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1、第七届“飞思卡尔杯全国大学生 智能汽车竞赛技 术 报 告校徽学校：*队伍名称：*参赛队员：* * *带队教师：*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七届“飞思卡尔杯全国大学生智能汽车邀请赛关保存、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，并将相关容编纂收录在组委会出版论文集中。参赛队员签名：带队教师签名：日 期：摘 要本文以第七届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了智能赛车控制系统的软硬件结构和开发流程。该比赛采用组委会规定的标准车模，以 Free
2、scale 半导体公司生产的 16 位单片机MC9S12X128为核心控制器，在 CodeWarrior IDE开发环境中进展软件开发，要求赛车在未知道路上完成快速寻线。整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。为了提高智能赛车的行驶速度和可靠性，比照了不同方案如摄像头与光电管检测方案的优缺点，并结合 Labview 仿真平台进展了大量底层和上层测试，最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。它采用摄像头对赛道进展检测，通过边缘提取获得黑线位置，用 PID 方式对舵机进展反响控制。通过速度传感器获取当前速度，采用增量式数字PID控制实现速度闭环，根据预
3、判信息和记忆信息对速度进展合理分配。同时采用拨码开关和LCD显示屏实现人机交互系统。测试结果说明，在该控制系统下，自寻迹机器人小车具有良好的位置跟踪和快速切换速度性能。关键词：智能车，跟踪寻迹，摄像头，传感器，PID，最优曲率ABSTRACTIn the background of the 7nd National Intelligent Car Contest for College Students, this article introduces the soft hardware structures and the development flow of the vehicle co
4、ntrol system. This contest adopting the standard model car prescribed by the contest organization committee, using the16-bit MCU MC9S12X128 produced by Freescale Semiconductor Company as the core controller, developing under the CodeWarrior IDE, requires the car track the line fast on the road. The
5、whole system includes the aspects of the mechanism structure adjustment, the sensor circuit design and signal process, controlalgorithm and strategy optimization etc.In order to increase the speed and the reliability of the car, the advantage and disadvantage of the different schemes (such as the ca
6、mera and photoelectric cell scheme) are compared, and a great number of the bottom layer and the upper layer tests are carried on combined with the Labview simulation platform. At last, the current system structure and each control parameters are determined. It captures the road information through
7、a camera, then abstracts the black line position by edge-detection method. After that, PD feedback control is used on the steering. The system obtains the current speed using a speed sensor, so that it can realize the feedback control of the speed by theincreased digital PID algorithm control method
8、. At the same time, the use of an LCD displays trails information and keyboard is used to achieve the man-machine interaction.According to the pre-judge inform and the memorized inform, it allocates the speed properly. The test results showed that the self-tracing robot car had good position trackin
9、g and fast speed switching performance .Key words:intelligentvehicle,line track, camera,sensor, PID, optimal curvature目 录第一章：引言11.1背景介绍11.2开展现状11.3章节安排2第二章：系统整体框架32.1系统框架3硬件系统3软件系统42.2方案简介4第三章：机械设计63.1汽车行驶的数学模型63.2整体布局与调整7车模分析7车模布局思想83.3机械结构调整9前后轮定位9其他机械模块调整93.3摄像头的安装93.4舵机的安装103.5编码器的安装10第四章：硬件电路设计
10、124.1硬件设计方案124.2传感器的选择12摄像头12编码器124.3电路设计方案13单片机最小系统板13稳压模块电路14驱动模块电路14第五章：软件系统设计165.1 软件各功能模块设计16时钟模块16输出模块16模块17外部中断175.2视频采集与图像处理17摄像头工作原理17图像处理195.3路径识别思想215.4舵机转向和速度调节23控制算法介绍23舵机转向控制24速度控制25细节控制25第六章：开发环境、调试工具286.1软件开发平台Codewarrior IDE286.2辅助调试方法28调试28人机交互界面29无线模块29第七章：结论31参考文献32鸣32 / 第一章：引言1.
11、1背景介绍智能汽车就是一种无人驾驶汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主要依靠车以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。它一般是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够平安、可靠地在道路上行驶。无人驾驶汽车从根本上改变了传统的“人一车一路闭环控制方式，将不可控的驾驶员从该闭环系统中请出去，从而大大提高了交通系统的效率和平安性。现代无人驾驶汽车以汽车工业为根底，以高科技为依托，遵循由低到高、由少到多、由单方面到多方面、螺旋上升的规律开展。其横向开展离不开各种用途的实际需要，而其纵向开展的生命力在于持续不断的技术创新。全
12、国大学生飞思卡尔智能汽车竞赛是受教育部高等教育司委托，由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的全国大学生智能汽车竞赛。该竞赛以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、根本工程实践能力和创新意识，激发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条件。 大赛按照传感器类别的不同分为三个组别：光电组、摄像头组、电磁组。各组自己设计、选择
13、规那么允许的传感器件，结合赛会指定的微控制器件，进展车辆运行中赛道信息的识别、动力控制、转向控制等具体容。在赛会规那么的允许围，最快完成比赛的将取得最好成绩。本报告将从硬件到软件一一的为大家呈现本智能车的设计方案和制作过程。1.2开展现状智能汽车，是一种集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统，集中地应用到自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，是典型的高新技术综合体，具有重要的军用及民用价值。 在20世纪80年代，美国就提出自主地面车辆(ALV)计划，这是一辆8轮车，能在校园的环境中自主驾驶，但车速不高。1995年，一辆由美国卡耐基梅隆大学研制的无
14、人驾驶汽车NavlabV，完成了横穿美国东西部的无人驾驶试验。2005年，美国国防部“大挑战比赛上，最终由美国斯坦福大学工程师们改装的一辆群众途锐多功能车经过7个半小时的长途跋涉完成了全程障碍赛，第一个到达了终点。在无人驾驶技术研究方面位于世界前列的德国汉堡Ibeo公司，最近推出了其研制的无人驾驶汽车。我国国防科技大学从20世纪80年代开场进展无人驾驶汽车技术研究。2000年6月，国防科技大学研制的第4代无人驾驶汽车试验成功，最高时速达76 km，创下国最高纪录。以上转述只是冰山一角，智能车的技术正在不断开展中。目前，智能车领域的研究已经能够在具有一定标记的道路上为司机提供辅助驾驶系统甚至实现
15、无人驾驶。这些智能车的设计通常依靠特定道路标记完成识别，通过推理判断模仿人工驾驶进展操作。通常，智能车承受辅助定位系统提供的信息完成路径规划，如由GPS等提供的地图，交通拥堵状况，道路条件等信息。1.3章节安排本文容的安排如下所示： 第一章 引言 本章主要介绍了 Freescale 车模竞赛的根本情况，智能车的开展状况。 第二章 系统整体框架 本章对系统硬件模块方案和软件控制方法进展了选择与论证。 第三章 机械设计 本章对机械结构的安装与改良，各个模块的安装技巧作了详细的介绍。 第四章 硬件电路设计 本章主要介绍了自行设计的基于飞思卡尔单片机的最小系统板的设计，电源模块、驱动模块、摄像头模块和速度传感器模块的设计与实现。 第五章 软件系统设计 本章软件系统各模块的设计思路作了详细的介绍。特别介绍了图像处理中的各种技巧、PID 控制策略的应用和起跑线识别算法的设计等问题 第六章 开发工具及其调试 本章对开发工具与调试方法作了简单介绍。 结论 对整个参赛过程中的经历与教训作了总结。
