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1、基于摄像头的自主循迹智能小车系统的基于摄像头的自主循迹智能小车系统的 设计设计学号：学号：1080402031110804020311姓名：梁相宾姓名：梁相宾指导老师：郝建军指导老师：郝建军时间：时间：2011.62011.62011.72011.7目录第一章 引言 .4第二章 智能车硬件设计 .52.1 机械设计 .52.1.1 前轮定位 .52.1.2 后轮差速机构调整 .52.1.3 摄像头的安放位置,高度及重心 .62.2 硬件电路设计 .62.2.1 电源电路 .62.2.2 视频图像电路 .82.2.3 电机控制电路 .92.3 小结 .11第三章 控制算法的研究 .123.1 智
2、能车控制思想 .123.2 图像处理与赛道识别 .123.3 智能车系统软件 .123.3.1 智能车系统软件设计思想 .123.3.2 软件构成 .133.4 创新点 .153.5 小结 .15第四章 程序开发和调试 .164.1 软件开发环境 .164.1.1 CodeWarrior IDE.164.1.2 调试器 .174.1.3 串口调试软件 .18第五章 总结 .205.1 智能汽车技术指标 .205.2 目前尚存在的不足与改进方向 .20附录 部分程序清单第一章 引言在第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车比赛中，我们采用面阵 CCD作为路面检测信息的传感器，以飞思卡尔 16 位微控
3、制器 MC9S12XS128 作为核心控制模块，引导改装后的模型汽车按照规定路线行进。整个智能汽车制作过程中，我们主要做了以下工作：1、硬件平台的搭建：首先对模型车进行了机械部分的改造和调节，在不违反大赛规则的前提下对舵机进行了机械方面的设计和研究，一定程度上提高了舵机的灵敏度。在硬件电路方面，精心设计了 CCD 图像采集和驱动电机电路；同时，为了调试方便和根据场地等外界环境需要，设计了人机交互的键盘输入和 LCD 输出硬件电路，并且加入了无线调试的硬件接口电路。2、软件平台的搭建：在软件设计方面我们搭建了无线调试平台，主要包括无线视频模块和无线数据传输模块两部分。前者提供 CCD 获取的图像
4、信息，可以录制智能车在赛道上的图像信息，便于分析研究控制算法；后者通过无线串口收发器发送的指令，执行转向及车速控制。无线调试平台不仅给程序调试带来了很多方便，可以在计算机上调试各种控制算法的性能，还保证了赛车在调试过程中的运动轨迹的可控性。3、控制算法的研究：通过对 CCD 图像传感器所摄取的路面图像进行处理，从而获得准确的赛道信息。同时，在 PC 机上搭建了控制算法仿真平台，可以把设计好的图像处理算法和控制算法先在 PC 机进行模拟，待模拟成功后再移植到 MC9S12XS128 单片机中去。我们编写的基于 PC 机的控制算法仿真软件可以直观的模拟智能车在不同赛道的运行情况，通过改动相关参数，
5、就可以方便、直观的观察智能车运行效果。第二章 智能车硬件设计2.1 机械设计车模结构的好坏是小车运行动平稳，拐弯流畅的基础。任何好的算法和软件程序都需要有一个完整的系统来执行，以便达到预期的结果。小车结构包括：前轮定位；后轮差速机构调整；重心位置的调整，小车摄像头的安放位置,高度等。2.1.1 前轮定位前轮定位车轮定位主要参数包括：主销后倾，主销内倾，车轮外倾和前束。在车模调整过程中发现，使其前轮略微前束，其余倾角调整保持在13之间。能够使小车在正常行驶过程中直道行驶平稳，拐弯轻便流畅。在华北赛区调试小车时，发现赛道摩擦系数比我校赛道的摩擦系数大，因此小车在拐弯（九十度以上）时，前轮有明显的跳
6、动现象，小车速度越快越明显，严重影响了拐弯的效果及稳定性（小车的前轮前束过小导致） 。通过调整加大前轮前束角，可消除拐弯时前轮跳动现象。2.1.2 后轮差速机构调整后轮差速机构调整差速机构的作用是：在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动，并且可使车转弯时阻力更小。车模右后轮轮轴轮处装有差速器。当车辆转弯时，内外两侧车轮的转弯半径明显不同，车轮不打滑的前提就是两侧车轮转速不同。在摩擦力的作用下，差速机构发挥作用，使两侧车轮都能与地面无滑动的转动，这对于保持车身的稳定性十分重要，同时也能减小轮胎的磨损。由于车模使用的差速机构是由滚珠组成，在两端预紧力较小时，差动效果较好，但齿轮容易与车轴间打滑
7、，影响速度控制以及加速的响应速度，尤其是小车在瞬间加速时发现差速器有空转现象；如果两端预紧力过大，则又使差速效果很差。在调整差速机构的预紧力时，应该使其大小合适，既不会影响速度又不会使差速失效。经过反复试验最佳的差速为：将小车置于赛道上按住其中的一个轮子不动，拉动小车沿按住的轮子方向转弯另一轮胎在跑道上半滑动为佳，松紧合适。2.1.3 摄像头的安放位置摄像头的安放位置, ,高度及重心高度及重心汽车重心指汽车重力的作用点，其位置的改变会影响汽车的动力性，制动性，操纵稳定性，平顺性，通过性和舒适性等重要特性。通过参阅相关文献和测试得出：重心靠近后轴，对车模的动力性能有益；重心靠近前轴，对车模的制动
8、性和操纵稳定性有益。车模所需要达到的最快车速也远没有现实中那么高，只有4m/s。所以在安装传感器、CMOS 摄像头、电池和电路板时，都尽量布置于车身中间略靠近后轴。2.2 硬件电路设计除了大赛提供的 MC9S12XS128 开发板以外，硬件电路主要分为四部分：CCD 传感器部分；MC9S12XS128 开发板扩展板部分；电机驱动部分。电源电路2.2.1 电源电路电源电路硬件电路的主电源由 7.2V 的蓄电池提供，而由于电路中不同模块的工作电压和电流容量各不相同，因此需要将电池电压转换成各个模块所需电压。CCD 图像传感器是采用 12V 工作电源，该电压由 MC34063 提供。MC34063 芯片转换效率高,升压的范围也比较广,所需的外围器件也较少,最大能够提供 1.5A 的电流,足够 CCD 使用。S12 最小系统板等数字电路需要稳定 5V 电源，选用了 LM2576 作为稳压芯片。当输入大于 7V 时，输出电压稳定在 5V 上。当输入电压小于 7V 时，输出电压比输入电压低 2V。本系
