飞思卡尔赛车与机器视觉设计方案
飞思卡尔 智能汽车模型设计与制作
LM1881行场同步分离电路
使用摄像头的智能车技术简介
• 摄像头的选型
– 数字类摄像头（以OV6620为例）： 内置高速AD转换器，按设定格式输出数字图 像。使用简单，无需多余的外围电路，单片机 可以直接接收到图像信息进行处理
优点：使用简单，速度快 缺点：价格昂贵，容易损坏，工作不稳定
S12系列单片机的开发环境Codeworrior
S12系列单片机的调试环境Hiwave
源代码窗口
汇编代码窗口 寄存器监视窗口
变量监视窗口1 变量监视窗口2
内存监视窗口 调试命令窗口
使用摄像头的智能车技术简介
• 摄像头的选型
– 模拟类摄像头： 输出全电视信号，使用LM1881分离出行同步、 场同步信号，使用片内或外置AD或比较器进行 图像采集，由单片机进行后期处理，从图像中 分离出赛道信息，决策出车模的速度和转角。
• 可以结合以上两种方式判断赛道信息
采集接收管模拟电压的电路
迟滞比较器应用电路
电机控制方法简介
• 本车模使用组委会规定的微型直流电机， 它是牵引车模运动的唯一动力源。
• 通常使用H桥作为电机驱动电路，可实现 正转、反转与调速功能。
• 需使用PWM信号控制H桥给电机调速。
H桥驱动电机原理
H桥驱动电机原理-正反转
•
做一枚螺丝钉，那里需要那里上。20. 12.1706 :33:440 6:33De c-2017-Dec-20
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日复一日的努力只为成就美好的明天 。06:33: 4406:3 3:4406: 33Thurs day, December 17,渐。20.12.17 20.12.1 706:33: 4406:3 3:44December 17, 2020
(毕业设计)飞思卡尔智能车及机器视觉
图像处理在智能车路径识别中的应用摘要机器视觉技术在智能车中得到了广泛的应用，这项技术在智能车的路径识别、障碍物判断中起着重要作用。
基于此，依据飞思卡尔小车的硬件架构,研究机器视觉技术应用于飞思卡尔小车。
飞思卡尔智能车处理器采用了MC9S12XS128芯片，路况采集使用的是数字摄像头OV7620。
由于飞思卡尔智能车是是一款竞速小车，因此图像采集和处理要协调准确性和快速性，需要找到其中的最优控制。
因此本设计主要需要完成的任务是：怎样用摄像头准确的采集每一场的图像，然后怎样进行二值化处理；以及怎样对图像进行去噪处理；最后也就是本设计的难点也是设计的核心，怎样对小车的轨迹进行补线。
本设计的先进性，在众多的图像处理技术中找到了适合飞思卡尔智能车的图像处理方法。
充分发挥了摄像头的有点。
经过小车的实际测试以及相关的MATLAB 仿真，最终相关设计内容都基本满足要求。
小车的稳定性和快速性得到显著提高。
关键词：OV7620，视频采集，图像处理，二值化The Application of Image Processing in the Recognition ofIntelligent Vehicle PathABSTRACTCamera Machine vision technology in the smart car in a wide range of applications, the technology identified in the path of the smart car, and plays an important role in the obstacles to judge. Based on this, based on the architecture of the Freescale car, machine vision technology used in the Freescale car. Freescale smart car the processor MC9S12XS128 chip traffic collected using a digital camera OV7620. Freescale's Smart car is a racing car, so the image acquisition and processing to coordinate the accuracy and fast, you need to find the optimal control. This design need to complete the task: how to use the camera to accurately capture every image, and then how to binarization