智控-智能车组车填

关于技术报告使用的说本人完全了解第三届“飞思卡尔”杯大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛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、图像资料，并将相关日 第1章绪 前 竞赛背 概 第2章智能车设计方案概 第3章车模硬件系统设 图像硬件的设 OV7620面阵数字式CMOS传感 先入先出FIFO缓冲器 MC9S12DG128单片机最小系 第4章车模软件系统设 图像变形的矫 车速PID控制的实 第5章智能车调试和开发平 HCS12开发工 智能车调试系 智能车系统设 第6章总结与展 插图索 参考文 附录A［单击此处键入标题 第1章绪论前化已成为行业发展的必然趋势。化被认为是汽车技术发展进程中的一次，化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重商认为增加设备的数量、促进化是夺取未来汽车市场的重要的有效。是车体控制装置和车载控制装置的总称。车体控制装置，包括发动机控制系统、底盘控制系统和车身电子控制系统（车身电子ECU。最显著特征是向控制系统化推进，作为全球最大的半导体器件供应商，飞思卡尔一直致力于汽832位微控制器市场占有率第一，传感器市场占第三位，其丰富的半导体器件可用于所有控制单元中。9S12微控制16HCS12CPU0.255.0VFLASH器技术的中档，其较高的性能价格比使其非常适合应用于中高档汽车竞赛背“飞思卡尔杯”大学生智能汽车竞赛是由教育部批准并委托自动化分教指委主办，飞思卡尔公司协办，面向大学生的重要赛事。它是以迅猛发展的为背景，涵盖了自动控制、模式识别、传感技术、程，大学生智能汽车竞赛是在统车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为控制模块，通过增加道路传感概本文将以飞思卡尔MC9S12DG128单片机作为控制器，以面阵CMOS传感器OV7620作为图像传感器，获取跑道图像，运用数字图像处能车系统包括图像硬件、跑道图像预处理和跑道特征提取算法、自适 第2章智能车设计方案概述图像处模控制 转向给图硬件系驱动电伺服电车模按照在上两届比赛中常见的头设计方案进行设计。系统分为图像处模控制 转向给图硬件系驱动电伺服电图2.1车模硬件系统设车模的硬件电路主要由MC9S12DG128模块、图像与缓存模S12单片机负责图像数据接收、处理里、信息提取，最后形成合适的图像模块由面阵CMOS图像传感器OV7620、FIFO数据缓冲器和鉴于单片MC33886有限的驱动能力和多片MC33886并联导致的电路体积庞大和多个之间难于同步和配合的缺点，我们另行设计了大功率TFT液晶模块接口和无线收发模块的接口，便于车模运行信息的和算TFT图2.2车模软件系统设软件的设计是决定比赛成绩的重中之重。智能车控制软件主要由图像车模机械结构的设性有着巨大的影响。在征和驾驶员的驾驶习惯对的轮胎定位和悬挂进行针对性的调整。飞思卡尔杯智能车大赛采用竞赛统一提供的1/10的Matiz仿真车模，控主销后倾是指主销装轴，上端略向后倾斜的角度。它使车辆转弯主销内倾是指主销装轴略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自前轮外倾角（Camber）对的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向的轻便性。前轮外倾角俗称“外八字，如致车轮联接件损坏。所以事先将车轮校偏一个外八字角度，这个角度定不能更换，所以在调整中要注意滚珠间的间隙，过松过紧都会使差车模的电路板和头的安装方式作了较大的，采用了低位主板的布局，同时应用高强度轻量化的材料制作头的支撑机构，降低的重图2.3车模技术参数统项参头（车模轴距/轮距（毫米车模平均电流（匀速行驶(毫安电路电容总量（微法传感器种类及个头1个，编1新增加伺服电机0主要集成电路种类/数TPS28225SN74V293车模重量（带有电池（克第3章车模硬件系统设计图像硬件的设图像电路由CMOS图像传感器、FIFO缓冲器和由计数器构成的分频电路构成。数字式CMOS图像传感器图像后，直接可以输出图像FIFO控制信号后把数据暂存在缓冲区里面，等单片机需要的时候再进行。OV7620CMOSOV7620是OmniVision公司推出的一款高集成度、中分辨率×480字口支持多种输出格式，包括：60Hz16位/8位YCrCb4:2:2格式，ZV口输出格式、RGB16位/8CCIR601/CCIR656格0.530帧/秒范围内编程。OV7620I2C总线兼容的SCCB(SerialCameraControlBus)接口，外部主机以此来操作内部寄存器，对的功能进行设置。图3.1OV7620ArrayProcessingDetect/ControlDetect/ControlGeneratorPort，UV线；SDAI2C总线数据线；SCLI2C总线时钟线；FODD为奇场信号输出；HREF为行同步输出；VSYNC为帧同步输出；PCLK为像素同步时钟输出；VTO模拟输出；MID为多片应用允许；CS[2：0]与Y6、Y4、Y7复用，用于在上电或复位时设置SCCB总线地址。FIFOSN74V293TI64K18位高速同步先入先出缓冲器。该器件具有灵活的位宽配置（9位/18位9位宽度时，深度可达128K，同时具有6ns的低延迟。该器件十分适合应用于网络、视74V293的输入接口通过写时钟（WCLK）和写使能（WEN）进行控制，图3.2SN74V293SN74V293应用电路如下图所示。CMOS传感器输出的亮度数据Y[0..7]FIFOD[0..7]Q[0..7]输出。FIFO可以缓存一帧以上的图3.3FIFOMC9S12DG128单片机最小系由于提供的DG128板体积较大，批量采购成本很高，故我们自行制作了S12单片机板，以适和安装在小型化设计电路主板上。板与提供S12板相比，接口定义基本相同，去除了RS232电路和接口，缩小了插槽间距，大幅缩小了板面积，但原版上的复位电路和指示灯，以便于调试。图3.4S12板电路大电流直流电机驱动电机在启动和反接制动时工作电流都比较大（20A以上，对电机驱动器驱鉴于推荐的单片MC33886有限的驱动能力和多片MC33886并联导致的电路体积庞大和多个之间难于同步和配合的缺点，而一般集成电机驱动又不能提供如此大的驱动电流，所以我们使用2片MOS4MOSFET设计了大电流大功率的直流电MOSFET的使用，电机驱动电路的发热问题得到了速度传感有较好的调速性能。直流电机调速通常使用调速来完成，通过改变驱动器输出波的占空比，就可以调节加在电机上的平均电压，达到检测车速的办法有很多种，例如测速电机、旋转编、反射式光电用工业用的增量式旋转编进速。受安装条件的制约，我们选用了一款2.0cm直径256线的小型编，编安装如图3.5所示。图3.5编安装示意第4章车模软件系统设计图像处理算由于头是车模获得环境和赛道信息的唯一来源，头后图像数据处理的好坏将直接影响到控制质量和行驶速度。每帧图像完成4个步骤对图像进行处理。等等待一帧图完跑跑道黑线提图像二值化处图像视野矫图像视野矫车模运行的跑道是用白色KT板铺成的，跑道有一条用黑色贴纸CMOS传感器回来的图像是具有256灰阶的灰度图，由于我们只需要色。为了便于图像的进一步处理，我们要对回来的图像进行二值化设原始图象为f(x,y),按照一定的准则再f(x,y)中找到特征值T，将图象g(x,y)

