第六飞思卡尔智能车大赛哈尔滨华德学院摄像头组技术报告.doc

第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技 术 报 告学 校：哈尔滨华德学院队伍名称：华德远望参赛队员：杨保顺 孙威丁瑞带队教师：王振力刘洋 关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会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视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中参赛队员签名： 带队教师签名： 日 期： 摘要 本文详细介绍了我们为第六届全国智能车大赛而准备的智能车系统方案该系统以 Freescale16 位单片机 MC9S12XS128MAA 作为系统控制处理器，采用基于的摄像头的图像采样模块获取赛道图像信息，通过软件算法提取赛道黑线，识别当前所处赛道，算出小车与黑线间的位置偏差，采用 PID 方式对舵机转向进行控制。

通过光电编码器实时获取小车速度，形成速度闭环控制调试过程中应用CodeWarrior IDE软件观察返回值小车还将通过算法分析出前方的路况，并根据路况的不同而为小车分配以不同的速度文中将介绍赛车机械结构和调整方法，赛车转向模块和驱动模块的设计、参数和有关测试，图像采样模块的摄像头工作机制以及安装选型、采样电路设计和采样策略我们将说明本系统的舵机转向策略、速度闭环控制与速度分配策略除智能车系统本身的介绍外，我们还将详细叙述该系统开发过程中所用到的开发工具、软件以及各种调试、测试手段方法关键词：智能车系统 图像采样 控制策略(识别和变参数控制) 调试测试Freescale16 位单片机目录摘要………………………………………………………………………………… II第一章 引言………………………………………………………………………11.1 智能车竞赛的意义...........................................11.2 智能车竞赛规则.............................................11.3 系统总体方案的设计.........................................3第二章 车模机械结构的改进……………………………………………………52.1 舵机的安装.................................................52.2 测速编码器的安装...........................................62.3 CCD摄像头的安装............................................72.4 车轮定位 ..................................................82.4.1 主销后倾角……………………………………………………….82.4.2 主销内倾角...........................................82.4.3 前轮外倾角...........................................92.4.4 前轮前束.............................................9第三章 智能汽车整体设计…………………………………………………… 113.1 路径识别的方案设计论证………………………………………………113.1.1 摄像头选择……………………………………………………..113.1.2 图像采集方案……………………………………………………113.2 XS128最小系统………………………………………………………….133.3 小车主板设计…………………………………………………………..133.4 系统硬件结构设计……………………………………………………..153.5 模型车技术参数统计…………………………………………………..163.6 模型车外形照片………………………………………………………..173.7 车模制作特色简介……………………………………………………..17第四章 智能汽车的软件设计………………………………………………… 19 4.1 软件系统概述…………………………………………………………..194.2 PID算法介绍…………………………………………………………….204.3 图像采集模块…………………………………………………………..214.4 黑线提取算法…………………………………………………………..234.5 舵机控制模块…………………………………………………………..244.6 速度控制策略…………………………………………………………..244.7 起跑线检测……………………………………………………………..24第五章 智能车开发平台和调试技术………………………………………….275.1 CodeWarrior简介……………………………………………………….275.2 软件开发平台..............................................285.3 软件调试平台CodeWarrior …………………………………………..31第六章 结 论……………………………………………………………………356.1 参赛心得..................................................356.2 智能车的不足以及改进......................................35参考文献…………………………………………………………………………… I致谢…………………………………………………………………………………II附录A：模型车程序源代码………………………………………………………III1 第一章 引言第一章 引言智能车系统涵盖了机械、电子、电气、传感、计算机、自动化控制等多方面知识，一定程度上反映了高校学生科研水平。

本章节详细阐述了智能车系统的研究背景和本智能小车的系统总体概况1.1 智能车竞赛的意义全国大学生智能车大赛和其他竞赛一样，为了培养大学生实践创新能力和团队精神而开展的该项赛事与全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等四大竞赛齐名，被认定为国家教育部正式承认的第五个大学生竞赛项目竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能,倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件该竞赛以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为指导思想，是以智能汽车为竞赛平台的多学科专业交叉的创意性科技竞赛， 是面向全国大学生的一种具有探索性的工程实践活动，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科知识，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神[2]1.2 智能车竞赛规则参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国总决赛的场地比赛。

智能车竞赛有着严格的器材限制规定：1. 须采用统一指定的车模，即B型车模，如图1.4所示，由北京科宇通博科技有限公司提供；图1. 1 C型车模2. 须采用飞思卡尔半导体公司的 8 位、16 位处理器(单核)作为唯一的微控制器；3. 可以使用光电管作为辅助检测手段；4. 如果损毁车模中禁止改动的部件，需要使用相同型号的部件替换； 5. 车模改装完毕后，尺寸不能超过：250mm 宽和 400mm长[5]关于赛场的规定：1. 赛道基本参数（不包括拐弯点数、位置以及整体布局）如下：l 赛道路面用专用白色基板制作，在预赛阶段时，跑道所占面积在5m×7m左右，决赛阶段时跑道面积可以增大；l 赛道宽度不小于50cm；l 跑道表面为白色，中心有连续黑线作为引导线，黑线宽 25mm铺设赛道地板颜色不作要求，它和赛道之间可以但不一定有颜色差别；l 跑道最小曲率半径不小于50cm；l 跑道可以交叉，交叉角为90°；l 赛道直线部分可以有坡度在15°之内的坡面道路，包括上坡与下坡道路；l 赛道有一个长为 1m的出发区，计时起始点两边分别有一个长度 10cm黑色计时起始线，赛车前端通过起始线作为比赛计时开始或者结束时刻。

2. 比赛赛道实际布局将在比赛当日揭示，在赛场内将安排采用制作实际赛道的材料所做的测试赛道供参赛队进行现场调试[5]此外，还有电路器件及控制驱动电路限制：1). 车模控制电路须采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位MCU作为唯一的微控制器对于摄像头组16位MCU只能采用9S12XS128 80脚QFP封装也可以选用16位DSC或8位MCU，8位MCU可以使用2片）2). 除了上述规定的微控制器外不得使用辅助处理器以及其它可编程器件； 3). 伺服电机数量不超过3个； 4). 传感器数量不超过16个：CCD 传感器计为 1 个传感器； 5). 直流电源使用大赛指定的电池； 6). 禁止使用DC-DC升压电路直接为驱动电机以及舵机提供动力； 7). 全部电容容量和不得超过2000 微法，电容最高充电电压不得超过 25伏[5]1.3 系统总体方案的设计根据竞赛章程规定，使用飞思卡尔公司的MC9S12XS128单片机为核心控制器，使用CCD摄像头拍摄赛道图像，来获得赛车前方赛道的道路信息，经过单片机处理后，来控制车体的移动方向，同时根据光电编码器的测速信号来计算当前赛车的速度，并根据前方赛道信息，进行加减速控制。

本着稳定、简单、高效的设计原则，在将近半年的时间里，我们将小车不断改进，有以下几个特点：机械方面：竖直安装舵机，提高转向反应速度；采用单杆支架，并降低摄像头位置，降低重心硬件方面：保证稳定性前提下，尽量减小电路板面积；采用广角摄像头，保证各种S 弯都能提取到完整的黑线33 第二章 车模机械结构的改进 第二章 车模机械结构的改进软件方面：采用动态阈值和边沿检测法提取黑线，保证黑线稳定性；只采用简单的PI。