processing; and how to image denoising; last is the difficulty of this design is the design of the core, how to fill line on the trajectory of the car.The advanced nature of the design found in many image processing techniques of image processing methods for Freescale Smart Car. Give full play to the camera a bit. The actual testing of the car and MATLAB simulation, the final design content can basically meet the requirements. The car's stability and fast to get improved significantly.KEY WORDS: OV7620，Video Capture，Picture Processing，Binarization目录前言 (1)第1章飞思卡尔赛车及机器视觉的概述 (2)1.1 智能车的研究背景 (2)1.1.1 智能车的发展历史 (2)1.1.2 应用前景 (2)1.2 智能车设计要求介绍 (3)1.3 机器视觉介绍 (4)1.4 小结 (4)第2章主要思路及技术方案概要 (5)2.1 总体设计主要方法步骤 (5)2.2 摄像头的对比与选择 (5)2.2.1 摄像头的选取 (5)2.2.2 模拟摄像头 (6)2.2.3 数字摄像头 (6)2.2.4 摄像头的选定 (7)2.3 二值化方案的选取 (7)2.3.1 双峰值法 (7)2.3.2 迭代法 (8)2.3.3 大津法 (8)2.3.4 灰度拉伸-一种改进的大津法 (9)2.3.5 二值化方案的最终选定 (9)2.4对图像进行去噪 (9)2.4.1 传统的去噪法 (9)2.4.2 小波去噪 (11)2.4.3 去噪方法的最终确定 (13)2.5小结 (13)第3章硬件设计 (14)3.1 硬件总体方案设计 (14)3.2 核心控制板 (15)3.3 摄像头的安装 (15)3.4 小结 (16)第4章软件设计 (17)4.1 系统软件总体设计方案 (17)4.2 图像二值化软件设计 (17)4.3 去噪设计 (19)4.3.1 实验信号的产生 (19)4.3.2各参数下去噪效果对比 (20)4.4 二值化后补线 (24)4.5 小结 (32)第5 章结果分析 (33)5.1 采集到的灰度值去噪前的MATLAB仿真 (33)5.1.1 去噪前MATLAB函数和仿真结果 (33)5.1.2 去噪后MATLAB仿真结果 (34)5.2 边界扣取 (35)5.2.1 边界扣取函数 (35)5.2.2 边界扣取仿真结果 (36)5.3 补线后效果 (37)5.4 小结 (38)结论 (39)谢辞 (40)参考文献 (41)附录 (42)外文资料翻译 (45)前言机器视觉技术近几十年来已经得到广泛的应用，并且已经取得了巨大的成功，大大改善了人们的日常生活。
飞思卡尔智能车竞赛设计方案
飞思卡尔智能车竞赛设计⽅案“神马”队设计⽅案摘要本⽂以“飞思卡尔”杯全国⼤学⽣智能车竞赛为主题，介绍了智能赛车从机械结构设计到控制系统的软硬件设计流程。
本次⽐赛使⽤竞赛秘书处统⼀指定的竞赛车模及套件，采⽤飞思卡尔半导体公司的16位微控制器作为核⼼控制单元，配合不同类型的传感器、驱动电机、转向舵机、直流电池、以及相应的驱动电路，使赛车能够⾃主识别路径，并控制模型车⾼速稳定地在跑道上运⾏，在规定时间内完成跑完赛道的任务。
第⼀章背景1.1“飞思卡尔”杯背景介绍“飞思卡尔”杯全国⼤学⽣智能车竞赛是在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以S12 单⽚机为核⼼的⼤学⽣课外科技竞赛。
使⽤⼤赛组委会统⼀提供的竞赛车模、转向舵机、直流电机和可充电式电池，采⽤飞思卡尔 16 位微控制器MC9S12DB128B作为核⼼控制单元，⾃主构思控制⽅案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执⾏、电机驱动、转向舵机控制等，完成智能车⼯程制作及调试，于指定⽇期与地点参加场地⽐赛。
⽐赛成绩主要由赛车在现场成功⾏驶完赛道的时间为主。
全国⼤学⽣智能汽车竞赛所使⽤的车模是⼀款带有差速器的后轮驱动模型赛车，它由⼤赛组委会统⼀提供。
参赛队伍通过设计单⽚机的⾃动控制器控制模型车在封闭的跑道上⾃主循线运⾏。
