飛思智能車大賽北航天龍隊技術(shù)報告

1、第一屆“飛思”杯大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)參賽選手張振宇 吳耀 范哲 指導(dǎo)教師徐鵬飛 2006 年 8 月關(guān)于技術(shù)和研究使用的說明本人完全了解第一屆“飛思”杯大學(xué)生智能汽車邀請賽關(guān)保留、使用技術(shù)會和飛思和研究的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁上收錄并公開參賽作品的設(shè)計方案、技術(shù)以及參賽模型車的集中。、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在參賽隊員簽名： 張振宇 參賽隊員簽名： 吳耀 參賽隊員簽名： 范哲 帶隊教師簽名： 徐鵬飛 期：2006 年 8 月日摘 要51 緒論31.11.21.3項目背景及目的3本文研究重點及方法3. 42系統(tǒng)總體方案設(shè)計52.12.2設(shè)

2、計思路簡明5尋線傳感器方案設(shè)計52.2.12.2.2光電傳感器5排布方案選擇及原理說明62.3CCD 在系統(tǒng)中的應(yīng)用63系統(tǒng)硬件電路設(shè)計83.1總體方案設(shè)計83.1.13.1.2硬件選型8硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖83.2各功能模塊電路設(shè)計93.2.13.2.23.2.33.2.4控制單元9供電單元10信號單元11電機驅(qū)動單元123.3舵機驅(qū)動單元13系統(tǒng)設(shè)計144.1系統(tǒng)控制算法結(jié)構(gòu)14系統(tǒng)功能模塊設(shè)計154.2. 1544.2.14.2.24.2.34.2.4CCD 傳感器圖像處理15算法15光電傳感器信號處理及小車狀態(tài)檢測校正算法16設(shè)計流程175總結(jié)195.15.25.35.45.5說明19系統(tǒng)

3、實驗過程簡介19試驗所得參數(shù)20智能汽車技術(shù)指標20目前在的與改進方向20附錄 A 智能車程序（程序部分）21摘要該項目以第一屆“飛思”杯大學(xué)生智能車為依托，主要目的是以提供智能車競模、單片機 HCS12 開發(fā)板、開發(fā)Code Warrior識別路線和調(diào)試工具等材料為基礎(chǔ)，在車模基礎(chǔ)上，制作一個能夠的智能車，在專門設(shè)計的跑道上進行自動識別道路行駛。以 MC9S12DG128 為控制器，以反射式光電開關(guān)管、面陣 CCD 等組合作為循線傳感器使用。而電機驅(qū)動則采用提供的 H 橋型驅(qū)動mc33886，并以編作為小車速度檢測傳感器，結(jié)合鎖相環(huán)技術(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)。方面采用循查的方式對光電傳感器檢測到的信號

4、進行數(shù)據(jù)處理，并對小車行駛狀態(tài)在一定程度上進行，以使得小車能更好的進行循線運行。本文主要介紹該平面道路循線系統(tǒng)設(shè)計方案，循線傳感器使用及布局方法及原理，系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，智能車系統(tǒng)調(diào)試過程。最后本文還對小組前、后期的工作做了一個階段性的總結(jié)。第一章 緒論1.1 項目背景及目的“飛思”杯大學(xué)生智能車邀請賽是在飛思半導(dǎo)體公司資助下舉辦的以HCS12 單片機為的大學(xué)生課外科技競賽。使用大賽提16 位微控供的競模、轉(zhuǎn)向舵機、直流電機和可充電式電池，采用飛思制器 MC9S12DB128B 作為控制單元，構(gòu)思控制方案及系統(tǒng)設(shè)計，包括傳感器信號處理、控制算法及執(zhí)行、電機驅(qū)動、轉(zhuǎn)向舵機控制等，完成智能車工程制作

5、及調(diào)試，于指定日期與地點參加場地比賽。比賽成績主要由現(xiàn)場成功行駛完賽道的時間為主。在比賽要求控制器必須采用 MC9S12DB128B 作為系統(tǒng)唯一控制處理器。系統(tǒng)開發(fā)工具及選擇調(diào)試工具可以自選（可選擇使用 CodeWarrior 3.1 作為開發(fā)，制作的 BDM 調(diào)試工具進行調(diào)試）。車?？梢愿难b，但改裝部位，及改裝后其長寬尺寸都有限制。這就要求在有限材料和有限時間的條件下學(xué)習掌握 S12 單片機的整套開發(fā)系統(tǒng)的使用方法，并能根據(jù)自身所學(xué)的有關(guān)力學(xué)、機械學(xué)、計算機技術(shù)、數(shù)模電和檢測技術(shù)等知識設(shè)計開發(fā)一套完整的自助循線行駛系統(tǒng)。這是對的將所學(xué)各學(xué)科知識綜合運用和動手實踐能力的很好的培養(yǎng)。對 是一次

