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1、第第十十届届“飞飞思思卡卡尔尔”杯杯全全国国大学生大学生智智 能能汽汽车车竞竞赛赛 技术报告技术报告 学 校： 杭州电子科技大学信息工程学院 队伍名称： 杭电信工摄像头1队 参赛队员： 杨平贝 王颖 沈琦哲 带队老师： 李金新余皓珉 关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报 告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公 司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图 像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。 参赛队员签名：杨平贝、王颖、沈琦哲 带
2、队教师签名：李金新、余皓珉 日 期：2015/08/17 摘要摘要 本文介绍了杭州电子科技大学信息工程学院的队员们在准备此次比赛中的成果。本次 比赛采用大赛组委会提供的1:16仿真车模，硬件平台采用带MK60DN512ZVLQ10单片机的 K60环境，软件平台为Keil开发环境。 文中介绍了本次我们的智能车控制系统软硬件结构和开发流程，整个智能车涉及车模 机械调整，传感器选择，信号处理电路设计，控制算法优化等许多方面。整辆车的工作原 理是先将小车的控制周期中提取出相应的时间片，相应的时间片用来控制车体的平衡，留 下的时间片用来控制速度和转向，由CCD摄像头采集赛道信息至主板的LM1881进行信
3、号的 分离，并递送分离后的信息到单片机，再由单片机读取信号进行分析处理，运用我们自己 的软件程序对赛道信息进行提取并选择最佳路径，通过对电机的精确控制从而实现小车在 赛道上精彩漂亮的飞驰！ 为了进一步提高小车在运行时的稳定性和速度，我们组在软件方面使用了多套方案进 行比较。更新了SD卡 技术实时存储赛道信息。硬件上为了稳定的考虑，采用了以前比较 稳定的方案，但是在电源部分做了调整，使得整车的电源裕度更大，硬件鲁棒性更强。为 更好的分析调车数据，我们继承并且改进上届的上位机，用C#软件编写了新的上位机程序 来进行车模调试，很大程度上提高了调车效率。在进行大量的实践之后，表明我们的系统 设计方案完
4、全是可行的。 关键字：飞思卡尔智能车,MK60DN512ZVLQ10,CCD摄像头,PID控制，存储器,C#上位机 Abstract This paper introduces the hangzhou university of electronic science and technology information engineering college players in preparation for the achievements in this match.The game USES the competition committee provided for simulat
5、ion models, MK60DN512ZVLQ10 microcontroller hardware platform using belt K60 environment, software platform for the Keil development environment. This paper introduces the our smart car control system hardware and software structure and development process, the entire intelligent car involves the me
6、chanical adjustment models, sensor selection, signal processing circuit design, control algorithm optimization and many other aspects.The working principle of the whole car is to extract the corresponding control cycle of car time slice, the corresponding time slice is used to control the balance of
7、 the body, leaving time slice is used to control speed and steering, from CCD camera in the track information to the mainboard LM1881 signal separation, and delivery information of the separated into single chip microcomputer, again by MCU read signal analysis and processing, using our own software
8、program to extract and choose the best path of the track information, through the accurate control of the motor so as to realize the car on the track fascinating pretty fast! In order to further improve the stability and speed of the car at run time, our group in the aspect of software USES the mult
