飞思卡尔智能车摄像头组技术报告

技术报告(校徽)************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七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、 日期：摘要构调智能赛车的行驶速度和可靠性，对比了不同方案(如摄像头与光电管检测方案)的优缺ABSTRACTInthebackgroundofthe7ndNationalIntelligentCarContestforandthedevelopmentflowofthevehiclecontrolsystem.Thiscontestcommittee,usingthe16-bitMCUMC9S12X128producedbyFreescaleSemiconductorCompanyasthecorecontroller,developingunderthethesensorcircuitdesignandsignalprocess,controlalgorithmandstrategyoptimizationetc.Inordertoincreasethespeedandthettheroadinformationthroughacamera,thenabstractstheblacklinedisplaystrailsinformationandkeyboardisusedtoachievetheman-machineinteraction.Accordingtothepre-judgeinformandtherformance 简介 4 各本报告将从硬件到软件一一的为大家呈现本智能车的设计方案和制作过程。值。学研制的无人驾驶汽车Navlab—V，完成了横穿美国东西部的无人驾驶试验。通过推理判断模仿人工驾驶进行操作。通常，智能车接受辅助定位系统提供第一章引言本章主要介绍了Freescale车模竞赛的基本情况，智能车第二章系统整体框架本章对系统硬件模块方案和软件控制方法进行了第四章硬件电路设计本章主要介绍了自行设计的基于飞思卡尔单片机第五章软件系统设计本章软件系统各模块的设计思路作了详细的介绍。问题第六章开发工具及其调试本章对开发工具与调试方法作了简单介绍。结论对整个参赛过程中的经验与教训作了总结。二章：系统整体框架图2.1智能汽车系统结构图由核心控制模块(MCU)、传感器模块、电源管理模块、存储器模块、电机驱动模人机接口模人机接口模块显示LCD拨码开关无线通讯模块存储器模块 (MCU)传感器模块伺服电机模块舵机驱动模块无线通讯模块直流电机上位机系统总体设计框图PWMPWM驱动模块角度、速度速度和加速度信息编码器、加速度传感器舵机摄像头传感器前方赛道信息输出值单片机小车机械设计在设计整个软件架构和算法之前一定要对整个车模的机械结构有一个感性的认具体的设计方案来调整赛车的机械结构。本章的将主要介绍赛车车模的机械特点和调整方案。究车行驶的数学模型(见图3.1)公式(2)L+公式(2)L+(轴距)22)LR(L轴距L杆cos9)(L轴距L杆cos9)LR=L前=L前LLLR=OL2+(轴距)2=2RcoscosLL杆 (R+前)2tan92R的参数对公式(1)，公式(2)进行仿真。得到车模行驶时理论转弯半径与车轮转角的关系(见图3.2)和右轮也左轮的转角关系(见图3.3)3.2弯半径与车轮转角关系图3.3右、左轮的转角关系在模型车结构参数一定的情况，小车左右两轮的转角存在一定的函数关系，要以理论为基础，配合以上理论计算公式，寻找小车的轮速参数。着软件设计和控制算法。下面将分模块予以分析。RN6)。差，布局思想第一车模的整体布局应该尽量简洁。这对于车模的整体质量影响很大，以。度增销后倾角(图3.8)、主销内倾角(图3.9)、前轮外倾角和前轮前束。我们将前摄像头的安装位置和摄像头的安装高度。为了降低整车重心，需要严格控制CMOS摄像头的安装位置和重量，我们自行设计了轻巧的铝合金夹持组件并采用了碳纤维管作为安装CMOS的主桅，这样可以获得最大的刚度质量比，整套装置具有很高的定位精度通转速四章：硬件电路设计用CMOS摄像头。赛队采用涉资摄像头，本着严谨的态度，我们选用了OV7620进行实验，对数字接输出8路数字图像信号，使主板硬件电路的简化成为可能，且能够达到60MCSXS间，板上仅将本系统所用到的引脚引出，包括PWM接口，计数器接口，外部中断接口，若干普口和SPI接口。单片机最小系统板电路原理图如图4.3。赛会指定的镍镉可充电电池的额定电压为7.2V，实际调试中，我们发现其成各个模块所需要的电压。并且单片机的电源好坏直接关系到单片机能否正常工作以至于整个系统的控制稳定。我们在测试了许多类型的稳压芯片之后觉得采用了性能优异的LM2596(图OS搭建效率较高，驱动电流很大，但是针对现有的双电机情况，用MOS管搭建两为保证PWM信号的稳定，我们使用了74LS244加强信号的稳定,原理图如图4.6。章：软件系统设计S向和速度控制方面，我们使用了鲁棒性很好的经典PID控制算法，配合使用理5.1软件各功能模块设计5.1.1时钟模块由时钟振荡电路或专用时序脉冲信号提供。MCU内部的所有时钟信号都来源于EXTALMUC步时钟信号。频率的1/2。对于X12，可以利用寄存器SYNR、REFDV来改变晶振频率fOSCCLK，5.1.2PWM输出模块MckSAClockAPWMSCLAckSBClockBPWMSCLB见图5.2)，摄像头连续地扫描图像上的一行，则输出就是一段连续的电压视像头是隔行扫描的方式)，开始扫描新的一行，如此下去，直到扫描完该场的隐脉冲)，在这些消隐脉冲中，有个脉冲，它远宽于(即持续时间长于)其他25幅图像，每幅又分奇、偶两场，先奇场后偶场，故每秒扫描50场图像。奇场时只扫描图像中的奇数行，偶场时则只扫描偶数行。(a)视频信号；(b)行同步信号；(c)场同步信号；(d)奇-偶场同步信号尽管通过图像处理可以获得更多的道路信息,但会增大S12控制器的数据依据和主要参数。其中，为了减小环境的干扰，采用了中值滤波和限幅滤波。为：否大于阀值，如果大于则将line+i/2+2的坐标赋值给黑线中心位置(参考图跟踪边缘检测算法寻找出目标指引线的上边缘，用上边缘的位置代表目标指则只用花较少的步骤就可以找到(如图5.7)。阀以利用它来进行相应的弯、直道判断，以及速度和转向舵机控制算法的研究。影响赛车速度成绩的一个非常重要因素就是对弯道和直道的提前识别判断，法。赛道类型如图5.9所示。 。最后根据该值的大小并且结合实际赛道实验数据，来确定弯道和公公式(3)公式(4)在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，PID控制器的基本算式(位置算式)如公式4：公式(4)公式(4)eUKperrorKiIntegralKdderror公式(5)公式(6)PreU+=(Kp*d_error+Ki*error+Kd*dd_error)公式(7)改变PID参数，得到了较好的控制效果，经过反复测试，选择的PID调节策1、将积分项系数置零，经过测试发现，相比稳定性和精确性，舵机在这种2、微分项系数Kd则使用定值，原因是舵机在一般赛道中都需要较好的动态响应能力；具体在单片机实现程序代码如下：于速度的闭环控制。这样做改变了通过直接设置PWM占空比调整电机转速的开以当前采集到得信息为参考点，如果往前第十幅图像采集到的是弯道，在前5图5.13D形弯准确。第六章：开发环境、调试工具言进行编程的集成开发环境——本文智能车系统的软件设计部分就是在此开发环境下完成的。同时为了观察摄像头采集和控制算法的效果，还采用了NI公司显示屏的人机交互界面。全套开发工具CodeWarriorIDE开发环境，到现在，Code