第六屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告PAGEIVPAGE26第六屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告學(xué)校:大連大學(xué)隊(duì)伍名稱:連大—影舞者參賽隊(duì)員:黎偉康王朝輝黃小華帶隊(duì)教師：陳波胡玲艷關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解第六屆“飛思卡爾"杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽關(guān)保留、使用技術(shù)報(bào)告和研究論文的規(guī)定,即:參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會(huì)和飛思卡爾半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁(yè)上收錄并公開參賽作品的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車的視頻、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會(huì)出版論文集中.?參賽隊(duì)員簽名：黎偉康?王朝輝?黃小華 ?帶隊(duì)教師簽名：陳波?胡玲艷日期:２０11。８。８摘要 該系統(tǒng)以Freescale1６位單片機(jī)MC9S1２XS１２8作為系統(tǒng)控制處理器，采用ＣＣＤ攝像頭獲取賽道路況信息,利用透射式光電傳感器配合碼盤測(cè)速,控制舵機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，保證模型車能夠穩(wěn)定運(yùn)行。?在機(jī)械結(jié)構(gòu)上,本設(shè)計(jì)做了一些改進(jìn)和創(chuàng)新,對(duì)舵機(jī)的安裝位置和高度做了一些調(diào)整,對(duì)攝像頭的架設(shè)結(jié)構(gòu)也做了調(diào)整,這對(duì)提高車模的穩(wěn)定性打下了基礎(chǔ)。?硬件電路部分選用電源管理芯片LM2940-５.0和ＬM３58與9５30組成的降壓穩(wěn)壓電路為系統(tǒng)的各功能模塊提供工作電源，供電電池為7．2伏,采用LM2９4０-5.０為單片機(jī)系統(tǒng)、攝像頭模塊、速度采集模塊提供5伏電源；采用ＬM358與95３0組成的降壓穩(wěn)壓電路為舵機(jī)提供6.２伏電源；采用全橋模塊穩(wěn)定、有利地驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，可獲得電機(jī)的最佳性能:高速、快速響應(yīng)和高起動(dòng)頻率；這為智能車的穩(wěn)定工作提供了可靠的保證. 軟件部分主要包括以下內(nèi)容:(1）攝像頭采集圖像的數(shù)據(jù)處理算法；(2）路徑識(shí)別后的控制策略，介紹了經(jīng)典PＩＤ控制策略，車速以及后輪差速的控制策略,以及對(duì)不同路況信息的控制算法。 本系統(tǒng)應(yīng)用ＣoｄeWａrｒior開發(fā)工具進(jìn)行編程，用BDＭ進(jìn)行程序下載，利用無(wú)線串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行在線調(diào)試完成了軟件的設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試工作，很好的實(shí)現(xiàn)了路徑識(shí)別的功能.關(guān)鍵字：CCＤ攝像頭,ＰID控制，路徑識(shí)別目錄TOC\ｏ"1－3＂\ｈ＼z\ｕHYPERLIＮK\l"＿Toc３0１03１57７"摘要?PAGEＲEF_Ｔoｃ3０1０３15７７＼ｈIIＩHYPEＲＬINK\l”_Toｃ30１031５78＂第一章引言?PAGERＥＦ_Toc301031５78\h1HYPＥＲLＩNK2．２．３.測(cè)速方案選擇?PAGEREF_Ｔｏc３01０3１58６＼h3ＨＹPＥRＬIＮＫ＼ｌ"＿Ｔｏc3０10３1５８7＂第三章模型車機(jī)械設(shè)計(jì) PＡGERＥF_Ｔｏc3０１03１5８7＼h4HYＰEＲLIＮＫ＼l＂_Toc3010315８8”3.１整體布局?PAGEREＦ＿Toｃ30１031５88\ｈ４ＨYPERLＩＮK＼ｌ”_Ｔoc３０1031５８9"3。2。系統(tǒng)電路板安裝 PAGEＲEF_Toc３0１０31589＼h５ＨＹＰＥＲLIＮＫ４.2。1單片機(jī)系統(tǒng)及攝像頭電源電路設(shè)計(jì)?ＰＡＧＥREF_Toc3010３159６＼h1０ＨYPERLINＫ4。3.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)?ＰＡＧEＲEF_Tｏc30103１５9８＼h１2HYPＥＲＬＩＮK＼l＂_Toc３０1０3159９”4。４。攝像頭數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) PＡGEREF_Toｃ301０31599\h１３HYＰＥRLINK\l＂_Ｔｏｃ３0１0３160０＂4.5。測(cè)速電路設(shè)計(jì)?