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1、 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 II 页基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计摘 要本智能车系统设计以 MC9S12DG128B 微控制器为核心，通过一个CMOS 摄像头检测模型车的运动位置和运动方向，使用LM1881视频分离芯片对图像进行处理，用光电传感器检测模型车的速度并使用PID 控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。为了提高智能车的行驶速度和可靠性，采用了自制的电路板，在性能和重量上有了更大的优势，对比了各种方案的优缺点。实验结果表明，系统设计方案可行关键词：MC9S12DG128，CMOS 摄像头，PIDThe Research of
2、Small and Medium-sized Electric Machines in Fuan City Author：Yao fang Tutor：Ma shuhuaAbstractFujian Fuan City industry of electric motor and electrical equipment is the one of the most representative phenomenon of industry cluster in Fujian Province mechanical industry. Its output value of small and
3、 medium-sized electric machines accounts for 20% of the whole provinces electrical equipment industry. The output amount of small and medium-sized electric machines from this region takes up 1/3 of that of the whole nation. Fuan electric motor and electrical equipment industry plays a significant ro
4、le in the development of local national economy, being considered to be the main growth point of local economy and called the Chinese electric motor and electrical equipment city .This paper launched a research on small and medium- sized electric machines in Fuan city from two angles. The first one
5、inferred the situation of Fuan electric machine industrial cluster as well as the analysis of the temporary existed problems, and then propose a few of suggestions on the part of local government. The second part focus on the improvement of the competitiveness of Fuan electric machine enterprises, t
6、hrough the application of Michael Porters Five Forces Model into the local industry of electric machine, consequently carried out some strategies local enterprises should take. Key Words: small and medium-sized electric machines, Five Forces Model, industrial cluster 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 13 页目 录1 绪论1
7、1.1 智能车竞赛背景介绍11.2 智能车系统设计思路及方案分析21.3 系统整体设计结构图32 机械结构的调整与设计42.1 机械安装结构调整42.2 舵机安装方式的调整42.3 摄像头的安装52.4 测速码盘的安装52.5 前轮倾角的调整62.6 地盘高度的调整72.7 齿轮传动机构及后轮差速的调整73 硬件电路的设计与实现83.1 硬件电路设计方案83.2 硬件电路的实现83.2.1 以S12为核心的单片机最小系统83.2.2 主板133.2.3 电机驱动电路183.2.4 摄像头233.2.5 速度传感器243.2.6 加速度传感器243.2.7 去抖动电路254 软件系统设计与实现2