6、很好的機會。這樣在大學(xué)四年里很少有機會參加科技實踐的學(xué)生來說在國外，相關(guān)賽事在韓國從 2000 年開始已經(jīng)舉辦了近六屆，每年韓國大約有 100 余支大學(xué)生隊伍報名并參賽，該項賽事在韓國取得了很好的成功。深受高校及大學(xué)生的歡迎，并得到了企業(yè)界的極大關(guān)注。參考韓國相關(guān)比賽中成功的案例，以及的介紹，看到他們的方案五花八門，各有亮點，都有值得學(xué)習的地方。在關(guān)于路徑識別上，大都選用光電傳感器作為自己的方案，但傳感器在檢測及處理信號方面和對其排布方面都有所不同。他們在傳感器的數(shù)量、排布方面，通常是將地面信息用數(shù)字量或是模擬量來完成，通過計算機進行數(shù)據(jù)處理，有些想法是比較新穎的，這些問題都值得 借鑒和進一步

7、研究。同時在韓國的方案里面，也有些是采用 CCD，或者是將 CCD 和光電傳感器結(jié)合使用來完成車模循跡的，在這些方案里面也有很多成功的案例。其他方面如車模的改裝、動力驅(qū)動、轉(zhuǎn)向控制，以及控制算法方面等，韓國選手的方案也都有各自的創(chuàng)新，和值得學(xué)習和進一步研究的地方。1.2 本文研究重點及方法從以上簡要的介紹中可以了解到，該智能車競賽項目在國外已經(jīng)相當?shù)某墒欤煌桨冈谲嚹８倪M和計算機控制等關(guān)鍵模塊和很多細節(jié)上都有創(chuàng)新點存在。為了能夠?qū)崿F(xiàn)的參賽目的，爭取好成績，也在參考其他方案的同就傳感器選型，布局，時，提出自己的創(chuàng)新想法。如在該項目的制作中，信號檢測方案，速度閉環(huán)控制方案等作為重點工作方向，同時

8、兼顧小車機械拓撲結(jié)構(gòu)、電源合理使用等方面來開展工作。 在一定速度要求下滿足基本功能之后，來解決系統(tǒng)的可靠性和整體性能的優(yōu)化，以使得小車循線行駛速度達到最優(yōu)。1.3本共分為五章，以及附錄部分：第一章是緒論部分，簡單介紹項目的背景和意義；第二章是系統(tǒng)總體方案設(shè)計，包括了傳感器的選型以及布局，機械部分的安裝等；第三章介紹了小車中硬件電路的設(shè)計；第四章介紹了系統(tǒng)主要第五章為系統(tǒng)測試和總結(jié)。設(shè)計；附錄部分給出了代碼。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計思路簡明作為一個完整的機電控制系統(tǒng)，在設(shè)計上需要考慮如系統(tǒng)機械性能，電氣性能，系統(tǒng)設(shè)計，可靠性設(shè)計，甚至還需考慮外型設(shè)計、安裝等諸多方面的設(shè)計問題。要讓它

9、能夠很好的運行并達到預(yù)定目標，首先就應(yīng)該盡快將其模型用最簡化的設(shè)計建立起來，在不斷發(fā)現(xiàn)新問題，提出新目標的同時，再進一步逐漸對在功能上、速度上，以及可靠性方面進行擴展和完善。所以最初的目標是在熟悉 S12 這款單片機的同時用最簡化段將循線小車的功能實現(xiàn)。因此前期的工作主要是在于將光電開關(guān)管作為循線傳感檢測，用速度開環(huán)控制方式完成小車的制作。中期進行一些理論性的工作，確立光電傳感器的循線算法，學(xué)習使用稍復(fù)雜的控制來完善對小車的控制，期間對車模的機械結(jié)構(gòu)進行了改進。后期便是將前期的版本進行升級，同時把中期的理論工作付諸實踐，在試驗的基礎(chǔ)上完善傳感器布置和整個小車的空間拓撲結(jié)構(gòu)，以期保證得到信號和機

