攝像頭組山東風(fēng)火流星隊(duì)技術(shù)報(bào)告

構(gòu)和開(kāi)發(fā)流程。采用1:10的仿真車(chē)模，以飛思卡爾半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的Kinetis系列32PK10N512CodeWarrior10.1IAR6.306IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境中HPID算法；最后具體介紹了幾個(gè)智能車(chē)系統(tǒng)的調(diào)試工具，重點(diǎn)對(duì)SD卡上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)關(guān)鍵詞：K10，H橋，PIDThispaperintroducesthehardwareandsoftwarestructureofsmartcarsystemanddevelopmentprocessInthe7thfreescalecupcompetitionforintelligentvehicle.Using1:10simulationmodels,withFreescaleSemiconductorcompany’s32-bitMCUPK10N512ofKinetisfamilyasthecore,dothesoftwaredevelopmentintheCodeWarrior10.1andIAR6.306IDEdevelopmentenvironmentandmakecaronthetrackwiththefastestspeed.Thewholesysteminvolvesthemechanicalstructuredesignandadjustment,systemarchitectureanddesignofhardware,softwarealgorithmanddebuggingsystems,etc.Thefronttire’soptimization,thefrontposition,steeringgearadjustmentandthecamerapositionareintroducedinthemechanicalstructure;TheMCUhardwareselectionandhardwaredesignofeachmoduleareintroducedinthehardwaredesign,inwhichthepowermanagementmodule,cameraacquisitionmoduleandmotorderivewithHbridgearemainlyintroduced;Inthesoftware,themainresourcemoduleinitializationandPIDalgorithmarethefocus;Finally,severaldebuggingtoolsofsmartcarareintroducedindetail,focusingontheSDcardonPCandMCU.Keywords:K10,Camera,Hbridge,PID,EdgeTOC\o"1-5"\h\z\u第一 第二章智能車(chē)機(jī)械設(shè)計(jì)及調(diào) 第三章智能車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)及硬件設(shè) K10最小系 5V穩(wěn)壓電 6V穩(wěn)壓電 調(diào)試模 第四章智能車(chē)軟件設(shè)計(jì)方 PWM初始 控制策 經(jīng)典PID控制介 經(jīng)典PID算法應(yīng)用在智能車(chē)的速度控制 經(jīng)典PID算法應(yīng)用在智能車(chē)的轉(zhuǎn)向控制 第五章系統(tǒng)調(diào) SD卡模 SD卡介 SPI總線的介 SD卡的軟件操 第六章模型車(chē)的主要技術(shù)參 結(jié) 參考文 附 第一章2006年以來(lái)每年舉行的全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽就本小組就是搭建基于視覺(jué)導(dǎo)航的智能汽車(chē)系統(tǒng)，通過(guò)攝像頭對(duì)賽道圖像的有效采第二章Toe角度（束角）是描述從車(chē)的正上方看，車(chē)輪的前端和車(chē)輛縱線的夾角。車(chē)輪前端向內(nèi)傾（內(nèi)八字，稱為T(mén)oe-in，車(chē)輪前端向外傾（外八字，稱為T(mén)oe-out。前輪在滾動(dòng)內(nèi)外側(cè)磨損的現(xiàn)象會(huì)減少。不同的Toe角度會(huì)改變車(chē)輛的轉(zhuǎn)向反應(yīng)和直道行駛的穩(wěn)定前輪外傾角是指通過(guò)車(chē)輪中心的汽車(chē)橫向平面與車(chē)輪平面的交線與地面垂線之間我們采用舵機(jī)直立放置的方式，采用機(jī)床加工的舵機(jī)支架，并將舵機(jī)安放于車(chē)模A車(chē)，我們?cè)黾忧拜唹|片，使整體車(chē)2.1第三章K10SD卡K10N512處理器為核心，設(shè)計(jì)在較嚴(yán)格循線的基礎(chǔ)上能以最優(yōu)化的速K10N512ARM?CortexTM-M4具有超強(qiáng)可擴(kuò)展性的低功耗、混合信號(hào)微控器映射和封裝的一致性來(lái)實(shí)現(xiàn)系列內(nèi)和各系列間的便捷移植。Kinetis微控制器基于飛90納米薄膜存儲(chǔ)器（TFS）Flex存儲(chǔ)器（可配置的內(nèi)嵌EEPROM。