基于数字化视觉的智能小车设计与实现毕业设计论文

本科毕业设计(论文)基于数字化视觉的智能小车设计与实现Smartcardesignandimplementationbasedondigitalvisual

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期：年月日导师签名：日期：年月日

注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日

评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格3、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日毕业设计（论文）题目：基于数字化视觉的智能小车设计与实现一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）智能车是将先进的传感器技术、信息处理技术、计算机技术、数据通信技术、电控技术、信息显示技术等高新技术综合运用于一身，实现自动跟踪道路，自动识别前方障碍物，自主避让,最终实现自主导航,自动驾驶等功能，达到提高行车安全、增加道路通行能力的目标。要求：采用Freescale公司的16位单片机作为主控单元，小型直流电机作为驱动元件，使用舵机控制智能车的转向。通过光电编码器测速，构成带速度反馈的伺服控制系统，系统采用CMOS摄像头作为路径识别装置，通过图像识别提取路径信息，利用bangbang算法进行速度调节，进行相关算法研究，实现弯道减速，直道加速，使小车保持在最佳运行状态。二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1）完整的电控设计图纸；2）设计说明书不少于12000字；3）翻译英文不少于3000字；4）小论文一篇（不少于3500字）。三、完成日期及进度自2011年3月1日起至2011年6月20日止进度安排：3.1～3.10，搜集资料3.11～3.31完成英文翻译，写综合报告4.1～4.15开题报告4.16～4.30方案论证，总体设计5.4～5.25详细设计5.26～6.6设计说明书6.7～6.08审查，修改6.08日之前必须提交论文。6.09～6.10答辩四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:[1]WilfriedEnkelmann.Video-BasedDriverAssistance--FromBasicFunctionstoApplications[J]InternationalJournalofComputerVision,2001,45,(3)[2]冯准.嵌入式视觉导航智能小车系统[D]中南大学,2008[3]龚顺镒.电工电子手册.北京：中国电力出版社，2007年11月[4]温旭辉.\o"电动汽车电动机驱动技术及其发展"电动汽车电动机驱动技术及其发展[J].电气时代，2010（9）：[5]林秉华.最新汽车设计实用手册.黑龙江：2005年第一版[6]王建，

张晓炜，

杨锦等.

