智控-智能車組車填

關(guān)于技術(shù)報告使用的說本人完全了解第三屆“飛思卡爾”杯大學(xué)生智能汽車邀請賽關(guān)保留、使用技術(shù)報告和研究的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽和飛思卡爾半導(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)報告以及參賽模型車的、圖像資料，并將相關(guān)日 第1章緒 前 競賽背 概 第2章智能車設(shè)計方案概 第3章車模硬件系統(tǒng)設(shè) 圖像硬件的設(shè) OV7620面陣數(shù)字式CMOS傳感 先入先出FIFO緩沖器 MC9S12DG128單片機最小系 第4章車模軟件系統(tǒng)設(shè) 圖像變形的矯 車速PID控制的實 第5章智能車調(diào)試和開發(fā)平 HCS12開發(fā)工 智能車調(diào)試系 智能車系統(tǒng)設(shè) 第6章總結(jié)與展 插圖索 參考文 附錄A［單擊此處鍵入標(biāo)題 第1章緒論前化已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢?；徽J(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展進程中的一次，化的程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車水平的重商認(rèn)為增加設(shè)備的數(shù)量、促進化是奪取未來汽車市場的重要的有效。是車體控制裝置和車載控制裝置的總稱。車體控制裝置，包括發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身電子控制系統(tǒng)（車身電子ECU。最顯著特征是向控制系統(tǒng)化推進，作為全球最大的半導(dǎo)體器件供應(yīng)商，飛思卡爾一直致力于汽832位微控制器市場占有率第一，傳感器市場占第三位，其豐富的半導(dǎo)體器件可用于所有控制單元中。9S12微控制16HCS12CPU0.255.0VFLASH器技術(shù)的中檔，其較高的性能價格比使其非常適合應(yīng)用于中高檔汽車競賽背“飛思卡爾杯”大學(xué)生智能汽車競賽是由教育部批準(zhǔn)并委托自動化分教指委主辦，飛思卡爾公司協(xié)辦，面向大學(xué)生的重要賽事。它是以迅猛發(fā)展的為背景，涵蓋了自動控制、模式識別、傳感技術(shù)、程，大學(xué)生智能汽車競賽是在統(tǒng)車模型平臺上，使用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的8位、16位微控制器作為控制模塊，通過增加道路傳感概本文將以飛思卡爾MC9S12DG128單片機作為控制器，以面陣CMOS傳感器OV7620作為圖像傳感器，獲取跑道圖像，運用數(shù)字圖像處能車系統(tǒng)包括圖像硬件、跑道圖像預(yù)處理和跑道特征提取算法、自適 第2章智能車設(shè)計方案概述圖像處模控制 轉(zhuǎn)向給圖硬件系驅(qū)動電伺服電車模按照在上兩屆比賽中常見的頭設(shè)計方案進行設(shè)計。系統(tǒng)分為圖像處模控制 轉(zhuǎn)向給圖硬件系驅(qū)動電伺服電圖2.1車模硬件系統(tǒng)設(shè)車模的硬件電路主要由MC9S12DG128模塊、圖像與緩存模S12單片機負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)接收、處理里、信息提取，最后形成合適的圖像模塊由面陣CMOS圖像傳感器OV7620、FIFO數(shù)據(jù)緩沖器和鑒于單片MC33886有限的驅(qū)動能力和多片MC33886并聯(lián)導(dǎo)致的電路體積龐大和多個之間難于同步和配合的缺點，我們另行設(shè)計了大功率TFT液晶模塊接口和無線收發(fā)模塊的接口，便于車模運行信息的和算TFT圖2.2車模軟件系統(tǒng)設(shè)軟件的設(shè)計是決定比賽成績的重中之重。智能車控制軟件主要由圖像車模機械結(jié)構(gòu)的設(shè)性有著巨大的影響。在征和駕駛員的駕駛習(xí)慣對的輪胎定位和懸掛進行針對性的調(diào)整。飛思卡爾杯智能車大賽采用競賽統(tǒng)一提供的1/10的Matiz仿真車模，控主銷后傾是指主銷裝軸，上端略向后傾斜的角度。它使車輛轉(zhuǎn)彎主銷內(nèi)傾是指主銷裝軸略向內(nèi)傾斜的角度，它的作用是使前輪自前輪外傾角（Camber）對的轉(zhuǎn)彎性能有直接影響，它的作用是提高前輪的轉(zhuǎn)向安全性和轉(zhuǎn)向的輕便性。