在保证模型车运⾏稳定，即不冲出跑道的前提下，跑完两圈的时间越⼩成绩越好。
设计⾃动控制器是制作智能车的核⼼环节。
⾃动控制器是以单⽚机为核⼼，配合有传感器、电机、舵机、电池、以及相应的驱动电路，它能够⾃主识别路径，控制模型车⾼速稳定运⾏在跑道上。
⽐赛跑道表⾯为⽩⾊，中⼼有连续⿊线作为引导线，⿊线宽 25cm。
⽐赛规则限定可赛道宽度和拐弯最⼩半径等参数，赛道具体形状在⽐赛当天现场公布。
控制器⾃主识别引导线并控制模型车沿着赛道运⾏。
在严格遵守规则中对于电路限制条件，保证智能车可靠运⾏前提下，电路设计尽量简洁紧凑，以减轻系统负载，提⾼智能车的灵活性，同时坚持充分发挥创新原则，以简洁但功能完美为出发点，并以稳定性为⾸要前提，实现智能车快速运⾏。
基于飞思卡尔单片机的智能循线赛车设计和实现
系统 总 体 方 案 设计
本 文设计 的智 能循线 赛车 主要 由路径 检测 、 机转 向控制 、 舵 电机 驱 动 、 车速 控制 等功 能模 块 以及 软件 控 制 算 法构成 。小 车 以 １ ６位 ＭＣ Ｍ ９ １Ｄ １８ 为核 心控 制器 ， Ｕ（ Ｃ Ｓ２ Ｇ ２ ） 根据 黑色 和 白色反 射率 的不 同 ， 用 “ ” 阵 采 一 字 列 的红外 光 电传感器 对 黑线 白底 路 径 进 行识 别 ， 检 测 到 的 信 号送 入 ＭＣ 通 过 查表 方 式 改 变 控 制舵 机 的 将 Ｕ，
图 ３ ＩＲ ０ Ｔ ０９９电 路 原 理 图
图 ４ 驱动直流电机的“ 桥 电路 Ｈ”
２ ４ 舵 机转 角控 制模块 ．
系 统角度 控 制模块 采用 Ｆ ｔ ａ 司 的 ￥ ００型舵 机 ， ｕａ 公 ｂ ３１ 它为 通 用 舵 机 ， 具有 低 成本 、 反应 快 、 扭 矩 的 特 高
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图 １ 系统 结 构 框 图
２ 智能 小 车硬 件设 计
２ １ 电源模块 ．
电源是 一个 系统 正常工 作 的基础 ， 电源的设 计至关 重 要 。系统 模 块 中需 供 电的部 分 包 括 ： 电传 感器 模 光
收稿 日期 ： ０ ０— ３—１ ２１ ０ ９ 作者简介 ： 杨丹 明（ ９５一） 男 ， 士研究生 ， １８ ， 硕 主要研 究方向为控制理论 与控制工程。
第 ６期
杨丹明 ， 王富东 ， 张
成， ： 等 基于飞思卡尔单片机的智能循 线赛 车设计和实现
飞思卡尔设计方案
目录一.系统整体框图 (3)二.各模块电路 (3)三.材料清单 (11)四.赛道分析 (12)五.PID算法 (14)六.软件介绍 (17)七.程序分析 (20)八.结束语 (24)一.系统整体框图二．各模块电路1电源模块大赛提供的是7.2V的镍镉可充电电池，而单片机，方向传感器，速度传感器，使用的是5V电源，舵机使用的是6v电源，这就需要把7.2V分别经稳压电路转换为5V 、6V我们分别使用如下电路。
2）6V稳压电路作为智能车的动力来源，电池性能的好坏直接影响到整个车的运动效果，因此正确使用电池就非常重要，因此我们对电池的正确管理和合理使用采取了如下方案：2电机模块对于电机的驱动我们采用了两片MC33886级联的形式以增加它的驱动能力，通过两路PWM信号来控制，可以实现电机的正反转。
在编程的时候通过改变PWM的占空比来控制电机加速减速，对于MC33886使用时会发热的现象，我们对MC33886才用安装散热片的方法，经我们查阅资料可得这种方法效果很好。
MC33886驱动电路：3显示模块在调试过程中，为了方便观察小车的状态（例如小车的行驶速度等），我们安装了4个8断数码管显示电路，此模块可以更具实际情况选择是否连接。
4舵机模块舵机的工作频率为50Hz,但由于小车的速度太快，工作在这种频率下舵机的响应速度太慢不能满足要求，经我们查阅资料可得，舵机在100Hz的情况下仍可以很好的工作，并且可以满足小车快速行驶时对舵机响应较快的要求，因此在编写程序时我们把控制舵机的PWM 信号的频率设置为100Hz，这样就满足了要求。
此外为了提高舵机的响应速度，我们还采用了如下方案：1）正极串联一个二极管。
2）把舵机的臂加长。
等等。
下面我们列出了一种舵机的基本参数，和如何通过编程的方法来控制舵机调整方向。
舵机控制5测速模块测速的方法有很多，例如光电编码器，霍尔传感器……我们使用的是霍尔传感器来测量速度，如图当小车转动一周，霍尔开关将输入2个脉冲到单片机。
“飞思卡尔”智能车辅助设备的设计与实现
毕业设计说明书（论文）中文摘要“飞思卡尔”智能车在后期调试过程中，需要不断的更改程序中的速度和舵机偏转的角度，其工作量很大，也极其繁琐，浪费了大量的时间。