10、械性能的優(yōu)化，提高系統(tǒng)可靠性；并嘗試使用不同的檢測對道路信息進行檢測。如為保證對道路的提前校正，采用了面陣 CCD；在速度檢測方面加上了的碼盤，實現(xiàn)了速度閉環(huán)，盡量使小車的運行速度達到最優(yōu)，小車的可靠性也能夠滿足系統(tǒng)要求。2.2 循線傳感器方案設(shè)計2.2.1 光電傳感器光電傳感器由發(fā)光二級管和接收二極管組成，可以選擇將接收二極管接收信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（開關(guān)量）或模擬量的方式進行信號。采用數(shù)字量進行時，其電路相對簡單，并且占用控制器 CPU 的資源少，對到的開關(guān)信號處理起來也相對容易，處理速度也較快。采用模擬方案，在處理時需要將采集到的模擬信號通過 AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，電路相對復(fù)雜，處理起來

11、速度較數(shù)字方案慢，但其精度較高，且對路面信息提取較前者準確?？偟膩碚f，兩種方式是各有優(yōu)點的。通過對上述二者進行分析之后決定采用將接收二極管接收信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（開關(guān)量）方案，即傳感器陣列采用反射式集成光電開關(guān)管。其原理為紅外發(fā)光二極管上電后發(fā)出紅外光，當外界將光反射回來，被光敏二極管接收到時，光電開關(guān)管發(fā)出低電平信號；當光線被外界吸收后（在此即指傳感器下壓住的路面為黑線），光敏元件沒有接收到光信號，此時傳感器發(fā)出信號為高電平。由此即可識別道的黑色引導(dǎo)線。其原理圖圖 2.1 所示。圖 2.12.2.2 傳感器排布方案選擇及原理說明傳感器布局方案是建立在試驗基礎(chǔ)上的，目前所采用的排布方式及如圖 2

12、.2 所示,。由于道路引導(dǎo)黑線具有一定的寬度（25mm），所以小車行駛狀態(tài)的檢測根據(jù) 0 號與 2 號傳感器的檢測信號決定是否偏離黑線，當發(fā)生偏離后其左右兩端的傳感器 3 號，4 號若檢測到偏離信號，回傳給控制器，控制器便可以根據(jù) 5 個傳感器當前信號狀態(tài)的組合來判斷出校正指令，使得小車始終沿著黑線方向前進。目前所處的位置，并發(fā)01234圖 2.2根據(jù)圖 2.2，可以看到，檢測傳感器的排布為扇形狀態(tài)，這種布局可以獲取的路面信息比較豐富，以便利用有限的傳感器實現(xiàn)對道路的識別。2.2.3 CCD 在系統(tǒng)中的應(yīng)用CCD（Charge Coupled Devi）是一種將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的圖像傳感器。

13、根據(jù)光電轉(zhuǎn)換原理，它將圖像信息轉(zhuǎn)換成電信號,這樣便實現(xiàn)了對非電量進行電測量。CCD 傳感器的工作速度快、測量精度高，并且具有體積小、重量輕、噪聲低、長的特點，因此應(yīng)用非常廣泛，在精密測量、非接觸無損檢測、文件掃描與航空遙感等領(lǐng)域中，發(fā)揮著重要的作用。由于在車模系統(tǒng)的信號檢測過程中，單獨采用光電傳感器作為循線信號檢測時，循線的精度偏低，可以識別的道路信息量也比較少，并且大量使用光電傳感器要占用過多的CPU 的I/O 端口資源；另一方面，若要對小車在行駛過程時實現(xiàn)提前校正，只用光電傳感器無論是在控制精度上，還是在安裝定位上都。而 CCD圖像傳感器的分辨率遠高過前者大約都在 300到的是圖像信息，通

14、過它還可以得到道路的前方路存在很大的線以上，并且由于 CCD況及曲率等幾何信息?？梢酝ㄟ^對到的圖像信號進行處理，得到準確的路面信息，達到有效的控制。但它也有著其不可忽視的弱點，即它在圖像處理時要占用大量的RAM 資源，另外 CCD 在信號檢測時速率有限，并且檢測有延時，這對于系統(tǒng)的實時控制上，在只用一片微控制器的情況下，既要對小車進行驅(qū)動控制，又要對信號進行檢測處理并實時的得到校驗信息的情況下存在資源協(xié)調(diào)問題。但 在查閱相關(guān)資料，分析之后認為只要合理地利用 CPU 資源，在保證速度前提下采取使用CCD 的方案，還是可行的。在信號率的主要和處理方面，關(guān)于速率問題，看到在系統(tǒng)中影響速是CCD 的掃