ＰAＧＥＲＥF_Toc３01０３160０\h13HＹPＥＲＬINＫ＼l"_Toｃ3０103１６0１＂第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)?PAGＥRＥＦ_Ｔoc30103160１＼h14HYPＥRＬＩＮK\ｌ＂_Ｔｏｃ30１0３1６02＂5．1系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)?PＡＧEREF_Tｏc3010３16０２\h1４HYＰＥRLＩＮＫ＼l＂_Ｔｏc301０３16０3＂５。2圖像處理?PＡGEREF＿Ｔoc30１０316０３＼h15ＨＹPERＬIＮK\ｌ”＿Toｃ3０１０31６04”５．2。１圖像二值化 ＰAGEＲEF_Ｔoc３0１0３16０４\ｈ15HYＰERＬＩＮK6.1開發(fā)工具介紹?PAＧＥRＥF_Tｏc30１０31611\h18HＹＰERLINＫ\l"_Ｔoc３01031612＂6．2軟件調(diào)試過(guò)程?PＡGEＲＥＦ_Ｔｏc30103１6１2＼h１８HYPERＬINK\ｌ"＿Tｏc30103１６1３"6.2.１使用LabVIEＷ軟件輔助調(diào)試 PAGERＥF_Tｏc301031６１3\ｈ18ＨＹＰＥRＬＩＮＫ\l＂_Tｏc3010３16１4＂第七章車模主要技術(shù)參數(shù)說(shuō)明?PＡGERＥＦ＿Ｔoc301031614\h２０ＨYPＥＲLINK參考文獻(xiàn) ＰAＧＥRＥF_Tｏｃ301031６16\ｈ22HYPEＲLINＫ\ｌ”＿Ｔoc3０103１617＂附錄A:程序源代碼?PAGEREF＿Tｏc３０1０３161７＼h23第一章引言１.１智能車大賽背景及應(yīng)用前景全國(guó)大學(xué)生智競(jìng)賽是以智能汽車為研究對(duì)象的創(chuàng)意性科技競(jìng)賽,是面向全國(guó)大學(xué)生的一種具有探索性工程實(shí)踐活動(dòng).大賽綜合性很強(qiáng),以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生科技競(jìng)賽.本競(jìng)賽以“立足培養(yǎng),重在參與，鼓勵(lì)探索,追求卓越"為指導(dǎo)思想，旨在促進(jìn)高等學(xué)校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的綜合知識(shí)運(yùn)用能力、基本工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的興趣和潛能，倡導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際、求真務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神,為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。大賽的綜合性很強(qiáng),是自動(dòng)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)科交叉的科技創(chuàng)意性比賽[1]。?隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和生活水平的快速提高，人們對(duì)汽車的安全性、舒適性要求越來(lái)越高.各種先進(jìn)的技術(shù)正在被應(yīng)用和研究,如汽車智能交通系統(tǒng)、汽車主動(dòng)安全技術(shù)、汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)、車輛巡航技術(shù)等,智能車輛的研究也正在成為世界汽車研究的熱點(diǎn)之一.?智能車輛的主要特點(diǎn)是在復(fù)雜的道路情況下,能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開障礙物和沿著預(yù)定的路線運(yùn)行。根據(jù)路況信息，經(jīng)過(guò)判斷、分析和決策，確定出所應(yīng)做的操作。操縱車輛是一個(gè)自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的過(guò)程，因此，智能車輛的研究主要是基于模糊控制理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和神經(jīng)模糊技術(shù)等人工智能的最新理論和技術(shù)開展研究工作的。［2]1.2概述 我們?cè)O(shè)計(jì)的智能車在電路設(shè)計(jì)上做了一些改進(jìn)和創(chuàng)新，攝像頭采用ＣCD攝像頭，舵機(jī)和攝像頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)也做了調(diào)整，使智能車能夠滿足高速運(yùn)行的條件要求，具有良好的綜合性能. 本文先從總體上介紹了智能車的設(shè)計(jì)思想和方案選擇,然后分別從機(jī)械、硬件、軟件等方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，重點(diǎn)介紹了硬件電路的設(shè)計(jì)和路徑識(shí)別的算法,接著描述了智能車的制作及調(diào)試過(guò)程，其中包含我們?cè)谥谱骱驼{(diào)試過(guò)程中遇到的問題及其解決方法，并列出了模型車的主要技術(shù)參數(shù)。