8、84.1 软件系统结构方案选择284.2 软件主流程284.3 端口分配294.4 底层驱动程序设计304.4.1 时钟模块304.4.2 PWM模块314.4.3 外部中断模块314.4.4 ECT模块324.4.5 AD模块324.4.6 串口模块334.4.7 普通IO模块334.4.8 实时中断344.5 图像信息处理及道路识别程序设计344.5.1 赛道提取算法354.5.2 有一定抗干扰和抗反光能力的黑线提取算法374.5.3 道路识别算法394.6 起跑线识别程序设计404.7 车体控制程序设计414.7.1 舵机控制算法424.7.2 速度控制算法43结 论44致 谢45参考资
9、料46附 录47附录A471 绪论1.1 智能车竞赛背景介绍全国大学生飞思卡尔杯智能车竞赛是教育部主办的面向全国大学生的五大赛事之一（另外四个：数学建模、电子设计、机械设计、结构设计）。智能车竞赛是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。大赛旨在加强大学生的创新与实践动手的能力，为社会培养一批优秀的创新型人才。全国大学生智能汽车竞赛已经成功举办了三届，比赛规模不断扩大、比赛成绩不断提高。前三届比赛决赛分别由清华大学、上海交通大学和东北大学承办。通过比赛，促进了高等学校素质教育，培养了大学生的综合知识运用能力、基本工程实
10、践能力和创新意识，激发了大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能,倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造了条件。全国大学生智能汽车竞赛是在竞赛组委会提供的统一汽车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，通过设计道路识别传感器和电机驱动电路、编写相应软件及装配模型车，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线（路线赛前未知）行进，以完成时间最短者为优胜。Freescale公司是目前全球领先的半导体公司之一，它为汽车电子、消费电子、工业控制、网络和无线市场设计并制造了众多的嵌入式半导体产品，拥有多达19000种产品。Fre
11、ecale公司是全球十大芯片制造商之一，在8位、16位和32位微控制器领域处于领先地位。智能汽车竞赛所使用的自动控制器是以单片机MC9S12DG128为核心，配合有传感器、电机、舵机、电池以及相应的驱动电路，它能够自主识别路径，控制模型车高速稳定运行在跑道上。本届比赛按照赛车进行道路检测方式的不同分为光电组和摄像头组，如果赛车使用了透镜成像原理进行道路检测则属于摄像头组，其余属于光电组。1.2 智能车系统设计思路及方案分析智能车竞赛已成功举办了三届，水平越来越高，每一届都能有很多创意值得学习，也会有一些教训需要吸取。我们对所能找到的资料进行了认真的分析和总结，从而确定了我们的设计思路。首先，采
12、用低重心设计。前三届的比赛中，不乏因重心过高而翻车的例子。重心成了进一步加快智能车弯道速度的限制之一。反观一些速度很快的赛车，重心一般都比较低（有个别例外）。因此，尽可能降低重心成为我们设计智能车过程中始终重点考虑的问题之一。对智能车重心影响最大的当属摄像头及其支架；支架选择轻质材料制作，且在不影响道路识别的情况下，尽量降低支架高度。还可以通过减小PCB版面积，低位安装来降低重心。第二，提高图像的分辨率，增强摄像头及算法对光线的适应性。在赛场上，智能车因无法适应场地光线，从而无法完成比赛，是一件很可惜的事情。我们从摄像头的选型到程序的编写，再到平时的调试，始终注意了提高智能车道路检测系统对场地
13、光线的适应性。我们选用了CMOS摄像头，它一方面可以提供很高的分辨率，另一方面对光线的适应性也很好。第三，在算法设计上，要实现“抄近道”的跑法。所谓“抄近道”，是指智能车并不是严格沿着黑线行进，而是在保证不犯规的情况下，走最短的路径。“抄近道”也就是路径优化。我们曾经做过测试，通过一个小S弯，沿弯道跑的赛车比直冲小S弯的赛车多费一倍多的时间。如何实现路径优化，是我们软件设计中重点解决的问题之一。最后，减轻车重、调整车模机械结构、也可以有效地提高智能车的平均速度。在智能车硬件电路的设计上，我们采用了模块化的设计思想。将整个系统分为最小系统板、电源模块、驱动模块、图像采集模块等若干模块。每个模块只
14、负责完成特定的功能，与其他模块之间相对独立。这种“分而治之”的模块化硬件设计思想，把复杂的系统分为若干功能模块，方便了小组内进行分工设计。同时，由于进行了模块化划分，电路规模也相对变小了，减小了出错的几率，增大了成功率。在前期开发阶段，可以对各个模块进行单独测试。保持各模块间接口定义不变，各模块可以单独升级换代，具有一定的通用性。在调试过程中，每一模块均有备件，且拆装替换方便。如果某一模块出故障或需要升级，可以马上替换，不会出现因一点小故障导致调试工作无法进行的问题。这也保证了我们的调试进度。比如：我们针对驱动模块、电源模块在调试过程中出现的问题，对这两个模块进行了改进；此外，对数字摄像头模块
15、也进行过改进，提高了图像的质量。这些改动都没有对我们的调试进度产生大的影响。对于系统软件的设计，我们也力图使软件模块化、层次化。在程序中，有一个专门的.h和.c文件负责和硬件的接口。如果在调试中改动了硬件，只需改变这两个文件中的部分设置，其他部分程序不需要改动。这样的设计方便了我们调试软件，提高了代码的可重用性，也减小了出错的几率。1.3 系统整体设计结构图按照预先的设计，我们设计了整个系统的结构图。系统力求简单高效，在满足比赛要求的情况下，使硬件结构最简单，减少因硬件而出现的问题。 图1.1 智能车系统结构图2 机械结构的调整与设计为了使车能够更稳定的高速运行，我们对这个车进行了系统的分析。今年的车模精度不是很高，因此尽量在规则允许范围内改造车模，提高车模整体精度是很必要的。另外，我们在实际调试中发现