15、描速度，以及 AD 轉(zhuǎn)換的時間，而所需要的信息的精度主要是水平精度。所使用的 CCD 傳感器每秒輸出 50 幀，每幀輸出320 行，而 S12 的 AD 最快轉(zhuǎn)換時間為 7 微秒，即傳感器的垂度高而水平精度低，不符合使用要求。但將其順時針轉(zhuǎn)過 90 度以后就能夠得到達到較高的水平精度，這樣就符合了使用要求。另外利用片內(nèi)鎖相環(huán)技術(shù)對單片機系統(tǒng)時鐘進行適當超頻后，在損失一定的精度的前提下，將 AD的速度提高到了.5 微秒。在方面，還存在的關(guān)鍵問題是圖像信息的同步分離，采用LM1881N 同步信號分離器，得到了行場信號，從而有效的控制 AD 工作在數(shù)據(jù)處理方面，首先對所的數(shù)據(jù)作了一個簡單的閾值處理，

16、然后運用數(shù)據(jù)擬合法，得到路線的斜率，走勢等信息以此控制小車的轉(zhuǎn)角和速度第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 總體方案設(shè)計通過對車模所要完成的功能分析，的硬件電路設(shè)計要求是：1、模塊化，這樣做一方面是為了便于安裝和拆卸，對于一個微小型的基本系統(tǒng)來說，系統(tǒng)電路的尺寸和安裝位置對整個系統(tǒng)的整體性能是有一定影響的。另一個最主要的原因是，利用模塊化設(shè)計，將各功能模塊的電路獨立制版，有利于和驗證。對所多種方案的進行組合2、簡單化，這里的意思是指盡量使用現(xiàn)成的功能元器件模塊和設(shè)計方案，以便簡化系統(tǒng)電路的設(shè)計，使得時間的投入到算法設(shè)計及軟件編制中。同時這也是為了使系統(tǒng)可靠其間。但是一些重要的環(huán)節(jié)還是不能省的。3、外

17、形、尺寸同小車機械結(jié)構(gòu)化。4、由于比賽要求給整個智能車供電的電源只有一塊 2000mA/h 的 7.2V 的可充電池，電源有限，故設(shè)計要考慮到將電路的功耗控制到一個較低水平。的硬件設(shè)計都是圍繞以上設(shè)計進行的。3.1.1 硬件選型MCU 選型：智能車所使用的微控制器為大賽提供的 16 位單片機 MC9S12DB128B，其最小系統(tǒng)板同時由不再贅述。供給所有參賽隊 。所以在此循線傳感器選型：在第二章有所敘述,選擇光電開關(guān)管和面陣 CCD3.1.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖根據(jù)上述總體設(shè)計，其相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.1 所示。電路設(shè)計主要包括以下各部分：電源系統(tǒng)、控制單元、驅(qū)動單元等 3 方面的內(nèi)容。其

18、中外接電源為大賽 提供的 7.2V 可充電電池，電源電路為防止短路等故障發(fā)生，須在設(shè)計中考慮短路過流保護?？刂茊卧饕?S12 單片機以及相應(yīng)的邏輯電路，其中對小車所進行的所有控制均通過以該單片機為的控制電路進行。另外設(shè)計了一個編用于反饋速度信號，形成速度閉環(huán)控制。電源電壓系統(tǒng) 5V光電開關(guān) 5VCCD 12V光電碼盤 5V舵機 5V電機圖 3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖3.2 各功能模塊電路設(shè)計3.2.1 控制單元控制單元是以S12 單片機為，其電路連接在此處不在敘述。而反饋回的，碼盤光柵為 36 線，將其固定在小車后軸路中的數(shù)字光電編是上能有效的檢測小車行駛速度。其檢測電路如圖 3.2 所