Kinetis微控制器系列融合了最新的低功耗革新技術(shù)，具有高性ARMKinetis微控制器的應(yīng)用支持。其基本特性為：1.71V(TA40to32ARMCortex-M4DSP2IEEE1149.77.2V7.2VDC-DCLM2576-7.2V大容量鎳鎘電池，攝像頭以及大多數(shù)芯片均框架如圖3.2所示。5V電源模塊用于為單片機(jī)系統(tǒng)、傳感器模塊和LM1881等芯片供電。經(jīng)過(guò)比較，3.35V作的穩(wěn)定性。具體電路如圖3.4所示。3.43.3V12VPCB板的面積和布線的難易，我們經(jīng)過(guò)比3.512V7.2V電池供電時(shí)，很比值，得到6.56.7V的電壓為舵機(jī)供電。其電路如圖3.7所示。3.66V目前市場(chǎng)的模擬攝像頭有兩大種：CCDCMOS。CCD攝像頭的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能做“低攝像頭”CCD攝像頭質(zhì)量大，如果架設(shè)過(guò)高可能會(huì)使重心太高；同時(shí)在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，“低攝像頭”的動(dòng)態(tài)模糊現(xiàn)象較“高攝像頭”CCD高動(dòng)態(tài)性能這靠性，選擇了CMOS“高攝像頭”的方案。OV5116NTSC制式。其主要工作原理是：頻信號(hào)才真正到來(lái)。攝像頭每秒掃描30幅圖像，每幅又分奇、偶兩場(chǎng)，先奇場(chǎng)后LM1881視頻分離芯片來(lái)輔助采樣視頻。LM1881提取攝像片機(jī)的外部中斷引腳，LM1881視頻分離電路如圖3.7。3.7LM1881具體電路入股3.8所示。3.8常見(jiàn)方法是施加一個(gè)PWM（脈寬調(diào)制）方波，其通-斷比率對(duì)應(yīng)于所需速度。電機(jī)起PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為有效直流電平。PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)很常用，我們自己用IR公司的MOSFET管IRLR7843MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片IR2104搭建了3.9PID控制，即可消除上述各種因素的影響，使得車(chē)模運(yùn)行得更穩(wěn)定。NIDECNEMICON公司的光電3.10所100線，1600mv的脈沖，需要外加信號(hào)調(diào)理電路整形成可靠的方波，調(diào)理NRF2401無(wú)線調(diào)試3.12SD第四章4.1活性，我們進(jìn)行了超頻處理，將內(nèi)核時(shí)鐘設(shè)置為了120MHz，同時(shí)將總線時(shí)鐘設(shè)置為60MHz，F(xiàn)LASH時(shí)鐘設(shè)置為30MHz。voidIntPoint_Init(void){PORTA_PCR5=PORT_PCR_MUX(1)|PORT_PCR_PE_MASK;/*使能下拉電阻，PTA5為下降沿中斷,PTE26為上升沿中斷*/ /*開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的中斷*/}初始化行中斷voidIntLine_Init(void){PORTD_PCR0=PORT_PCR_MUX(1)| /*}初始化場(chǎng)中斷voidIntField_Init(void){PORTC_PCR17=PORT_PCR_MUX(1)|/*使能下拉電阻，該中斷將被設(shè)置為任意沿觸發(fā),其設(shè)置過(guò)程在使能中斷的同時(shí)完成*/ /*開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的中斷*/}對(duì)應(yīng)反轉(zhuǎn)入口參 pwm_limit:電機(jī)PWM的最大voidMotor_PWM_Init(INT16Upwm_limit){SIM_SCGC6| /*FTM0FTM0_MODE| /*禁用寫(xiě)保護(hù)FTM0_SC&= /*CLK[1:0]0:0/*!!!!!!FTM0_COMBINE=/*DECAPEN=0,雙邊沿捕捉禁止,COMBINE=0,FTM0_QDCTRL& /*QUADEN0FTM0_C4SC=FTM_CnSC_MSB_MASK|/*PWM模式(MSB1ELSB:ELSA10FTM0_C6SC=FTM_CnSC_MSB_MASK|FTM0_MODE&=~1; /*FTM0*/FTM0_OUTMASK&=~(FTM_OUTMASK_CH4OM_MASK|/*4、6FTM0_MODpwm_limit /*FTM0_CNTIN=0; /**/FTM1_CNT=0;FTM0_C4V=FTM0_C6V=FTM0_SC=(FTM_SC_CLKS(1)|FTM_SC_PS(3))&/*BusClock時(shí)鐘,8分頻,CPWMS0PORTD_PCR4=PORTD_PCR6=PORT_PCR_MUX(4);/*PTD6FTM0_CH6,PWM}入口參 