基于视觉传感器的智能车控制算法设计[J].微型机与应用，2010（20）[7]孙涵,任明武,唐振民,杨静宇.基于机器视觉的智能车辆导航综述[J]公路交通科技,2005,(05)[8]马艳，徐淑华，周建春.基于摄像头寻迹的智能电动车的设计[J].机械与电子，2009（02）[9]王可恕.模拟集成电路原理与应用.北京：电子工业出版社，2009第一版系(教研室)主任：（签章）年月日学院主管领导：（签章）年月日江苏科技大学本科毕业设计（论文）总结本文详细介绍了智能车系统方案。该系统以Freescale公司生产16位单片机MC9S12XS128作为系统控制处理器，采用基于的摄像头的图像采样获取黑色轨迹图像信息，通过边沿跳变的检测方法提取黑色轨迹黑线，求出小车与黑线间的位置偏差，采用bangbang调节方式对舵机转向进行反馈控制。通过速度传感器对小车形成速度闭环控制。文中简单地介绍了智能车机械结构，详细介绍了智能车各个主要模块的工作原理和设计思路，并叙述了系统开发过程中所用到的开发工具、软件。综合来看，智能车分为硬件和软件两部分。硬件部分主要是智能车的安装和调整，以及电路板的设计。软件部分是本文的重点，除了基础工作外，主要分为两部分：图像处理在图像处理部分，我只是把黑线的位置提取出来了，并没有进一步判断出它的实际意义，也就是说，单片机下一步根据黑线决定方向和速度的过程和人的思考过程还是有很大差别的。这种模糊的判断可以保证系统正常工作，是由于我的跑道并不是很复杂，一旦面对复杂的道路就不行了。所以在软件方面可以尝试向智能化发展，模拟人的思维，让系统可以应付更加复杂的道路。车体控制车体控制主要分为速度控制和舵角控制。速度控制需要在更短的控制周期使加减速更及时，也使速度更加平滑。更好的加减速性能使小车在不同黑色轨迹跑出响应的极限速度。舵机控制关系到方向的选择，好的舵机控制不仅要准确循线，还要能够沿最优路线前进。总结整个设计过程，我学到了很多，也克服了种种困难，不仅使我得到了对已有知识进行实践的机会，更培养了一定的科研能力，拓宽了知识面，尤其是在硬件电路方案的确定过程中，经过不断的反复试验，最终确定了现在这套成熟稳定的方案。展望未来，智能车技术必将在更广阔的领域得到广泛应用。致谢在整个智能车制作过程中，我遇到了很多问题，但我通过查阅大量的资料，不断反复的试验，解决了很多问题，从最初的机械改装和传感器选型到最后的整车调试，我发现自己在不断的进步，成长，而这一切离不开学院、老师和实验室其他同学的指导和帮助。首先，我要感谢学院给我的帮助和支持；其次，我要感谢王琪教授的悉心指导。他在整体上的安排，给我指明了前进的方向；最后，我要感谢实验室的成员，尤其是程飞、朱晓亮同学，他们为我的毕业设计也付出了很多，协助我做了很多的调试工作，细心拍摄试车视频给我提供一些分析和改进方案。参考文献王锦标，方崇智.《过程计算机控制》.北京：清华大学出版社出版，2003.冯准.嵌入式视觉导航智能小车系统[D]中南大学，2008.卓晴，黄开胜，邵贝贝编著.学做智能车.北京：北京航空航天大学出版社，2007.NationalSemiconductor.LM1881VideoSyncSeparator.NationalSemiconductor，Inc，2003.FreescaleSemiconductorMC33886，TechnicalDataFreescaleSemiconductor，Inc，2005.MotorolaMC34063ADC-DCConverterControlCircuitsNationalSemiconductor，Inc，2003.俞斯乐等.电视原理（第五版）.北京：国防工业出版社，2000.孙景琪等.视频技术与应用.北京：北京工业大学出版社，2004.孙忠献.电机技术与应用.福建：福建科学技术出版社，2003.王益全.电动机原理与实用技术.北京：科学出版社，2005.MotorolaMC9S12DG128DeviceUserGuideMotorola，Inc，2001.陶永乐编著.新型PID控制及其应用（第二版）.北京：机械工业出版社，2002.迈克•普瑞德科.机器人控制器与程序设计.北京：科学出版社，2004.崔屹编著.图像处理与分析－数学形态学方法及应用.北京：科学出版社，2000.阮秋琦.数字图像处理学.北京：电子工业出版社，2001.章毓晋.图像处理和分析.北京：清华大学出版社，1999.罗飞.运动控制系统.北京：化学工业出版社，2001.ToddDMorton.嵌入式微控制器.严隽永译.北京：机械工业出版社，2005.(日)船仓一郎.机器人控制电子学.北京：科学出版社，2004.李世华，田玉平.移动小车的轨迹跟踪控制.控制与决策，2000.附录A：程序部分源代码#defineROW36//行数#defineCOLUMN90//列数#defineROW_START40//开始行#defineROW_MAX300//最多行#defineSTR_MIDDLE7180//舵机中值#defineWB_DIV50typedefunsignedcharuchar;typedefunsignedintuint;ucharis_pic_over=0,is_pro_nover=0;//图像处理标记ucharposition[37]={45};//黑线位置数组unsignedcharBuffer[ROW][COLUMN];//图像缓存unsignedcharline1[COLUMN*2];//采样行缓存unsignedcharBuffer_BIN[ROW][COLUMN];//二值化缓存unsignedintHistogram[255];//直方图(未用)unsignedcharSampleFlag=0;//采样标记unsignedcharInterval;//行间隔控制unsignedintm=0;//采样时，缓存行变量unsignedintLine=0;//采样时，行变量intstr=0;//舵机偏转introw_i=0;//图像处理时，行标记charis_send=0;unsignedintdelay=0;intpic_row=0,pic_col=0,seg_i;//提取黑线用的变量ucharseg[15][3];charblack_flag=0;charwb_flag=0;intdiv=0;uintRate_L=0,Rate_R=0;uintECT1_Num,ECT0_Num=0;voidpic_process();ucharis_stop=0;速度调节voidBB(uintx){if(x<40)x=0;if(Rate_R>=x){if(Rate_R-x>30){BRA(100);}else{ACC(0);}if((x==0)&&(Rate_R<40)){ACC(0);}}else{if(x-Rate_R>40){ACC(100);}else{if(x>50){ACC(80);}if(x>200){ACC(90);}if(x>300){ACC(100);}if(x>400){ACC(100);}}}}voidSet_rate(uintxdiv){if(xdiv<810)Rate_L=115;if(xdiv<700)Rate_L=120;if(xdiv<500)Rate_L=125;if(xdiv<300)Rate_L=130;if(xdiv<200)Rate_L=160;if(xdiv<150)Rate_L=170;if(xdiv<100)Rate_L=200;if(xdiv<50)Rate_L=240;if(xdiv<5)Rate_L=270;}voidSCI_Write(unsignedcharSendChar){ while(!