第六屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與方案選擇２．1整體設(shè)計(jì)思路?本智能車以S12XS1２8芯片為系統(tǒng)控制核心，傳感器采用ＣＣD攝像頭,攝像頭拍攝賽道圖像信息后，經(jīng)信號(hào)處理模塊處理后再輸入到Ｓ12XS128做進(jìn)一步處理.車速測(cè)量光電編碼器,通過(guò)兩個(gè)外接脈沖累加器電路對(duì)兩后輪車速進(jìn)行測(cè)量；舵機(jī)轉(zhuǎn)向采用分段比例—微分控制；電機(jī)轉(zhuǎn)速采用PＩＤ控制，并通過(guò)PWＭ控制驅(qū)動(dòng)電路調(diào)速。?對(duì)于機(jī)械部分改裝,一方面，我們調(diào)整了舵機(jī)的位置和力臂長(zhǎng)度，以發(fā)揮它更好的工作性能;另一方面,為了降低車身重心,提高車模的穩(wěn)定性，我們改變了系統(tǒng)電路模塊的大小和位置以及攝像頭的支架結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了系統(tǒng)性能.2．2系統(tǒng)各模塊方案選擇.2。２．1單片機(jī)系統(tǒng)方案選擇?我們采用了自己設(shè)計(jì)的S１2XＳ1２8控制系統(tǒng)，因?yàn)殡p列直插式開發(fā)板雖然使用方便，但是電路板集成度不高，還會(huì)增加系統(tǒng)的重量和重心高度.?將系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)成較小的正方形模塊板，采用插針方式插在電路板上，這樣易于當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)能立即更換。而且可安裝在離車模底盤非常接近的位置,以降低車模重心,使車模在行駛過(guò)程中更平穩(wěn),為提高車速增加了空間。2。２.2．傳感器方案選擇?攝像頭分?jǐn)?shù)字ＣMＯS攝像頭和模擬的ＣCD攝像頭兩種.數(shù)字?jǐn)z像頭有電路簡(jiǎn)單，無(wú)需AD轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)車模高速運(yùn)行的過(guò)程中容易出現(xiàn)圖像不穩(wěn)定的問題.而模擬攝像頭雖然需要12V升壓供電和AD轉(zhuǎn)化,但其動(dòng)態(tài)性能較好。所以，我們最終選擇了動(dòng)態(tài)性能較好的CCＤ攝像頭作為傳感器。2。2。3．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)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)可用測(cè)速發(fā)電機(jī)、光電編碼器、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)行了比較發(fā)現(xiàn)光電編碼器的精確度更高，因此最后我們采用了光電編碼器分別對(duì)兩電極進(jìn)行測(cè)速.???第三章模型車機(jī)械設(shè)計(jì)３.1整體布局 模型車由車模、電源模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、路徑識(shí)別模塊、測(cè)速功能模塊、單片機(jī)以及相應(yīng)的端口接線等幾部分組成。?智能車的車體長(zhǎng)2９0ｍm，寬１70ｍm,高3９０mm，重11６5ｇ.用了CCD攝像頭一個(gè)。其中,路徑識(shí)別電路采用CＣＤ圖像尋跡方案，用一個(gè)攝像頭實(shí)現(xiàn)軌跡信息的采集，賽道路徑信息檢測(cè)頻率約為25Ｈz。??圖３.１整車布局?根據(jù)本屆賽道的特點(diǎn),我們采用了低重心緊湊型的設(shè)計(jì)方案,并架高舵機(jī)以提高響應(yīng)速度;各系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)成面積較小方形電路板.同時(shí)固定攝像頭傳感器的材料我們采用了質(zhì)量較小，強(qiáng)度較大的碳纖維管。其整車布局如圖３．1所示。3。2。系統(tǒng)電路板安裝如上所述,我們將系統(tǒng)做成兩個(gè)模塊，分別為核心芯片控制模塊和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，其安裝結(jié)構(gòu)如圖3.2所示.這樣減輕了車身質(zhì)量,以降低車模重心,使車模在行駛過(guò)程中更平穩(wěn)。 圖3。2系統(tǒng)電路板安裝圖3.３．舵機(jī)安裝?舵機(jī)以前是平臥的安裝在底板上，可是由于力臂短,導(dǎo)致了舵機(jī)反應(yīng)速度不夠靈敏,于是我們將舵機(jī)架高改成直立式以增其力臂，提高靈敏度。舵機(jī)的安裝方式如圖3。3所示。?圖3.３舵機(jī)安裝圖3。４.攝像頭支架的設(shè)計(jì)安裝?為了保持車體尋跡具有較好的前瞻性，并且固定方法簡(jiǎn)單、輕巧,我們最終選擇了碳纖維管，把攝像頭放在了車體較后的位置，撐出高度34０mm。圖3。4為攝像頭傳感器支架的安裝實(shí)物圖。?? ?圖３。４攝像頭的固定3。5。測(cè)速模塊安裝 如圖3。5所示,在車模的驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)齒輪上分別安裝編碼器。?