pwm:舵機(jī)PWM的初始voidServo_PWM_Init(INT16Upwm){SIM_SCGC6|=SIM_SCGC6_FTM1_MASK; /*使能FTM1時(shí)鐘*/FTM1_MODE|=FTM_MODE_WPDIS_MASK; /*寫(xiě)保護(hù)禁止*//*0,PWM模式(MSB1,ELSB:ELSA10)*/FTM1_C0SC=FTM_CnSC_MSB_MASK|FTM_CnSC_ELSB_MASK;PWM模式(MSB1ELSB:ELSA10FTM1_SC=(FTM_SC_CLKS(1)|FTM_SC_PS(5))&/*BusClock時(shí)鐘,32分頻后,CPWMS=0,FTM1_MODE& /*FTM1FTM1_OUTMASK&~FTM_OUTMASK_CH0OM_MASK;*0FTM1_QDCTRL&=~FTM_QDCTRL_QUADEN_MASK; /**/FTM1_COMBINE=0;/*DECAPEN=0,雙邊沿捕捉禁止,COMBINE=0,FTM1_CNTIN=0; FTM1_MOD=37499;/*結(jié)束值,周期為（MOD-CNTIN+1）*時(shí)鐘周期=20ms*/FTM1_C0V=((pwm)*3L)>>2L; /*設(shè)置占空比*/FTM1_CNT=0;/*PTA12FTM1_CH0}voidIntTick_Init(void){SIM_SCGC6| /*PIT /*開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的中斷PIT_MCR=0; /*開(kāi)啟時(shí)鐘,在DEBUG時(shí)使能PIT*/PIT_LDVAL0=CAR_Tick_ms*1000L*CAR_Fbus; /*計(jì)數(shù)初值*/PIT_TCTRL0=PIT_TCTRL_TIE_MASK; /*使能PIT中斷*/PIT_TCTRL0| /*}voidSpeedCounter_Init(void){PORTE_PCR17=PORT_PCR_MUX(6)|/*PTE17設(shè)為脈沖輸入功能,SIM_SCGC5|=SIM_SCGC5_LPTIMER_MASK; /*使能Lptmr的時(shí)鐘*/LPTMR0_CSR&=~LPTMR_CSR_TEN_MASK; /*設(shè)置前先關(guān)閉計(jì)數(shù)器*/LPTMR0_CMR=LPTMR_CMR_COMPARE(5000);LPTMR0_PSR=LPTMR_PSR_PCS(0x3);/*glitchfilterglitchfilter*/LPTMR0_PSR|=LPTMR_PSR_PRESCALE(3);/*8個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘，16M晶振時(shí),0.5usLPTMR0_CSR=LPTMR_CSR_TMS_MASK|/*選擇脈沖計(jì)數(shù)模式,3輸入LPTMR0_CSR| /*}4.260場(chǎng)畫(huà)面到控制器，所以要求控制器要妥善理完畢（一般為16.67ms。數(shù)據(jù)處理軟件部分流程圖如圖4.2所示。4.3Line_Process變量負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理工作，表示數(shù)據(jù)待處理的行數(shù)，它也由場(chǎng)中斷信號(hào)負(fù)Line_ProcessLine_Save之間的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)口算法，分三步完成數(shù)據(jù)，其總體流程入圖4.4所示。PID70多年來(lái)，它反饋的PID控制原理框圖如圖4.5：eeuY-e代表理想輸入與實(shí)際輸出的誤差，這個(gè)誤差信號(hào)被送到控制器，控制器ukpekiedtkd （4-kp，ki，kd分別稱為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。u接著被送到了執(zhí)行機(jī)u,這個(gè)新的輸出信號(hào)被再次送到感應(yīng)器以發(fā)現(xiàn)新的誤PID此實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID調(diào)節(jié)器。PID制器的基本算式（位置算式）如公式4-2：uk(e1eTTenen1 （4-TT ik1TT形式如公式4-3：PreUkp*errorki*Integralkd* （4-

k

)1en

Td

（4-PreU(kp*d_errorki*errorkd*dd_ （4-通過(guò)光電編碼器獲取的當(dāng)前速度值來(lái)調(diào)整電機(jī)的PWM占空比，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于速度的閉環(huán)控制。這樣做改變了通過(guò)直接設(shè)置PWM占空比調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的開(kāi)環(huán)控制方片機(jī)上實(shí)現(xiàn)代碼跟據(jù)公式4-3得如下代碼：staticvoidSpeed_PID(void){INT32S/*簡(jiǎn)化PID算式(實(shí)際上就是增量式PID合并同類(lèi)項(xiàng)得到的)*/MotorPWM+=/*設(shè)定電機(jī)PWM*/}轉(zhuǎn)向舵機(jī)的控制采用了位置式PD控制。在控制中關(guān)鍵部分為目標(biāo)位置的確定。的變化趨勢(shì)，有利于提前轉(zhuǎn)向，并且有利于S彎道時(shí)的路徑控制。PD系數(shù)的選擇，系數(shù)太大直道容易震蕩，系數(shù)太小，彎道不夠貼內(nèi)。所以我if(Num_Point==/*由于有消隱區(qū)的存在,*/v_point_up[Line_Process][0]<LEFT_Image+3&&v_point_down[Line_Process][0]>RIGHT_Image–)/**/}{Cnt_Cross=}}{Cnt_Cross=}DD形彎時(shí)一旦進(jìn)彎車(chē)的轉(zhuǎn)角比較穩(wěn)定，在看到在實(shí)際調(diào)車(chē)過(guò)程中證明，這種判斷非常準(zhǔn)確。D形彎如圖4.6所示：