19、示,圖 3.3 為盤.的光電碼圖 3.2 光電對管檢測電路供電電源驅(qū)動電機驅(qū)動器舵機信號控制光電編碼盤MCUMC9SDG 128BCCDAD轉(zhuǎn)同步光電傳感器圖 3.3光電碼盤作為光電對管，其信號檢測原理與前述光電開關(guān)管相同。發(fā)射管陰極下拉電阻為 270、接收管的上拉電阻為 510K。由于接收管輸出信號容易受到環(huán)境觸發(fā)器的非門電路 74LS14 對光電對管輸出光線干擾，故使用帶有信號進行整形處理，使得經(jīng)過非門電路的信號反相延時后符合單片機接口對信號的輸入要求，以保證單片機接口能準確到信號。當小車電機帶動車軸轉(zhuǎn)動起來時，固定在車軸上的碼盤隨之轉(zhuǎn)動，當發(fā)射管發(fā)出的紅外光透過光柵鏤空的透光縫，接收管接

20、收到光信號后整形輸出高電平，再經(jīng) 7414 反相延時后輸出穩(wěn)定的脈沖信號。碼盤每轉(zhuǎn)動一圈輸出 36 個脈沖信號。單片機對此脈沖信號進行處理后就能夠得到小車當前行駛速度。3.2.2 供電單元系統(tǒng)供電部分包括對單片機系統(tǒng)供電，對舵機、電機供電、以及對傳感器檢測電路供電等部分。對于數(shù)字電路而言,其工作電壓為 5 伏.采取用兩片7805 對蓄電池輸出電壓 7.2V 進行降壓,得到穩(wěn)定的兩組 5V 電壓，一組用于對單片機系統(tǒng)及光電傳感器進行供電，另一組單獨對舵機供電。對于 CCD 來說，它的電壓工作電壓為 12V，路。其典型應(yīng)用如圖 3.3 所示：采取斬波升壓電圖 3.3斬波升壓電路通過計算，有 Vou

21、t=Vin*1/(1-a);其中 a 為占空比，可以知道若 Vin=5V,那么 a=0.58，輸出電壓為 12V這里的FET 選用的是IRFR2807。3.2.3 信號單元在對賽道路面信息的檢測方面，主要敘述 CCD 的應(yīng)用，在 CCD 的應(yīng)用硬件方面需要考慮這幾方面：驅(qū)動電路設(shè)計、同步分離、AD 轉(zhuǎn)換、和 CCD供電部分。CCD 的供電部分在上面已有敘述。由于所選用的這款 CCD 傳感器自帶有處理電路，故不再需考慮外部驅(qū)動電路。 同步分離及 AD 轉(zhuǎn)換原理如圖 3.4：圖 3.4 同步分離電路3.2.4 電機驅(qū)動單元電機驅(qū)動方案設(shè)計相對較為簡單，驅(qū)動采用freescare 公司的半橋式驅(qū)動M

22、C33886。典型應(yīng)用電路見圖 3.5。該集成了邏輯控制電路，升壓電荷泵，門極驅(qū)動等。正常工作時其工作電壓范圍為 5-40V，導(dǎo)通電阻 120，輸入信號為TTL 或CMOS 信號。其連續(xù)感性負載電流可達 5A，輸出的脈寬調(diào)制波頻率最高可高達 10kHZ。還具有短路保護、欠壓保護、過溫保護等。在使用過程中，為增加其驅(qū)動能力，把半橋并聯(lián)?？紤]到在電機驅(qū)動過程中，熱片。發(fā)熱量較大在PCB 板的上下兩面都貼了散章 系統(tǒng)設(shè)計第4.1 系統(tǒng)控制算法結(jié)構(gòu)的設(shè)計是基于光電傳感器和 CCD 結(jié)合的信號檢測方案。光電傳感器操作簡單，控制周期短，但其賽道分辨率低，識別到的道路信息量比較少，前瞻性差，且易受環(huán)境光線干

23、擾；而 CCD 則不存在這些問題，然而，CCD 卻有著在檢測和處理時速度相對較低的缺點在設(shè)計中綜合了兩者的特點，使整個系統(tǒng)在這兩方面達到一定的互補效果。程序算法結(jié)構(gòu)包括圖像、圖像處理、光電開關(guān)識別，辨識并提取信息、控制等模塊。實際的應(yīng)用中是以 CCD 為主，以光電管為輔的方法通過光電管來校正 CCD 的信號檢測。其流程圖如下所示：是是否為錯誤狀態(tài)否是是否為特殊曲線否圖 4.1總體流程圖一般算法特殊曲線算法光電管檢測數(shù)據(jù)擬合CCD 圖像檢測四4.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計4.2.1 CCD 傳感器圖像處理圖像處理的算法是采用動態(tài)閾值比較并對信號進行二值化處理，得到每行中心線的水平信息，然后通過擬合參數(shù)

