，除了可以更換電池之外，不允許進行任何硬件和軟件的修改；比賽場地內(nèi)，除了裁判與1名隊員之外，不允許任何其他人員進入場地；不允許其它干擾賽車運動的行為；不允許車模設(shè)計方案抄襲，參賽隊伍