4.6D4.7start_line[]start_line[]數(shù)組中簡(jiǎn)稱CW10.1)IARForARM(以下簡(jiǎn)稱IAR)。智能車(chē)在高速運(yùn)行的時(shí)候每個(gè)16.67ms控制周期內(nèi)的各個(gè)參數(shù)量都是不一樣的，我們用SD卡把攝像頭的采集到的賽道圖像和一些重要參數(shù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)下來(lái)是一種很好的SD卡(SecureDigitalMemoryCard)是一種基于半導(dǎo)體快閃存的新一代記憶設(shè)備。由SanDisk19998月共同開(kāi)發(fā)研制，其大小猶如一張郵票，重量只有2g，卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好儲(chǔ)數(shù)據(jù)。SDSDSPI模式，主機(jī)系統(tǒng)可以選擇其中任一模式。SPI由于飛思卡爾系列單片機(jī)擁有SPI接口，所以使用SDSPI模式。SPI(SerialPeripheralInterface公司推出的一種同步串行總線接口,它是目前單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的幾種串行擴(kuò)MISOMOSI,另外還有一條低電平有效的從機(jī)是以字節(jié)為單位進(jìn)行傳輸?shù)?每字節(jié)為8位,每個(gè)命令或者數(shù)據(jù)塊都是字節(jié)對(duì)齊的(8SDCS(CardSelect)SD卡發(fā)送命令,SD1字節(jié)或2字節(jié)響應(yīng))。SD操作。對(duì)SD卡初始化步驟如圖5.1所示：發(fā)命令字SD卡上電后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入SD總線模式，并在SD總線模式下向SD卡發(fā)送復(fù)位命令SD總線模式。SDSPI工作模式會(huì)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，若主機(jī)讀到的應(yīng)答信SD卡的各寄存器，并進(jìn)行讀寫(xiě)等操作，每次讀寫(xiě)數(shù)據(jù)都是按寫(xiě)正常，并且沒(méi)有影響單片機(jī)正常工作。具體流程圖如圖5.2所示：5.3長(zhǎng)寬高11陀螺儀ENC-10視野范圍（近/遠(yuǎn)對(duì)舵機(jī)轉(zhuǎn)向進(jìn)行反饋控制。通過(guò)速度傳感器對(duì)小車(chē)形成速度閉環(huán)的PID控制。jicheng0622博客. FreescaleSemiconductor.MC9S12XS256RMV1 宋敏，鄶新凱，鄭亞茹.CCDCMOS圖像傳感器探測(cè)性能比較.卓晴，王琎，王磊.基于面陣CCD的賽道參數(shù)檢測(cè)方法[J].葛亞明，劉濤，王宗義.視頻同步分離芯片LM1881及其應(yīng)用[J]. BrownMA,BlackwellKT,KhalakHG..Multi-ScaleEdgeDetectionandFeatureBinding:AnIntegratedApproach[J].Patternrecognition,1998,31(10),1479-1490.鄧劍，楊曉非，廖俊卿.FAT文件系統(tǒng)原理及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，#include"../Platform/BaseTypeDefine.h"#include"../Common_Def.h"#include"../Math/Math_Car.h"#include"../System_Init/System_Init.h"#include#include"../Hardware_Interface/HardwareOperation.h"#include"../Original_Process/OriginalProcess.h"#include"../Make_Decision/MakeDecision.h"#include{voidmain(void){({if(Line_Process {}if(LineOverFlag {LineOverFlag=} }}#include"./MakeDecision.h"#include#include"../Original_Process/OriginalProcess.h"#include"../Hardware_Interface/Interrupt.h"#include"../Hardware_Interface/HardwareOperation.h"#include"../Math/Math_Car.h"INT16SPosErr; //坐標(biāo)誤差I(lǐng)NT16S //INT16S //INT16SMINspeed; INT16SMAXspeed; INT8UFinishFlag;INT16UCntControl; INT16UNow_CntField; INT16U staticvoidTurn(void){INT16Snum=INT32Ssum={flag=if(h_ValidFlag[i]=={temp=h_LeftEdge[i]+EptWith[i]/2;flag=1;}{temp=h_RightEdge[i]-EptWith[i]/2;flag=1;}{temp=(h_LeftEdge[i]+h_RightEdge[i])/2;flag=1;if(flag!