9、iple sets of scheme comparison.Update the SD card technology real-time information storage track.Hardware to stabilize, the relatively stable solution before, but in the power part of the adjustment, makes the vehicle power supply margin larger, stronger robustness hardware.For a better analysis of
10、the shunting data, we inherit and improve the previous PC, a new PC software written in c # program to adjustment of the models, greatly improve the efficiency of shunting.After a lot of practice, it shows that our system design scheme is feasible completely. Key words: car freescale intelligence, M
11、K60DN512ZVLQ10, CCD camera, PID control, memory, the c # upper machine, 目录目录 第一章第一章. .引言引言1 第二章第二章.系统硬件电路设计系统硬件电路设计2 2.1.硬件电路整体架构框图硬件电路整体架构框图.2 2.2.单片机外围电路设计单片机外围电路设计.2 2.3.视频信号处理电路设计视频信号处理电路设计.3 2.4.电源部分电路设计电源部分电路设计5 2.5.电机驱动电路设计电机驱动电路设计6 2.6.灯塔检测模块灯塔检测模块7 2.7.陀螺仪陀螺仪7 2.8.小车调试模块小车调试模块.7 2.9.ESD 防护防
12、护.7 2.10.主板板级设计主板板级设计.8 2.11.硬件电路部分总结硬件电路部分总结8 第三章第三章. .机械架构调整机械架构调整10 3.1.摄像头的固定和安装摄像头的固定和安装10 3.2.摄像头固定与底座改装摄像头固定与底座改装10 3.3.摄像头与支撑杆之间的安装摄像头与支撑杆之间的安装11 3.4.3.4.编码器的安装编码器的安装12 3.5.机械部分调整机械部分调整13 3.6.小车轮胎的定位调整小车轮胎的定位调整13 3.7.3.7.车模机械架构总结车模机械架构总结15 第四章第四章. .软件系统设计软件系统设计17 4.1.软件控制程序的整体思路软件控制程序的整体思路17
13、 4.2.图像采集图像采集17 4.3.摄像头的工作原理摄像头的工作原理17 4.4.电机打角控制电机打角控制21 4.5.4.5.速度控制速度控制22 4.6.软件程序总结软件程序总结24 第五章第五章. .智能车调试说明智能车调试说明25 5.1.5.1.上位机调试软件的设计上位机调试软件的设计25 5.2.Flash 存储模块存储模块26 5.3.现场调试现场调试26 第六章第六章.车模技术参数说明车模技术参数说明28 6.1.6.1.车模主要技术参数车模主要技术参数28 6.2.6.2.电路中芯片的种类及数量电路中芯片的种类及数量28 第七章第七章. .总结总结30 第八章第八章. .
14、致谢致谢31 第九章第九章. .参考文献参考文献32 第一章第一章. . 引言引言 在以往的智能车比赛中，我校凭借可靠的机械架构，出色的软件控制，稳 定的硬件电路从而取得了优异的成绩，但是我们觉得学习是无止境的，本着对 更高目标的追求和对智能车比赛的热爱，我们在前辈的基础上又对机械架构， 硬件设计和软件控制算法上进行了大胆的尝试和创新。 前期我们花了大量的时间去选择车模的架法，摄像头的选择，硬件方案的 实验，大体上确定了车模的机械架法和硬件上的芯片选型，PCB布局等。中期 是以软件调试为主，当然这段时期硬件上也做了合理的调整，特别是在机械上 我们花了很多心思，实现了各种配件的专业设计和制作，这
15、是往届没做过的， 实践证明在机械上的优化对软件的调车有很大的推动作用。后期软件算法已经 确定，硬件上也很稳定，所以我们在原先的机械思路上更近一步，将车身压平 使得车子底板与地面更近，实践证明低重心的智能车确实过弯比以前很多。正 是这种对智能车精益求精的追求，使得我们的智能车有了明显的提速。 在本文报告内容框架安排上，第一章是引言，主要对车模设计和报告的架 构进行了概述；第二章是系统硬件电路的设计，详细介绍了电源部分、电机驱 动等电路模块的设计思路及方案。第三章是机械架构调整，着重分析了摄像头 的新式架法和电池的驾法，同时也对小车机械的整体布局和架车理念做了细致 的解释和说明。第四章是软件系统设
16、计，主要介绍了图像处理，车身打角控制 和速度控制的模块编写，整体的模块调试和上位机的开发。第五章是开发智能 车调试过程的说明，讲述了我们自己在调车训练时的方法和训练工具。第六章 为车模的技术参数说明。第七章为总结部分。 第二章第二章. 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 硬件电路整体架构框图硬件电路整体架构框图 我们的智能车硬件系统主要包括以下模块：电源管理模块、摄像头模块、 图像处理模块、场行分离、电机驱动模块及测速模块、灯塔检测模块，调试 模块、电源管理模块、MK60DN512ZVLQ10电路。 智能车硬件电路整体结构框图，如图2.1所示。 MCU 调试模块 电源管理 模块 舵机 电机驱动 电机 测速传感器 摄像头 图像处理模块场行分离 灯塔检测 模块 陀螺仪模块 图 2.1 硬件电路整体架构框图 2.2. 单片机外围电路设计单片机外围电路设计 为了更好的配合程序，结合自己智能车的使用情况，我们自己设计了单 片机外围，外围电路包括单片机时钟与复位电路，串口及供电电路，并且集 成到主板上，以下是MCU部分的PCB图：