比赛时，由于比赛场景，赛道尺寸，难易度等因素都是未知，同时规则要求比赛前不能更改智能车中的程序。
因此，为了后期调试过程中提高效率，比赛时能及时更改比赛策略，将在智能车上安装辅助设备。
本文为解决人机交互问题采用液晶显示模块显示智能车信息，拨码开关和键盘调整程序参数和选择策略，无线监测模块和上位机检测软件对车实时运行时的数据进行监测和存储等手段。
经过研究与分析，并进行了比较，最终选定nokia5110 LCD液晶显示模块，拨码快关与键盘，无线模块与上位机软件作为智能车的辅助设备，设计了接口电路，编写了程序。
通过比赛，智能车的辅助设备得到了很好地利用，不仅为调试节约了大量时间，而且及时修改比赛策略，大大提高了比赛成绩。
关键词：飞思卡尔；液晶；键盘；拨码开关；无线—I—毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Freescale Intelligent Vehicle AuxiliaryEquipment Design And ImplementationAbstractFreescale Smart Car in the post-commissioning process, the need to constantly change the program's speed and steering gear deflection angle, their workload, but also extremely cumbersome, wasting a lot of time. The game, due to the competition scene, the track size, degree of difficulty and other factors are unknown, the rule requires that before the game can not change the procedures in the smart car. Therefore, in order to improve efficiency in the post-commissioning process, the game in a timely manner to change the game strategy and auxiliary equipment will be installed in the smart car.LCD module to display the smart car information to solve the problem of human-computer interaction, the DIP switch and keyboard to adjust the program parameters and selection strategies, wireless monitoring module and the host computer detection software on the vehicle run-time data monitoring and storage means. Research and analysis, and compared with the final selection of nokia5110 LCD LCD module DIP fast off the keyboard, wireless module and the host computer software as the auxiliary equipment of the smart car, the design of the interface circuit, write a program.Through the game, the auxiliary equipment of the smart car to good use, saving a lot of time not only for debugging, and in a timely manner to modify the game strategy, greatly improving the competition results. Keywords: Freescale；LCD ；Keyboard ；DIP switch；Wireless目录目录毕业设计说明书（论文）中文摘要 (I)毕业设计说明书（论文）外文摘要 (II)第一章绪论 (1)1.1飞思卡尔简介 (1)1.2飞思卡尔智能车竞赛国内外现状 (1)1.2.1飞思卡尔智能车竞赛国外现状 (1)1.2.2 国内智能车竞赛现状 (2)1.3飞思卡尔智能车辅助设备研究的背景及意义 (4)第二章飞思卡尔智能车系统分析 (6)2.1光电组智能车系统分析 (6)2.2摄像头组智能车系统分析 (7)2.3电磁组智能车系统分析 (8)2.4三组智能车总体分析 (9)第三章飞思卡尔智能车辅助设备的设计 (10)3.1显示模块 (10)3.1.1液晶模块简述 (10)3.1.2液晶模块主要参数 (10)3.1.3飞思卡尔智能车显示模块的比较与选择 (11)3.1.4 飞思卡尔智能车显示模块的使用 (12)3.2输入设备 (14)3.2.1矩阵键盘与拨码开关简述 (14)3.2.2矩阵键盘与拨码开关的结构与工作原理 (14)3.2.4飞思卡尔智能车输入设备的使用 (16)3.3在线监测设备 (18)3.3.1在线监测设备简述 (18)3.3.2在线监测设备种类种类 (20)3.3.3飞思卡尔智能车在线监测设备的比较与选择 (21)3.3.4 飞思卡尔智能车在线监测设备的使用 (22)第四章飞思卡尔智能车辅助设备在线调试 (24)4.1飞思卡尔智能车显示模块在线调试 (24)4.2飞思卡尔智能车在线监测模块在线调试 (24)—III—东北电力大学信息工程学院毕业论文结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)附录 (29)绪论第一章绪论1.1飞思卡尔简介飞思卡尔（Freescale Semiconductor）是全球领先的半导体公司，为规模庞大、增长迅速的市场提供嵌入式处理产品和连接产品。
第四届飞思卡尔杯智能车大赛技术报告 北京工商大学
摘要随着数字图像处理技术的发展，面阵CCD摄像头在自动控制领域得到了越来越广泛的应用。
本文在对CCD图像处理技术和单片机嵌入式应用进行深入研究的基础上，借鉴国内外先进技术，研制出了具有自动循迹，转弯，加减速功能的智能小车。
本文介绍了基于面阵CCD图像处理技术以及MC9S12DG128微控制器嵌入式技术的智能小车的设计原理及研制过程。
论述了智能小车自动控制系统的实现方法，着重讨论了智能小车的硬件设计和以Codewarrior C交叉编译器为开发工具的软件设计。
在智能小车的研制过程中，利用CCD摄像头采集到的图像存在杂点和误差，这对单片机的控制影响较大，因此需要运用图像处理技术对数字图像进行处理，以达到对黑线正确识别的目的。
关键词：智能小车； CCD； MC9S12DG128微控制器；图像处理AbstractWith the development of treatment technology of the digital picture , plane array CCD camera has got more and more extensive application on the automatic controlled field.This text is on the basis of the thing that use and further investigate to CCD image processing technology and single-chip computer embeddedly, learns from domestic and international advanced technology, develop and follow the mark automatically, turn, add the intelligent car which moderates the function. The introduction to this text is on the basis of plane array CCD image processing technology and the design principle of the intellectual car of MC9S12DG128 microcontroller embedded technology and research course. Havedescribed the implementation method of the automatic control system of intellectual car , have discussed emphatically the hardware of the intellectual car is designed and as the software design of the developing instrument with Code-warrior C compiling device alternately.In