24、得到中心線在圖像坐標系中的位置、方向及曲率等信息。采用的方法主要有三個：1、直線的擬合2、圓周的擬合3、“S”曲線的擬合其中，直線的擬合為基礎(chǔ)，方法如下：按照普通方法設(shè)直線方程為說明：此狀態(tài)圖與前面提到的光電傳感器的安裝直接相關(guān)4.2.4設(shè)計流程主程序流程圖：43210NO狀態(tài)與功能000000若轉(zhuǎn)向，保持狀態(tài)；直線則停止000011右偏，中速小角度校正000102直線，高速直線行駛000113微向右偏，中高速001004，右移，中速小角度校正001015 001106微向，中高速001117 010008右偏，低速大角度010019右移或不移動，中速0101010右移，中速中角度010111

25、1同上0110012右移，大角度低中速0110113 0111014右移，大角度低中速0111115 1000016右移，大角度低速10001大角度低中速中角度中速01119，中角度中速1010020或不移，中速1010121 1011022或不移，中速1011123 1100024 1100125，大角度低速1101026 1101127 1110028右移，大角度低速1110129 1111030 1111131 各功能子程序：子程序模塊包括算法子程序，電機驅(qū)動子程序，舵機控制子程序，圖像子程序。其中有的已在相關(guān)功能介紹過程中作了說明,現(xiàn)限于篇幅,不在此一一介紹了.執(zhí)行動作辨識分析進行相應(yīng)

26、代碼處理處理并提取參數(shù)任務(wù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)初始化第五章 總結(jié)5.1 說明及控制,檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案及硬件,前面各章節(jié)主要介紹了設(shè)計。在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中.發(fā)現(xiàn)傳感器的排布，定位等都與實際控制精度有著密切關(guān)系。并且在整個調(diào)試過程中,還發(fā)現(xiàn)有一些問題在方案設(shè)計時沒有充分考慮到，比如小車的重心位置對超調(diào)的影響等。在使用光電管時，由于光電管之間的道路信息實際上是用到的光電管輸出信號是數(shù)字量信號，相鄰兩的盲區(qū)，光電管陣列之間的間隔會影響到信號分辨率。同時在循線時若要對前方道路信息進行數(shù)據(jù)擬合，以提前檢驗，傳感器陣列的排布形狀也會對算法產(chǎn)生一定影響。在試驗中調(diào)整光電陣列過程優(yōu)化，提高精度,使算法的排布的目的主要在于盡

27、量將道路信息更為準確。而CCD 的安裝定位也很重要，鏡頭的高度和安裝角度主要影響圖像視野。在試驗中發(fā)現(xiàn)，當小車機械響應(yīng)慢時，圖像視野應(yīng)該偏遠，當小車機械響應(yīng)快時，圖像視野則應(yīng)稍近一些。此時視野對算法的設(shè)計有著較大的影響。因此的試驗就是基于上述問題開展的。另外，在設(shè)計中使用了軟件閉環(huán)，電機控制算法采用校正算法，于是在調(diào)節(jié)傳感器定位參數(shù)前，我們先將參數(shù)進行了調(diào)節(jié)。5.2 系統(tǒng)實驗過程簡介試驗步奏：a)b)首先調(diào)節(jié)參數(shù)，使得小車在實際行駛時，電機轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定。單獨使用光電開關(guān)進行循線時，在試驗過程中，根據(jù)大賽提供的比賽賽道參數(shù)信息，以及調(diào)整光電管陣列之間的間隔，并對所調(diào)整后小車的尺寸信息，適當在試驗

28、前光電傳感器的扇形排布進行驗證，并不斷對布局進行優(yōu)化,使傳感器的布局日趨合理。在試驗的同時，逐步完善系統(tǒng)狀態(tài)表，使小車行駛狀態(tài)得到及時的校正。調(diào)整 CCD 的安裝角度,觀察 CCD 的賽道檢測視野，已達到最合理狀態(tài).以便選擇合適的算法進行處理。將兩種方案結(jié)合起來，并以 CCD 為主，進一步試驗并改進算法。使算法達到優(yōu)化。c)d)e)最后對整個系統(tǒng)的綜合特性，即電路、機械兩方面進試，對硬線電路的功耗，慣量等進量，以便細化、改進整個系統(tǒng)的設(shè)計方案。5.3 試驗所得參數(shù)1、光電開關(guān)陣列兩兩之間水平間距大概在 2mm 左右，整體呈扇形狀，最外兩邊角度大約是 120 度。2、光電開關(guān)及 CCD 結(jié)合起來