={if(i>{num+=2;}{}}}if(num!={PosErr=(INT16S)(MID_Image-}{PosErr=}SetServoPWM((INT16S)(PosErr*75L/10L+(PosErr-his_PosErr)*6L/10L)+Slope*6/10);his_PosErr=PosErr;}#ifEN_ClosedLoop!=staticvoidCalObjectSpeed(void){INT16Stmp_objectspeed=MAXspeed;tmp_objectspeed-=Abs(PosErr)/7;tmp_objectspeed-=Abs(Slope)/5;if(ObjectSpeed<{ObjectSpeed=}staticvoidCalSpeedPWM(void){}voidDataInit_Decision(void){}voidMakeDecision(void){ if(CntControl>={#ifEN_ClosedLoop!=0if(CntControl==DELAY_TIM){ClosedLoop=}} #ifEN_Timing_Stop!=0if(Now_CntField>={FinishFlag=1;}if(FinishFlag!=0)}為系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)(SysTick,單位msCntField,單位一場(chǎng)圖像的時(shí)間#include"./Interrupt.h"#includeINT16Sv_point_up[NUM_Line+3][MAX_Edge]; INT16Sv_point_down[NUM_Line+3][MAX_Edge]; INT16ULine_Process; volatileINT16ULine_Save; #ifEN_Check_TimeOut!=FastestTypeU_tTimeOutFlag;/*處理超時(shí)標(biāo)志*/ volatileINT16U volatileINT16U static staticFastestTypeU_tFlag_Down,Flag_Up; staticFastestTypeU_tFlag_Pick; #ifBIT_CPU!=staticFastestTypeU_tLineCCD; staticFastestTypeU_tLineCCD_Start; staticFastestTypeU_tLineCCD_End; staticINT16U staticINT16U staticINT16ULineCCD_End; #ifCAR_DataSegMode!=3staticTimerCallBack_Spd_tTimerFun_Speed;/*定時(shí)中斷對(duì)應(yīng)的速度處理回調(diào)函數(shù)*/staticTimerCallBack_Ext_tTimerFun_Extra;/*定時(shí)中斷對(duì)應(yīng)的額外處理回調(diào)函數(shù)*/staticFastestTypeU_tFlag_SpdCallBack;/*速度處理回調(diào)函數(shù)非空標(biāo)志*/staticFastestTypeU_tFlag_ExtCallBack;/*額外處理回調(diào)函數(shù)非空標(biāo)志*/#ifCAR_DataSegMode==2CAR_Keyword_KeepstaticTimerCallBack_Spd_tTimerFun_Speed;CAR_Keyword_KeepstaticTimerCallBack_Ext_tTimerFun_Extra;CAR_Keyword_KeepstaticFastestTypeU_tFlag_SpdCallBack;CAR_Keyword_KeepstaticFastestTypeU_tFlag_ExtCallBack;voidTimer_Init(void){SysTick=0;TimerFun_Speed=NULL;TimerFun_Extra=NULL;Flag_SpdCallBack=0;Flag_ExtCallBack= SpeedCounter_Init();/*測(cè)速計(jì)數(shù)器初始化*/}voidTimer_Init_Quick(void){ SpeedCounter_Init();/*測(cè)速計(jì)數(shù)器初始化*/}入口參數(shù)pcfg:voidCamera_Init(LineConfig_t*pcfg){Ptr_LineCfg=pcfg;LineCCD_Start=Ptr_LineCfg[0];LineCCD_End=Ptr_LineCfg[NUM_Line-LineCCD=Line_Save=0;Line_Process=NUM_Line;if(Flag_POR!={CntField=} }入口參數(shù)pspeed:voidSetTimerCallBack_Spd(TimerCallBack_Spd_tpspeed){TimerFun_Speed=pspeed;{Flag_SpdCallBack=}{Flag_SpdCallBack=}if(Flag_Run!={}}入口參