圖3。5測(cè)速模塊安裝 第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)４．1．系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)?由于車模的重心越低、重量越輕越有利于車的穩(wěn)定性和快速性,采用集成電路既可以使賽車體積減小,使電路美觀,又可以減輕車體重量,使重心降低,有利于提高智能車性能。硬件設(shè)計(jì)時(shí)我們考慮到電磁信號(hào)的干擾和布線的合理性,在設(shè)計(jì)的過(guò)程中都做了相應(yīng)處理。?系統(tǒng)硬件電路主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成，其框圖如圖4.1所示：S１2XS128最小系統(tǒng):采用自行設(shè)計(jì)的;電源電路：包括5ｖ穩(wěn)壓電路、6v穩(wěn)壓電路；賽道檢測(cè)電路:采用ＣCD攝像頭傳感器;電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用全橋驅(qū)動(dòng);舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：由于使用的電池是7．２v，不能直接適用于舵機(jī)，所以需要對(duì)舵機(jī)外加穩(wěn)壓電路；?６)車速檢測(cè)電路：采用光電編碼器檢測(cè); 圖4．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4。２．電源電路設(shè)計(jì) 電源模塊的設(shè)計(jì)包括:傳感器供電模塊、單片機(jī)供電模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電模塊以及其它的外圍輔助模塊等。設(shè)計(jì)中要注意電源轉(zhuǎn)換效率、噪聲、干擾等.保證系統(tǒng)硬件電路可靠運(yùn)行.?整個(gè)硬件電路的電源全部由7．2V，2Ａ／h的可充電鎳鎘電池提供。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電壓、電流各不相同，因此需要多個(gè)穩(wěn)壓電路將電池電壓轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊的所需電壓.4。2.１單片機(jī)系統(tǒng)及攝像頭電源電路設(shè)計(jì)?單片機(jī)系統(tǒng)僅為+5V穩(wěn)壓電路。由于整個(gè)系統(tǒng)中+5V電路功耗較小,為了降低電源紋波，故選擇使用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，如圖4．２所示.在實(shí)際制作過(guò)程中,曾選用過(guò)集成芯片Ｌ７805時(shí)，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，或者電流量突然增加的情況下，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位的現(xiàn)象。糾其原因發(fā)現(xiàn)后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)，造成電池電壓下降較大,造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。為提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，必須使用低壓降電源穩(wěn)壓芯片,最后選用了LM294０芯片。?圖４．２5V穩(wěn)壓電氣原理圖4。2。２舵機(jī)電源電路設(shè)計(jì)?舵機(jī)電源是6v，起初我們選用LＭ２5７5可調(diào)輸出電路如圖4。2。２所示。但我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)用中這個(gè)電路電壓容易不穩(wěn)定，這對(duì)舵機(jī)的穩(wěn)定性及靈敏度有很大的影響。于是我們決定找出合適的穩(wěn)壓電路來(lái)做這一模塊.經(jīng)試驗(yàn)最后我們采用LM358與9530組成的降壓穩(wěn)壓電路為舵機(jī)提供６。2伏電源,它完全能滿足該系統(tǒng)中的各項(xiàng)要求，其電氣原理圖如圖4。３所示,為了達(dá)到電壓的穩(wěn)定,在輸出端我們并接了一個(gè)１０0ｕf的電容,以減小電壓的不穩(wěn)定造成對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)。圖4.2.２LM2５７５可調(diào)輸出電路??圖4.36V穩(wěn)壓電氣原理圖４.３。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 最初采用的是MC338８６芯片，ＭC３3８86是一款用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高效單片集成芯片,能夠向負(fù)載電機(jī)提供高達(dá)５。0Ａ連續(xù)的直流感應(yīng)電流,最高可以處理1０kHｚ頻率的PWM調(diào)制脈沖。由于ＭC33８86發(fā)熱問題比較突出,特別是其正反轉(zhuǎn)較為頻繁的時(shí)候?？