(SCI0SR1&0x80)); SCI0DRH=0; SCI0DRL=SendChar;}每行的预处理voidImage_Binaryzation(unsignedintrow)//二值化程序{ inti; //加强黑线 for(i=0;i<=179;i+=2) { if(line1[i]>line1[i+1]) { Buffer[row-1][i/2]=line1[i+1]; } else { Buffer[row-1][i/2]=line1[i]; } } for(i=1;i<=88;i++)//中值滤波 { if((Buffer[row-1][i-1]>=Buffer[row-1][i]&&Buffer[row-1][i-1]<=Buffer[row-1][i+1])||(Buffer[row-1][i-1]<=Buffer[row-1][i]&&Buffer[row-1][i-1]>=Buffer[row-1][i+1])) { Buffer[row-1][i]=Buffer[row-1][i-1]; } else { if((Buffer[row-1][i+1]>=Buffer[row-1][i]&&Buffer[row-1][i+1]<=Buffer[row-1][i-1])||(Buffer[row-1][i+1]<=Buffer[row-1][i]&&Buffer[row-1][i+1]>=Buffer[row-1][i-1])) { Buffer[row-1][i]=Buffer[row-1][i+1]; } } if(Buffer[row-1][i]>160) { Buffer_BIN[row-1][i]=0; } else { Buffer_BIN[row-1][i]=1; } }}图像处理voidpic_process(){ if(is_pic_over&&is_pro_nover)//图像发送结束和程序未处理 { black_flag=0;wb_flag=0;//第35行的黑线查找 for(pic_col=8;pic_col<=82;pic_col++) { if(Buffer[35][pic_col]-Buffer[35][pic_col+2]>WB_DIV) { seg[black_flag][0]=pic_col; wb_flag=1; } if(Buffer[35][pic_col+2]-Buffer[35][pic_col]>WB_DIV) { if(wb_flag==1) { seg[black_flag][1]=pic_col; seg[black_flag][2]=seg[black_flag][1]-seg[black_flag][0]; if(seg[black_flag][2]>=4&&seg[black_flag][2]<=10)//长度的过滤 { black_flag++; } wb_flag=0; } } } if(black_flag==1) { position[35]=seg[0][0]+(seg[0][2]>>1);//第35行正常 } for(pic_row=34;pic_row>=0;pic_row--)//依次寻找34-0行 { seg[3][0]=position[pic_row+1]-5;//最左 if(seg[3][0]<8) { seg[3][0]=8; } seg[3][1]=position[pic_row+1]+5; if(seg[3][1]>82) { seg[3][1]=82; }if(Buffer[pic_row][position[pic_row+1]]-Buffer[pic_row+1][position[pic_row+1]]>WB_DIV) { //本行的对应点为白点 //向左寻找黑段 seg[0][1]=position[pic_row+1]; //左黑段右界 while(seg[0][1]>=seg[3][0]&&Buffer[pic_row][seg[0][1]]-Buffer[pic_row][seg[0][1]-2]<=WB_DIV) { seg[0][1]--; } if(seg[0][1]<seg[3][0]) { seg[0][2]=0;//未发现了黑线段 } else { seg[0][0]=seg[0][1];//发现了黑线段 while(seg[0][0]>=seg[3][0]&&Buffer[pic_row][seg[0][0]-2]-Buffer[pic_row][seg[0][0]]<=WB_DIV) { seg[0][0]--; } seg[0][2]=seg[0][1]-seg[0][0]+1; } //向右寻找黑段 seg[1][0]=position[pic_row+1]; //左黑段右界 while(seg[1][0]<=seg[3][1]&&Buffer[pic_row][seg[1][0]]-Buffer[pic_row][seg[1][0]+2]<=WB_DIV) { seg[1][0]++; } if(seg[1][0]>seg[3][1]) { seg[1][2]=0;//未发现了黑线段 } else { seg[1][1]=seg[1][0];//发现了黑线段 while(seg[1][1]<=seg[3][1]&&Buffer[pic_row][seg[1][1]+2]-Buffer[pic_row][seg[1][1]]<=WB_DIV) { seg[1][1]++; } seg[1][2]=seg[1][1]-seg[1][0]+1; } if(seg[0][2]==0&&seg[1][2]==0) { //如果都没有搜到黑线，则维持上一行的中点位置 position[pic_row]=position[pic_row+1]; } else { if(seg[0][2]!=0&&seg[1][2]!=0) { if((position[pic_row+1]-seg[0][1])<(seg[1][0]-position[pic_row+1]))//如果都搜到黑线 { position[pic_row]=seg[0][0]+(seg[0][2]>>1);//取左线段 } else { position[pic_row]=seg[1][0]+(seg[1][2]>>1);//取右线段 } } else { if(seg[0][2]==0) { position[pic_row]=seg[1][0]+(seg[1][2]>>1);//取右线段 } else { position[pic_row]=seg[0][0]+(seg[0][2]>>1);//取左线段 } } } } else {//本行对应点为黑点 seg[0][0]=position[pic_row+1]; //黑线段左界 seg[0][1]=position[pic_row+1]; //右界 seg[0][2]=0; //宽度 while(seg[0][0]>=seg[3][0]&&Buffer[pic_row][seg[0][0]-2]-Buffer[pic_row][seg[0][0]]<=WB_DIV) { seg[0][0]--; } while(seg[0][1]<=seg[3][1]&&Buffer[pic_row][seg[0][1]+2]-Buffer[pic_row][seg[0][1]]<=WB_DIV) { seg[0][1]++; 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