前輪外傾角俗稱“外八字，如致車輪聯(lián)接件損壞。所以事先將車輪校偏一個外八字角度，這個角度定不能更換，所以在調(diào)整中要注意滾珠間的間隙，過松過緊都會使差車模的電路板和頭的安裝方式作了較大的，采用了低位主板的布局，同時應(yīng)用高強度輕量化的材料制作頭的支撐機構(gòu)，降低的重圖2.3車模技術(shù)參數(shù)統(tǒng)項參頭（車模軸距/輪距（毫米車模平均電流（勻速行駛(毫安電路電容總量（微法傳感器種類及個頭1個，編1新增加伺服電機0主要集成電路種類/數(shù)TPS28225SN74V293車模重量（帶有電池（克第3章車模硬件系統(tǒng)設(shè)計圖像硬件的設(shè)圖像電路由CMOS圖像傳感器、FIFO緩沖器和由計數(shù)器構(gòu)成的分頻電路構(gòu)成。數(shù)字式CMOS圖像傳感器圖像后，直接可以輸出圖像FIFO控制信號后把數(shù)據(jù)暫存在緩沖區(qū)里面，等單片機需要的時候再進行。OV7620CMOSOV7620是OmniVision公司推出的一款高集成度、中分辨率×480字口支持多種輸出格式，包括：60Hz16位/8位YCrCb4:2:2格式，ZV口輸出格式、RGB16位/8CCIR601/CCIR656格0.530幀/秒范圍內(nèi)編程。OV7620I2C總線兼容的SCCB(SerialCameraControlBus)接口，外部主機以此來操作內(nèi)部寄存器，對的功能進行設(shè)置。圖3.1OV7620ArrayProcessingDetect/ControlDetect/ControlGeneratorPort，UV線；SDAI2C總線數(shù)據(jù)線；SCLI2C總線時鐘線；FODD為奇場信號輸出；HREF為行同步輸出；VSYNC為幀同步輸出；PCLK為像素同步時鐘輸出；VTO模擬輸出；MID為多片應(yīng)用允許；CS[2：0]與Y6、Y4、Y7復(fù)用，用于在上電或復(fù)位時設(shè)置SCCB總線地址。FIFOSN74V293TI64K18位高速同步先入先出緩沖器。該器件具有靈活的位寬配置（9位/18位9位寬度時，深度可達128K，同時具有6ns的低延遲。該器件十分適合應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)、視74V293的輸入接口通過寫時鐘（WCLK）和寫使能（WEN）進行控制，圖3.2SN74V293SN74V293應(yīng)用電路如下圖所示。CMOS傳感器輸出的亮度數(shù)據(jù)Y[0..7]FIFOD[0..7]Q[0..7]輸出。FIFO可以緩存一幀以上的圖3.3FIFOMC9S12DG128單片機最小系由于提供的DG128板體積較大，批量采購成本很高，故我們自行制作了S12單片機板，以適和安裝在小型化設(shè)計電路主板上。板與提供S12板相比，接口定義基本相同，去除了RS232電路和接口，縮小了插槽間距，大幅縮小了板面積，但原版上的復(fù)位電路和指示燈，以便于調(diào)試。圖3.4S12板電路大電流直流電機驅(qū)動電機在啟動和反接制動時工作電流都比較大（20A以上，對電機驅(qū)動器驅(qū)鑒于推薦的單片MC33886有限的驅(qū)動能力和多片MC33886并聯(lián)導(dǎo)致的電路體積龐大和多個之間難于同步和配合的缺點，而一般集成電機驅(qū)動又不能提供如此大的驅(qū)動電流，所以我們使用2片MOS4MOSFET設(shè)計了大電流大功率的直流電MOSFET的使用，電機驅(qū)動電路的發(fā)熱問題得到了速度傳感有較好的調(diào)速性能。直流電機調(diào)速通常使用調(diào)速來完成，通過改變驅(qū)動器輸出波的占空比，就可以調(diào)節(jié)加在電機上的平均電壓，達到檢測車速的辦法有很多種，例如測速電機、旋轉(zhuǎn)編、反射式光電用工業(yè)用的增量式旋轉(zhuǎn)編進速。受安裝條件的制約，我們選用了一款2.0cm直徑256線的小型編，編安裝如圖3.5所示。圖3.5編安裝示意第4章車模軟件系統(tǒng)設(shè)計圖像處理算由于頭是車模獲得環(huán)境和賽道信息的唯一來源，頭后圖像數(shù)據(jù)處理的好壞將直接影響到控制質(zhì)量和行駛速度。每幀圖像完成4個步驟對圖像進行處理。等等待一幀圖完跑跑道黑線提圖像二值化處圖像視野矯圖像視野矯車模運行的跑道是用白色KT板鋪成的，跑道有一條用黑色貼紙CMOS傳感器回來的圖像是具有256灰階的灰度圖，由于我們只需要色。為了便于圖像的進一步處理，我們要對回來的圖像進行二值化設(shè)原始圖象為f(x,y),按照一定的準(zhǔn)則再f(x,y)中找到特征值T，將圖象g(x,y)