the course of research of the intelligent car , utilize the picture that CCD camera gathers to noise and error, this makes a great influence on control of the single-chip computer, so need to use the image processing technology to deal with the digital picture , in order to achieve the correct purpose that discerns to the black line.Keywords:Intelligent car ; CCD ; MC9S12DG128microcontroller ;Image processing目录1.1背景简介 (1)1.2本课题研究的目的及意义 (2)1.3国内外相关技术的发展现状 (3)1.3.1国外智能小车的发展状况 (3)1.3.2国内智能小车的发展状况 (4)1.4系统设计要求 (5)1.5智能小车的设计思路 (5)1.6本文主要研究内容 (6)1.7本文的篇章结构 (7)2.1路径识别方案设计论证 (7)2.1.1 方案一：基于光电传感器阵列的路径识别方案 (7)2.1.2 方案二：基于线阵CCD图像传感器的路径识别方案 (8)2.1.3 方案三：基于面阵CCD图像传感器的路径识别方案 (8)2.1.4 所选方案 (8)2.2面阵CCD图像传感器简介 (8)2.3面阵CCD图像传感器的工作原理 (9)2.4面阵CCD图像传感器的选择 (10)2.5图像处理方法 (10)2.5.1 图像处理技术基础 (11)2.5.2 图像的灰度变换 (11)2.5.3 图像的平滑处理 (11)2.5.4 图像边缘检测 (12)2.6本章小结 (13)3.1机械方面设计及改进 (13)3.1.1 车模基本参数 (13)3.1.2 CCD摄像头的设计安装 (14)3.1.3 底盘参数设计改进 (14)3.1.4 齿轮传动机构调整 (15)3.1.5 后轮差速机构调整 (15)3.1.6驱动电机介绍 (16)3.1.7 舵机介绍 (17)3.2智能小车电路设计 (19)3.2.1 所选用单片机介绍 (19)3.2.2 硬件电路系统组成 (22)3.2.3 供电电路 (23)3.2.4 时钟电路 (24)3.2.5看门狗电路 (25)3.2.6 电源稳压电路 (25)3.2.7 驱动电机/舵机电路 (26)3.2.8 CCD摄像头数据采集分离电路 (27)3.2.9 A/D采集电路设计 (28)3.3本章小结 (29)4.1软件设计环境 (30)4.2软件整体设计方案 (30)4.3程序评测及流程 (31)4.4程序模块介绍 (34)4.4.1 初始化 (34)4.4.2 摄像头图像数据采集以及处理 (35)4.4.3 速度采集以及速度控制 (42)4.5黑线提取算法 (42)4.6本章小结 (42)5.1软件开发平台C ODEWARRIOR IDE (43)5.1.1 Codewarrior IDE 功能介绍 (43)5.1.2 Codewarrior IDE 基本使用方法 (44)5.2本章小结 (48)第1章绪论1.1背景简介车辆与我们的社会生活息息相关，然而当今车辆的智能化发展还不是很迅速，特别是在安全性，智能化，车与路之间交互信息等方面。
“飞思卡尔”智能汽车系统设计
作为最为普遍的交通工具之一 ， 汽车与人们的生活息息相关。 一旦智能汽 车得到普及势必会走向量产化， 而在智能汽车普及之前应该制定出相关的设计 标准作为智能汽车的标杆。 智能汽车系统所包含的内容甚多， 如信息控制、 系统 结构、 数据采集、 系统数据库等方面都属于智能汽车系统所涵盖的范畴， 如果没 有统一的标尺， 则会让各个模块之间出现很大的差异化， 这样就会带来一系列 的问 题， 同时也会让智能汽车的构建变得繁琐、 复杂。 通过制定出 统一的标准 ， 让系统兼容性得以保证的同时让整个智能汽车系统设计更加规范， 从而带动智 能汽车产业的发展［ １ 】 。
１ ． ２ 控制模 块
控制系统是智能汽车系统重要的组成部分 ， 是实现人机交互的关键。 从当 前的汽车控制来看还是不能离开人工操作 ， 只有在驾驶员存在的情况下才能保 证汽车的正常工作。 在驾驶的过程中， 如果时间较长则会给驾驶员带来极大的 疲劳感， 这样就 间接带来了交通事故隐患。 而在智能化汽车将能够摆脱人工操
科 学论 坛
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“ 飞 思卡 尔 ” 智能 汽 车 系统 设 计