29、循線，采樣頻率大概為 20 毫秒。光電開關(guān)距離地面最遠距離大約為 1517mm；CCD 采樣精度為單片機 AD 采樣精度，即 10 位。5.4 智能汽車技術(shù)指標目前的智能在學(xué)校制作的賽道（參考韓國的比賽賽道制作）上可以跑出比較好的成績，其運行狀態(tài)穩(wěn)定，系統(tǒng)整體性能可靠。但仍需進一步測試以提高成績。1、車模改裝后，并安裝電路板后，其長、寬、高尺寸分別為：長度：400mm寬度：180mm高度：150mm重量：495 克2、總電容：1800f3、傳感器種類及個數(shù)：反射式光電開關(guān)管：5 對面陣 CCD：4、系統(tǒng)功耗:14W1 個5.5 目前在的與改進方向通過前期工作,感到無論在系統(tǒng)硬件設(shè)計,還是在算法

30、方面還有很大的改進余地，例如,硬件電增加無線通訊模塊,可以進行系統(tǒng)調(diào)試與參數(shù)的修改,加快實驗周期光電管是否可以采用數(shù)模結(jié)合方式對外部信號進行,以提精度等?？傊?通過本次大賽的車模制作,系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試.使得我高信號們在工程訓(xùn)練能力上得到了極大的鍛煉與提高,對于完成的學(xué)業(yè)幫助很大.給提供的這次鍛煉機會.感謝飛思公司和大賽參考文獻韓國智能模型車技術(shù)方案分析基于面陣 CCD 的賽道參數(shù)檢測方法12345金華民王琎.單片機電子產(chǎn)品世界電子產(chǎn)品世界2006 3 月2006 3 月，2004.應(yīng)用的開發(fā)方法M.：FREESCALE 公司.MC9S12DG128B 單片機DATASHEETZ，2005.大學(xué)生

31、智能車大賽.大學(xué)生智能車大賽章程Z.,2006-6-10.附錄 A 智能車程序（程序部分）1、算法子程序voidInit (void)ss.vi_Ref = 0 ;.vi_FeedBack = 0 ;/速度設(shè)定值/速度反饋值ss.vi_PreError = 0 ;.vi_PreDerror = 0 ;/前一次，速度誤差,vi_Ref - vi_FeedBack/前一次，速度誤差之差，d_error-PreDerror;s ss.v_Ka = VV_KAVALUE;.v_Kb = VV_KBVALUE;.v_Kc = VV_KCVALUE;s.vl_PreU = 0 ;/電機控制輸出值/*簡單算

32、法*/signedv_Calc(*pp )signederror,d_error,dd_error;/為什么定義有符號數(shù)error = (pp-vi_Ref - pp-vi_FeedBack);/ 偏差計算d_error = error - pp-vi_PreError;dd_error = d_error - pp-vi_PreDerror;pp-vi_PreError = error;/當前偏差pp-vi_PreDerror = d_error;if( ( error 0) ); /設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)else/速度計算pp-vl_PreU += ()(d_error6) +()( error5)

33、 + ()(dd_errorvl_PreU = VV_MAX )pp-vl_PreU = VV_MAX;/速度，防止調(diào)節(jié)最高溢出else if( pp-vl_PreU vl_PreU = 0;return ( (pp-vl_PreU) 8);，防止調(diào)節(jié)最低溢出/碼盤，使用的是 RTI 實時中斷，周期為 51.2ms。#if REALTIME_EN#pragma CODE_SEG DEFAULT void RealTimeInit(void) RTICTL = 0 x1F;/ RTR6-0:CRG= 0 x80;ICPAR_PA3EN = 1;/start pa3 1:SCMIE/ bit7:R

34、TIE, 4:LOCKIE,/#pragma CODE_SEG NEAR_SEG NON_Berrupt void RTI_ISR(void) EDsicunsigned char flag=0;unsignedspeed;unsigned char temp; flag+; if(flag=50)/time 51.2msflag=0 ;3;speed=temp; SendChar0(temp);3=0;s.vi_FeedBack =speed;speed= v_Calc(&s);Motor_speed_set(speed);/g_nRealTimeCount +;/* clear RTIF