f(x,y)f(x,y)图4.2经过图像和二值化，图像的二维数据矩阵。由于图像矩阵较大，道黑线的位置；而远处视野比较宽阔，黑线宽度较少，在我们的调图4.3图像变形的矫在拍摄图像的时候，头最理想的位置是能垂直于拍摄平面，这样人规格的限制，和因为重心高度带来的运行平稳性的问题，头不方便垂直于地面(或被拍摄平面)获取图像，只能在离地面比较低的高度，并与地面成一定角度安装。因此，根据头的光学成像模型，回来的图像将会出现梯形失真，即所谓的“变形”在路经的识别中，图像的变形会带来一系列问题：垂直线被拍摄成斜线，远处的弯道由于原因远处弯道被缩小导致曲率计算错误，因图像的校正对提高路径特征获取的精度十分重要。根据几何数学建模，头获取图像的成像坐标与景物实际的世界坐图4.4cc row Y2tan bc*

X2l_ bc* bf

0.5LtanH

cL

r_

af

tan0.5H在头安装固定后，c/tanθ、a、b、c、h和h/cosθ均为常量。由图4.5因为头安装在中轴线上，所以图像的中点位置也就是车体的与计算车置偏差类似，计算车体角度偏差其实就是计算曲线拟合所限，而且算法简单就不作介绍）y=ax+b一阶形式的斜线。a模糊控制器的设但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得为力了。PID,,但参数的整定至关重要,对于高速运动的巡线机器人这种高实时要求的非线性系统，很难到达理想的动态性能系统稳定，采用传统的PID控制方式很难满足实时性控制的要求。模糊控制作为智能控制算法中一种,具有不要求精确的数学模型,人机能力较强,能够方便地将专家的经验与思考加入到知HCS12单片机上采用模糊控制有其特有的优势。由于该单片机具有模糊控制的运算指令，使用其内部指令使运算速度完全能够满足大部分控制的需求，且简化了设计过程。而且，模糊控制属于近规则或者粗糙或者不够完善，都会不同程度的影响控制效果。织、习方向发展，使得模糊控制参数和规则在控制过程中自动地调得到调整，改善了模糊控制的效果，提高了系统的性能，可使系统达图4.6模糊模糊

清晰清晰模糊推图模糊推车速PID控制的实由于车模安装有光电编，所以应用S12单片机的脉冲计数模块，PID控制。当前速当前速当前速速度偏车刹判车宽图4.8车速PID第5章智能车调试和开发平台HCS12开发工HCS12单片机的使用和普及智能车校内比赛，同时减MC9S12D系列相关技术文档专门制作如下的单片BDM。图5.1MC9S12DG128S12TBDML资料自行制作USBBDM仿真器。图5.2BDM智能车调试系LCD显示器。但这两种显示器件都有很明显的不足，就是显示的信息量很LCD显示器作为我们的显示器件。同时，由于我们的视256LCD显示器还是TFTLCD显示屏，这样就可以实时反映视觉系统拍摄的影像了。LCD2.0176×132像素和65536TFT显示屏。该显示器内置背光模组，并采用同步串行接口（SPI接口）5条信号线，使用十分方便。同时，由于该屏幕原用于大批量生产的上，能方便地在配件市场上到，且价格十分低廉。图5.3LCD智能车系统设可能随时跟着车跑进行观察。应用系统，并记录下每时每刻机器人看到的图像和做出的控制行为，就能在PC端机器人的运行，方便本设计选取了方便易用的无线串口传输方式，系统结构如下模模单片无线信

232串PC软模图5.4PC软模智能车控制程序通过无线串口模块把图像、车置、车速、转向、加速度等数据发送到PC端的软件上，软件能实时显示图像，并记录图5.5PC端软第6章总结与展望HCS12单片机的智能模型车设计流程，介绍了