紤]到電機(jī)ＲS３８0ＳH無(wú)論電壓還是功率都還有很大的余量，所以在使用MＣ3388６時(shí),可將兩片并聯(lián)使用,以增大輸出電流,提高RS38０SＨ的功率，提高轉(zhuǎn)速。但本設(shè)計(jì)并未采用,而是采用了場(chǎng)效應(yīng)管搭建全橋來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī).其優(yōu)點(diǎn)是場(chǎng)效應(yīng)管具有內(nèi)阻極小、開關(guān)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)。電路設(shè)計(jì)如圖４．4所示。 ? 圖４．4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4。4．?dāng)z像頭數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) 我們所采用的是CCＤ攝像頭,用MC34063做１2V升壓,LM1８81做視頻分離。電氣原理圖如圖4。５所示：? 圖4.5攝像頭采集電氣原理圖４．5.測(cè)速電路設(shè)計(jì)?由于本屆攝像頭組的車模采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，要想實(shí)現(xiàn)差速調(diào)速的方案,測(cè)速的準(zhǔn)確度對(duì)調(diào)速顯得更為重要。經(jīng)過(guò)對(duì)幾種傳感器的測(cè)速方案進(jìn)行比較最后采用光電編碼器采集信號(hào)，由于產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)有許多毛刺，經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器處理后產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)送入單片機(jī)，電氣原理圖如圖4。8所示.?圖4．8測(cè)速模塊電氣原理圖第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)?如圖5．１所示，為系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)框圖,主要包括:系統(tǒng)參數(shù)的手動(dòng)調(diào)節(jié)；處理數(shù)字?jǐn)z像頭采集數(shù)據(jù);賽道路徑控制模塊;舵機(jī)控制模塊；電機(jī)控制模塊.??圖5.1系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)框圖?系統(tǒng)接通電源后，經(jīng)初始化;通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)的手動(dòng)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)能夠按照準(zhǔn)確的設(shè)想方式運(yùn)行;然后通過(guò)CCD攝像頭傳感器采集數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理得出當(dāng)前賽道路徑信息;同時(shí),電機(jī)測(cè)速模塊測(cè)得模型車當(dāng)前的運(yùn)行速度，反饋給系統(tǒng)；最后,經(jīng)路徑控制系統(tǒng)綜合當(dāng)前賽道路徑信息和車模速度值作出相應(yīng)的處理，來(lái)控制電機(jī)和舵機(jī)的運(yùn)行。5.２圖像處理 由于攝像頭采集的圖像干擾很多，梯形失真也很嚴(yán)重。需要對(duì)圖像進(jìn)行濾波等處理.5.2.１圖像二值化?在得到正確灰度圖像后,二值化程度的關(guān)鍵就在閥值的設(shè)定。所說(shuō)的閾值就是將灰度或彩色圖像轉(zhuǎn)換為高對(duì)比度的黑白圖像，比閾值亮的像素轉(zhuǎn)換為白色;而比閾值暗的像素轉(zhuǎn)換為黑色。5.2。2圖像去噪聲處理?找出二值化以后的圖像每一行中的黑色區(qū)域,如果只有一個(gè)黑色區(qū)域，則記下黑色區(qū)域起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的列號(hào)和結(jié)束點(diǎn)對(duì)應(yīng)的列號(hào),求平均值即為黑線中心，如果黑色區(qū)域大于或者等于兩個(gè)該行圖像，信息有錯(cuò)，則利用該行相鄰行找出正確的黑線位置.如果連續(xù)幾行都為錯(cuò)，則放棄這幾行,直到找出正確行為止,再將剛才放棄的部分黑線補(bǔ)上。視野長(zhǎng)度,中間各行相鄰兩采樣點(diǎn)之間的距離根據(jù)其行號(hào)按比例計(jì)算出來(lái)【４】。5．3控制策略5．3。１經(jīng)典ＰＩD控制算法?ＰIＤ控制是工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器。問世至今70多年來(lái),它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。單位反饋的ＰID控制原理框圖如圖5．2所示。??圖5．2單位反饋的ＰIＤ控制原理圖?