f(x,y)f(x,y)圖4.2經(jīng)過圖像和二值化，圖像的二維數(shù)據(jù)矩陣。由于圖像矩陣較大，道黑線的位置；而遠(yuǎn)處視野比較寬闊，黑線寬度較少，在我們的調(diào)圖4.3圖像變形的矯在拍攝圖像的時候，頭最理想的位置是能垂直于拍攝平面，這樣人規(guī)格的限制，和因為重心高度帶來的運行平穩(wěn)性的問題，頭不方便垂直于地面(或被拍攝平面)獲取圖像，只能在離地面比較低的高度，并與地面成一定角度安裝。因此，根據(jù)頭的光學(xué)成像模型，回來的圖像將會出現(xiàn)梯形失真，即所謂的“變形”在路經(jīng)的識別中，圖像的變形會帶來一系列問題：垂直線被拍攝成斜線，遠(yuǎn)處的彎道由于原因遠(yuǎn)處彎道被縮小導(dǎo)致曲率計算錯誤，因圖像的校正對提高路徑特征獲取的精度十分重要。根據(jù)幾何數(shù)學(xué)建模，頭獲取圖像的成像坐標(biāo)與景物實際的世界坐圖4.4cc row Y2tan bc*

X2l_ bc* bf

0.5LtanH

cL

r_

af

tan0.5H在頭安裝固定后，c/tanθ、a、b、c、h和h/cosθ均為常量。由圖4.5因為頭安裝在中軸線上，所以圖像的中點位置也就是車體的與計算車置偏差類似，計算車體角度偏差其實就是計算曲線擬合所限，而且算法簡單就不作介紹）y=ax+b一階形式的斜線。a模糊控制器的設(shè)但對于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得為力了。PID,,但參數(shù)的整定至關(guān)重要,對于高速運動的巡線機器人這種高實時要求的非線性系統(tǒng)，很難到達理想的動態(tài)性能系統(tǒng)穩(wěn)定，采用傳統(tǒng)的PID控制方式很難滿足實時性控制的要求。模糊控制作為智能控制算法中一種,具有不要求精確的數(shù)學(xué)模型,人機能力較強,能夠方便地將專家的經(jīng)驗與思考加入到知HCS12單片機上采用模糊控制有其特有的優(yōu)勢。由于該單片機具有模糊控制的運算指令，使用其內(nèi)部指令使運算速度完全能夠滿足大部分控制的需求，且簡化了設(shè)計過程。而且，模糊控制屬于近規(guī)則或者粗糙或者不夠完善，都會不同程度的影響控制效果?？棥⒘?xí)方向發(fā)展，使得模糊控制參數(shù)和規(guī)則在控制過程中自動地調(diào)得到調(diào)整，改善了模糊控制的效果，提高了系統(tǒng)的性能，可使系統(tǒng)達圖4.6模糊模糊

清晰清晰模糊推圖模糊推車速PID控制的實由于車模安裝有光電編，所以應(yīng)用S12單片機的脈沖計數(shù)模塊，PID控制。當(dāng)前速當(dāng)前速當(dāng)前速速度偏車剎判車寬圖4.8車速PID第5章智能車調(diào)試和開發(fā)平臺HCS12開發(fā)工HCS12單片機的使用和普及智能車校內(nèi)比賽，同時減MC9S12D系列相關(guān)技術(shù)文檔專門制作如下的單片BDM。圖5.1MC9S12DG128S12TBDML資料自行制作USBBDM仿真器。圖5.2BDM智能車調(diào)試系LCD顯示器。但這兩種顯示器件都有很明顯的不足，就是顯示的信息量很LCD顯示器作為我們的顯示器件。同時，由于我們的視256LCD顯示器還是TFTLCD顯示屏，這樣就可以實時反映視覺系統(tǒng)拍攝的影像了。LCD2.0176×132像素和65536TFT顯示屏。該顯示器內(nèi)置背光模組，并采用同步串行接口（SPI接口）5條信號線，使用十分方便。同時，由于該屏幕原用于大批量生產(chǎn)的上，能方便地在配件市場上到，且價格十分低廉。圖5.3LCD智能車系統(tǒng)設(shè)可能隨時跟著車跑進行觀察。應(yīng)用系統(tǒng)，并記錄下每時每刻機器人看到的圖像和做出的控制行為，就能在PC端機器人的運行，方便本設(shè)計選取了方便易用的無線串口傳輸方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下模模單片無線信

232串PC軟模圖5.4PC軟模智能車控制程序通過無線串口模塊把圖像、車置、車速、轉(zhuǎn)向、加速度等數(shù)據(jù)發(fā)送到PC端的軟件上，軟件能實時顯示圖像，并記錄圖5.5PC端軟第6章總結(jié)與展望HCS12單片機的智能模型車設(shè)計流程，介紹了