飞思卡尔杯智能车大赛摄像头组技术报告

1第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：威海职业学院名称：蓝海蛟龙参赛队员：、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、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五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、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第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告委会出版论文集中。参赛队员签名：带队教师签名：日期：目录第一章引言.................................................................................错误!未定义书签。第二章车模总体设计.................................................................错误!未定义书签。2.1赛车主要参数................................................................................................82.2赛车硬件设计…………………………………………………………………………82.3赛车软件设计..............................................................................................................9第三章车模机械结构及安装.....................................................错误!未定义书签。3.1摄像头安装....................................................................错误!未定义书签。3.2舵机安装........................................................................错误!未定义书签。3.3前轮倾角调整.................................................................错误!未定义书签。3.4车模悬挂系统及底盘调整............................................错误!未定义书签。第四章车模硬件系统设计与实现.............................................错误!未定义书签。4.1硬件电路设计目标........................................................错误!未定义书签。4.2电路设计实现.................................................................错误!未定义书签。4.2.1单片机最小系统版.............................................错误!未定义书签。4.2.2电源管理模块.....................................................错误!未定义书签。4.2.3电机驱动模块.....................................................错误!未定义书签。4.3摄像头选择....................................................................错误!未定义书签。4.4光电编码器选择............................................................错误!未定义书签。第五章车模软件系统设计与实现.............................................错误!未定义书签。5.1舵机控制策略................................................................错误!未定义书签。5.1.1PID算法简介......................................................错误!未定义书签。5.1.2PID算法在舵机上的应用..................................错误!未定义书签。第一章引言5.2电机控制策略..............................................................................................205.3图像采集与黑线提取算法设计..................................................................205.3.1图像采集...........................................................................................205.3.2黑线提取...........................................................................................205.4起跑线识别法..............................................................................................215.5赛道形状判定..............................................................................................22第六章系统调试.......................................................................................................236.1开发软件......................................................................................................246.2蓝牙模块......................................................................................................24第七章总结与展望…………………………………………………………………………26第一章引言1.1大赛背景和概况“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛是由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办，飞思卡尔半导体公司协办的全国性的比赛。与以往的专业竞赛不同，智能车大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新比赛，已经成为各高校展示科研成果和学生实践能力的重要途径，同时也为社会选拔优秀的创新人才提供了重要平台。第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛于2010年7月下旬举行分区比赛，8月中旬举行全国总决赛。竞赛内容包括：以飞思卡尔HCS12单片机为核心控制模块，以CCD或光电检测元件检测赛道引导线，引导改装后的模型汽车以最快的速度按照大赛组委会所设定的赛道行进，以赛车在最短时间跑完全程的队为优胜队。该竞赛是涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛，极具挑战性与竞争性。该比赛已经列入教育部主办的全国大学生五大竞赛之一。1.2智能车应用前景第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告智能车辆，是一个集外界环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体.它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆致力于提高汽车的安全性、舒适性和提供优良的人车交互界面，是目前各国重点发展的智能交通系统中一个重要组成部分，也是世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力。随着科学技术的发展，特别是计算机技术、信息技术、人工智能、电子技术的突飞猛进，智能车辆技术有了实现的技术基础。目前智能车辆技术在轿车和重型汽车上主要应用于碰撞预警系统、防撞及辅助驾驶系统、智能速度适应、自动操作等，其在军事上的应用更加广泛和重要。车辆智能化是汽车工业今后的发展趋势，也是人们对安全性要求越来越高未来汽车的发展方向。随着计算机技术和信息技术为代表的高新技术的发展，人工神经网络技术、模糊控制技术、神经模糊技术、虚拟实现等新技术的出现，智能车辆技术的研究将会有突破性的进展。智能车辆系统的实用化是是智能车辆发展的前进方向，适应性强、环境适应性好的智能车辆将是研究的重点。第六章，系统调试。第二章车模的总体设计第一章引言智能车是在车模结构的框架上，搭上硬件结构，通过MC9S12XS128单片机的处理能力，将传感器采集到的信息处理分析后得出运算结果，指挥电机和舵机做出适应赛道及战术策略的响应的一套系统。其硬件结构框架如下图：7单片机编码器，加速度传感器执行机构（直流电机，伺服舵机）视觉传感器小车运行状态图1-1智能车硬件框图2.1赛车的主题参数2.2赛车的硬件设计依据系统设计思路及结构图，我们开始设计硬件电路，并既定了系统设计目标：稳定、简洁，在整个系统设计过程中严格按照规范进行。稳定性是系统设计的基础，我们对电路设计的所有环节都进行了电磁兼容性测试，做好各部分的接地、屏蔽、滤波等工作，将高速数字电路与模拟电路分开，使本系统工作的稳定性达到了设计要求。简洁是指在满足了稳定的基础上，为了尽量减轻整车重量，降低车体重心位置，应使电路设计尽量简洁，尽量减少元器件使用数量，缩小电路板面积，使电路部分重量轻，易于安装。我们在对电路进行详细彻底分析后，对电路进行了大量简化，并合理设计元件排列和电路走线，使本系统硬件电路部分的重量、面积都达到了设计要求。硬件是系统的基础，为了给整个智能车系统提供一个稳定、可靠地硬件平台。本届我们的智能车在以STC5A60S2搭建追小第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告系统的基础上，硬件电路方面主要分为三部分：电源模块；图像采集模块；电机驱动模块。2.2.1硬件电路总体结构框图单片机（MC9S12XS128）无线通信模块Cy2198TR模块24L01模块PS[0、1]PM[2-5]、PT3、PA43.3V稳压LM1117-3.3LED+拨码PA[0-3]SD卡PM[2-5]EEPROMAT25C256存储模块上位机模块Cy2198TR模块人机接口电路八段数码管*4按键3*3PT2PT1，RESET数码管按键驱动芯片CH4525V稳压芯片LM2940-5BDM下载口电路RC复位电路16M晶振测试LED6N1376N137BTS7960DCDC升压芯片M34063IR2103或2104N沟道MOS管IRL7833驱动电路直流电机7.2V舵机6V稳压LM1117-ADJ前轮前后四轮镍镉电池旋转式编码器OMRONE6A2-C5V稳压芯片TPS73505V稳压芯片TPS7350三极管非门三极管非门鉴相电路74HC7424L01模块232转USB模块EXTAL、XT