單位反饋e代表理想輸入與實(shí)際輸出的誤差,這個(gè)誤差信號(hào)被送到控制器，控制器算出誤差信號(hào)的積分值和微分值，并將它們與原誤差信號(hào)進(jìn)行線性組合，得到輸出量ｕ。?ＰＩD各個(gè)參數(shù)作用基本介紹:?增大微分項(xiàng)系數(shù)可以加快動(dòng)態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)，但容易引起震蕩。一般增大比例系數(shù)能夠減小上升時(shí)間,但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差.增大積分系數(shù)能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)使瞬時(shí)響應(yīng)變差.增大微分系數(shù)能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，減小超調(diào),并且改善瞬時(shí)響應(yīng). 對(duì)連續(xù)系統(tǒng)中的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)在計(jì)算機(jī)上的實(shí)現(xiàn)，是將上式轉(zhuǎn)換成差分方程,由此實(shí)現(xiàn)數(shù)字PIＤ調(diào)節(jié)器。 ?運(yùn)用PID控制的關(guān)鍵是調(diào)整三個(gè)比例系數(shù),即參數(shù)整定。PIＤ整定的方法有兩大類:一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。由于智能車整個(gè)系統(tǒng)是機(jī)電高耦合的分布參數(shù)系統(tǒng),要建立精確的智能車運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型有一定難度，而且對(duì)車身機(jī)械結(jié)構(gòu)經(jīng)常進(jìn)行不斷修正,模型參數(shù)變化較頻繁，可操作性不強(qiáng);二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn),直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單,本設(shè)計(jì)采用了這種方法，先后實(shí)驗(yàn)了幾種動(dòng)態(tài)改變PIＤ參數(shù)的控制方法。5。3．2車速PＩD控制策略?我們對(duì)速度的控制采用了死區(qū)的增量式ＰID算法，而在實(shí)際測(cè)試中，選擇了帶死區(qū)的PIＤ算法是防止它調(diào)節(jié)過(guò)于頻繁,導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩。增量式ＰID算法存在不能起速的問題,為此在程序中附加了當(dāng)偏差過(guò)大時(shí)賦予控制值最大的語(yǔ)句。在速度控制中采取的基本策略是彎道降速,直道提速.在實(shí)際測(cè)試中,發(fā)現(xiàn)小車直道和彎道相互過(guò)度時(shí)加減速比較靈敏,與舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制配合較好。其控制策略為：? conｔroｌ＝contrｏl+（ｒouｔ/set_iｎtｅgratｉｏｎ）（公式５。5）?通過(guò)測(cè)試也存在局限性。車在彎道進(jìn)直道后的加速和直道入彎道的速度控制不能達(dá)到最好的控制效果，彎道入直道減速不夠快速，直道入彎道加速的時(shí)機(jī)也不夠及時(shí).設(shè)計(jì)中做了進(jìn)一步的改進(jìn),根據(jù)入彎時(shí)黑線位置的特點(diǎn)改變二次曲線中最高點(diǎn)（直道的最高速度)和最低點(diǎn)(彎道的最低速度)的大小,使得控制效果更合理。5。3.3路徑控制策略 由于攝像頭的前瞻性很好,故采用PD控制，基本的行駛策略是使賽車保持在引導(dǎo)線的中心線上，但這只適用于直道，對(duì)于普通彎道與大S彎道,如果不改變策略,肯定會(huì)影響全程時(shí)間，所以根據(jù)不同道路曲率調(diào)整舵機(jī)的參數(shù),選取最優(yōu)路線以減少路程，路線如圖５．3所示，實(shí)線為實(shí)際道路，虛線為選取的行駛路線。?圖5．3大S最優(yōu)線路圖?對(duì)小S彎道可按直道處理，便可提速節(jié)省時(shí)間，路線如圖5．4所示。? 圖５．4小S最優(yōu)線路第六章開發(fā)工具及安裝調(diào)試過(guò)程６.1開發(fā)工具介紹Codｅwａrｒior是Ｍｅtrｏｗerｋs公司開發(fā)的軟件集成開發(fā)環(huán)境(簡(jiǎn)稱IDE）。飛思卡爾所有系列的微控制器都可以在codewarriorＩDE下進(jìn)行軟件開發(fā)【5】.?開發(fā)人員可以在不同的操作系統(tǒng)下使用ｃoｄewarｒiｏｒIDE來(lái)開發(fā)自己的軟件。這些操作系統(tǒng)包括Wiｎｄｏｗs，Macｉnｔｏｓh,Ｓｏlaｒis，和Linux。IＤE在不同操作系統(tǒng)下的界面完全相同。IDE支持高級(jí)語(yǔ)言，比如：C，Ｃ++,和Java。另外還支持大多數(shù)微控制器的匯編語(yǔ)言。