35、bit */CRG= 0 x80;2、 CCD圖像子程序：/=/ADC MODULEvoid ADCInit(void) /VIF_STOP_SLE;g_ucg_ucImageLine = 0 x0;ImagePo= 0 x0;g_ucOddEvenSus = ODD_EVEN_SVIF_RFF = 0 x0;US;/ATD0S ATD0SATD0S0_SCF = 1;0_ETORF= 1;/ Clear the Sequence complete flag/ External Trigger Overrun FLag/ Clear the FIFO Over run flag0_FIFOR=

36、 1;ATD0CTL2_U = 1;/ 1 : Normal ATD functionATD0CTL2_AFFC= 1;#if ADC_ENATD0CTL2_ASCIE#elseATD0CTL2_ASCIE= 1;/ Enable ADCerrupt= 0;/ Disable ADCerrupt#endif / ADC_ENATD0CTL2_ETRIGEATD0CTL2_AWAI= 0;= 1;/ Disable External trigger/ Continue run at wait modeATD0CTL3_S8C ATD0CTL3_S4C ATD0CTL3_S2C ATD0CTL3_

37、S1C ATD0CTL3_FIFOATD0CTL3_FRZ0= 0;= 0;= 0;= 1;/ 0 - 8 : 8,1,2,3.,8/ Result in corresponding buffer= 0;= 0;ATD0CTL3_FRZ1 = 0;/ Continue converwhile debugATD0CTL4_SRES8resolution= 0;/ 1 : 8 bit resolution, 0 : 10bitATD0CTL4_SMP 2,4,8,16ATD0CTL4_PRS/ 2= 1;/ Sle 2nd phase of sle= 0;/ ATDClock = BusClock

38、 / (PRS + 1)/UM ATD Clock = 2MHz,MIN ATCLCOK = 500KHz ATD0CTL5_DJMtimeATD0CTL5_DSGN ATD0CTL5_SCAN ATD0CTL5_MULT ATD0CTL5_Cx= 1;/ 1 : Right justified data, 0 : Left just= 0;= 0;= 0;= 0;/ 0 : Unsigned data, 1 : Signed data/ 0 : Signle conversequence;/ 0 : Sle only one channel/ 0-7 : Sle channelATD0DIE

39、N= 0 x0;/ Disable the ATD Digital input/;/unsignedAle(unsigned char ucChannel) unsignedloop;ATD0CTL5_Cx = ucChannel;for(loop = 0; loop = 0 x0;_LINE_NUMBER +_LINE_OUT) g_ucImagePoATD0CTL2_ASCIE = 0; else ATDCTL5_Cx =/_CHANNEL;/ Start convert/_errupt void IRQ_ISR(void) unsignednData;unsigned char i;/i

40、f(VIF != VIF_STOP)/if(g_ucOddEvenSus != ODD_EVEN_Sg_ucOddEvenSus = ODD_EVEN_S VIF = VIF_WAITSTART;US) US;g_ucImageLine = g_ucImagePo= 0 x0;g_ucLineCount = 0 x0;if(ODD_EVEN_S LED2_ON;else LED2_OFF;VIF_RFF = 0 x02;US)/if(VIF = VIF_WAITSTART) g_ucLineCount +; if(g_ucLineCount =g_ucLineCount = 0 x0;_STA

41、RT_LINE) VIF = VIF_SLELINE;g_ucImageLine = 0 x0;else if(VIF = VIF_SLELINE) g_ucLineCount +; if(g_ucLineCount & 0 x7) = 0 x7)if(g_ucImageLine =_FRAME_NUMBER)VIF_RFF = 0 x1;VIF = VIF_FINISH;elseg_ucImagePo= 0 x0;nData = ATD0DR0; /*(ATDDR_ARR);/ Clear the SCF;ATD0CTL5_Cx =ATD0CTL2_ASCIE = 1;_CHANNEL; / Start convertelse if(g_ucLineCount & 0 x7) = 0 x4)if(g_uc g_ucLineCount 7)ImageLine_FRAME_NUMBER&for(i = 0; i 2;if(nData = 0 xff) nData = 0 xff;g_ucImageg_ucImageLinei = (unsigned char)nData;/圖像的簡單處理和g_ucImageLine +;if(g_ucImageLine =_FRAME_NUMBER)VIF_RFF = 0 x1;