它的開發(fā)環(huán)境界面統(tǒng)一，IDＥ支持許多通用的桌面或嵌入式處理器。IDE的功能可以通過(guò)加入各種插件來(lái)擴(kuò)展?，F(xiàn)在IDE支持的插件包括：編譯器,鏈接器，預(yù)先鏈接器,后鏈接器，常用的面板，版本控制以及其他工具。插件可以讓ＣodeＷａｒｒiｏrIＤE支持不同的語(yǔ)言和處理器。?在軟件開發(fā)過(guò)程中，通常需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：??新建:創(chuàng)建新項(xiàng)目,源文件；??編輯:按照一定的規(guī)則編輯源代碼，注釋； ?編譯:將源代碼編譯成機(jī)器碼，同時(shí)還會(huì)檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤和進(jìn)行編譯優(yōu)化；??鏈接：將編譯后的獨(dú)立的模塊鏈接成一個(gè)二進(jìn)制可執(zhí)行文件;??調(diào)試：對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試并發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤; 在軟件開發(fā)中，每個(gè)過(guò)程都會(huì)用到不同的工具。如果每個(gè)工具都單獨(dú)存在，這樣就會(huì)給開發(fā)人員帶來(lái)很多不便。所以公司為開發(fā)人員提供了非常方便的集成開發(fā)環(huán)境。開發(fā)人員可以在同一個(gè)工作平臺(tái)上完成以上全部的工作.6。２軟件調(diào)試過(guò)程6.2．1使用LａｂVＩEＷ軟件輔助調(diào)試?在調(diào)試過(guò)程中我們應(yīng)用了LabVIEＷ編程軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.在ＬabＶIＥW環(huán)境下,程序是圖形化編程介面，可清楚的觀察到數(shù)據(jù)采集過(guò)程。ＬａbＶＩEW是一種功能齊全的圖形化編程語(yǔ)言，LabVIEW以其獲得專利的數(shù)據(jù)流編程模式為您擺脫基于文本編程語(yǔ)言的順序架構(gòu)的桎梏，所以又稱以LabVIＥＷ為代表的圖形化程序語(yǔ)言為“G"語(yǔ)言。LabVIＥW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是:其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼,LabVＩEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言（“G”語(yǔ)言)編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與文本的順序行所不同,結(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)流確定了LabVIEW的執(zhí)行次序。用戶可以輕松地創(chuàng)建可并行執(zhí)行多種操作的程序框圖.?此外,LabVIEW并行執(zhí)行的本質(zhì)令多任務(wù)和多線程的執(zhí)行得以簡(jiǎn)化。使用LａbVIＥW的調(diào)試工具，用戶可監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)在程序中的移動(dòng)并精確掌握數(shù)據(jù)通過(guò)線纜在函數(shù)間移動(dòng)的情況.這種方式與基于文本的語(yǔ)言不同，基于文本的語(yǔ)言要求用戶監(jiān)控每個(gè)函數(shù)用以跟蹤程序的執(zhí)行狀況，而LaｂVＩEＷ擁有所有的通用編程環(huán)境，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和事件處理。ＬａbVIEW有一個(gè)內(nèi)置編譯器,可在編輯時(shí)間編譯所有代碼。選擇LａbVIEＷ開發(fā)測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用的一大決定性因素是其開發(fā)速度.通常,使用ＬabVIEW開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的速度比使用其它編程語(yǔ)言快４到１0倍【6】。?經(jīng)測(cè)試，我們?cè)谲浖陀布?，又做了相?yīng)的改動(dòng)，最終得到了很好的控制效果。第七章車模主要技術(shù)參數(shù)說(shuō)明? 表７.1模型車技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表項(xiàng)目參數(shù)路徑檢測(cè)方法（賽題組)攝像頭車模幾何尺寸(長(zhǎng)、寬、高)（毫米）29０、17０、3９0車模軸距/輪距（毫米)１95／15３車模平均電流(勻速行駛）(毫安）１7００電路電容總量（微法）180０傳感器種類及個(gè)數(shù)攝像頭1個(gè),編碼器2個(gè)新增加伺服電機(jī)個(gè)數(shù)0賽道信息檢測(cè)空間精度（毫米）10賽道信息檢測(cè)頻率(次／秒）25主要集成電路種類/數(shù)量LM３５8＊1、MC３4０6３＊1、ＬN(yùn)1881*１、ＬＭ29４０＊3、74LS590＊2、ＴLC５510*１、ＩRF3２０5＊4、IＲF490５*8車模重量(帶有電池)(千克)１．１6５第八章結(jié)論本設(shè)計(jì)是在滿足競(jìng)賽組委會(huì)有關(guān)要求的前提下，經(jīng)過(guò)不斷地對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和優(yōu)化完成的。賽車以Ｆreescale公司的１6位單片機(jī)MC9S12XS128作為系統(tǒng)控制處理器,采用CCD攝像頭獲取賽道路況信息，采用光電編碼器進(jìn)行賽車速度檢測(cè),實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制,并對(duì)車模的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使模型車能夠穩(wěn)定快速的運(yùn)行。?通過(guò)對(duì)模型車的仿真和測(cè)試,系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)方案基本合理。根據(jù)大賽的要求，使用的電源必須是用7．2Ｖ電池供電，為了提高電源的穩(wěn)定性，我們選用了芯片ＬM2940—５．0為單片機(jī)系統(tǒng)、速度采集模塊提供5伏電源；采用LＭ3５8與９530組成的降壓穩(wěn)壓電路為舵機(jī)提供6。２伏電源；采用全橋模塊穩(wěn)定、有利地驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī),可獲得電機(jī)的最佳性能：高速、快速響應(yīng)和高起動(dòng)頻率；這為智能車的穩(wěn)定工作提供了可靠的保證。? ??? 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。智能車輛的研究及前景［J].上海汽車技術(shù)導(dǎo)向，1994.2008.［3]hｔtp://ｔesｔｊｍ１51c．a(chǎn)nｙp。ｃom／ｕmshoｔ4／1４2６1。１97７60。aspx[4]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。[５]Codｅｗarrioｒ使用指南．［6］程學(xué)慶．LaｂＶＩEＷ圖形化編程與實(shí)例應(yīng)用［M］。北京:中國(guó)鐵道出版社,20０5。5．1．附錄Ａ：程序源代碼unsｉgｎedintactｕal_ｌinｅ；unsiｇｎediｎtｌine；ｕnsｉgnｅｄintｔ_fｌag；uｎｓignｅdｃharimａgｅ１［２1]［１2０］；unｓｉｇneｄchａrｆrame_flaｇ；unsignedcｈar＊process_ａdｒesｓ=＆imａgｅ1［０][0］;uｎsｉgｎｅdcharｆlａｇ_fｉniｓｈ[２1]；unｓｉｇｎeｄcharBｏuｎd［21］[2]；unsｉgnedchａrlｉｎe0；uｎsignedinｔflaｇ；unｓigｎedcharlinｅ_fｉｎisｈ［２1]；uｎsiｇnedchaｒCｏuｎt_Tｉme＝0；／＊unsigｎｅdiｎｔtargeｔ_ｌiｎe[2０］={9０,110,１２５，１４0，145,１70，１80，1８8，／/需要采集的行數(shù)行間距約等于2.5cm前瞻82.51９５，2０２，209，２1６，２2３，２3０，//行間距約等于2.5cｍ前瞻8２．52３6,24１,245，248,251，２53/／前瞻８２．5cm最近１0ｃm｝;＊／unｓiｇｎｅdｉntｔaｒｇeｔ_lｉne[２1］={９８,1２7,１50,１7１,188，2０１,2１3,223,／／需要采集的行數(shù)行間距約等于２．5cm前瞻82.52３2，240，２48,2５４，26０,/＊*／２65,／/行間距約等于２.５cm前瞻82.５2６９，2７３,277,280，２83，286,289/*，305/*２5/*２５9*／/＊，2６１，262，263,２65,267，268，２６9，２7０,２71,２72＊／／/前瞻８2．5ｃｍ最近10cｍ};//最近行１７０，最遠(yuǎn)行56;unsignｅｄｃharＥｙe［８］;uｎsiｇnｅdｃhaｒEye_Ｒeｓｕlt［8]；unsｉgｎｅdｃharStartFｌａg；uｎｓｉgnedcharＲｉｇhｔ_Ｔiｍe=０;unｓｉgnedcｈaｒＳtaｒt_Ｆlaｇ=0;ｕnsigｎedcharStop＿Fｌag=0;unsｉgnｅdchａrａＦ;/／＝＝＝===＝=====＝==＝====＝==＝=＝====＝=====＝=＝＝＝=＝＝==＝＝===＝＝＝＝=//＝＝＝＝＝===＝=====＝======＝==＝=＝===＝=＝=====＝＝=＝=＝====＝==＝====unsigneｄinｔsｐeed＿feed_bacｋＬ;unsiｇｎedintspeed_fｅe(cuò)d_ｂackR;unsigｎeｄｃharｓpeｅd＿ｆｌag;unsiｇnｅdｃhaｒNｕm；unｓigｎedｃharWait＿Ｔime;ｕnｓignｅdchａrＭｉd；unsigｎedinｔＢreaｋＰoint;ｕnsｉｇｎedｃharBｒ_Flaｇ=0;//／////////／///／/////／///////／／//／////／／／//／///////／／/／//////／///／//／////／／//／/／/／////／///／/////／///／／/／///////／//／／／//／／//／/／／／/