王贯 安
（ 中南大学 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ １ ２ ）
［ 摘 要］ 随着 科 技的进 步 ， 汽 车产 业也 发生 了翻天 覆地 的变 化 。 在计 算机 技术 、 网络技术 、 电子 技术等 高端 技术 的推动 下 ， 智 能汽车 得到 了实 现 ， 相信 随着 时 间的推移 。 智能汽车也将有着更加广阔的发展空间。 要让汽车实现智能化， 智能系统设计是十分重要的一个环节。 本文对智能汽车系统进行了综合性的阐述 ， 并以 “ 飞思卡尔智” 能汽车比赛对智能汽车系统设计进行了探讨。 ［ 关键 词］ 飞思 卡 尔 智 能 汽车 系统 设计 中图分类号 ： Ｄ４ １ ２ ． ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ９ － ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ —０ ２ ２ ４ 一 Ｏ １
飞思卡尔赛车与机器视觉设计方案
飞思卡尔赛车及机器视觉设计方案第1章飞思卡尔赛车及机器视觉的概述1.1 智能车的研究背景1.1.1 智能车的发展历史1953 年，美国 Barrett Electric 公司制造了世界上第 1 台采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。
20 世纪 60 年代和 70 年代初，AGV 仍采用这种导向方式。
但是，20 世纪 70 年代中期，具有载货功能的 AGV 在欧洲得到了应用并被引入到美国。
这些自动导向车主要用于自动化仓贮系统和柔性装配系统的物料运输。
在 20 世纪 70 年代和 80 年代初，AGV的应用领域扩大而且工作条件也变得多样化，因此，新的导向方式和技术得到了更广泛的研究与开发。
在最近的 10-15 年里，各种新型 AGV 被广泛地应用于各个领域。
单元式 AGV主要用于短距离的物料运输并与自动化程度较高的加工设备组成柔性生产线，除此以外，AGV 还用于搬运体积和重量都很大的物品，尤其是在汽车制造过程中用多个载货平台式 AGV 组成移动式输送线，构成整车柔性装配生产线。
最近，小型 AGV 应用更为广泛，而且以长距离不复杂的路径规划为主。
AGV 从仅由大公司应用，正向小公司单台应用转变，而且其效率和效益更好。
至此出现了智能车的概念。
1.1.2 应用前景城市公共交通是与人民群众生产生活息息相关的重要基础设施。
然而，目前世界上许多大城市都面临着由私人汽车过度使用而带来的诸多问题，例如道路堵塞、停车困难、能源消耗、噪声污染和环境污染等，这些问题严重降低了城市生活的质量。
优先发展城市公共交通是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段。
国务院总理温家宝于 2005 年 10 月做出重要批示，要求优先发展城市公共交通，这是贯彻落实科学发展观和建设节约型社会的重要举措。
大容量城市公共交通，如地铁、轻轨等，其最大优点是空间利用率和能源利用率较高。
然而，由于缺乏足够的时间、空间、运力灵活性，在客流量不足的情况下，系统效率将大大降低，运营成本过高，难以大力推广和应用。
基于飞思卡尔单片机的智能车设计
中文题目：基于飞思卡尔单片机的智能车设计外文题目：FREESCALE MCU-BASED DESIGN OF INTELLIGENT VEHICLE毕业设计（论文）共71页（其中：外文文献及译文5页）图纸共1 张完成日期2013年6月答辩日期2013年6月摘要本设计主要讨论了基于Freescale公司的MC9S12XS128芯片制作的自主巡线智能车的设计方案和原理。
本文将从机械结构设计，硬件电路设计和软件算法设计等几个方面全面介绍智能车的制作及调试过程。
根据第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛的技术要求，赛车以检测通以20KHZ、100mA的导线的电磁场为基础，通过单片机采集到的磁感应电压信号，实现对赛车的转向控制，进而识别赛道达到路径寻迹的目的。
本设计针对控制要求对智能车模型的机械结构进行设计和调整，同时对智能车运行中产生侧滑的原因进行分析，并对智能车的质量和重心位置进行优化调整。
在硬件方面，系统由控制核心(MCU)模块、电源管理模块、路径识别模块、电机驱动模块、舵机控制模块、速度检测模块以及LCD显示模块等组成。
在软件方面，主要编写了主程序、转速检测程序、电机和舵机驱动程序等相关程序。
本设计在原有智能车系统的基础上，对硬件电路进行了改进，提高了路径检测的前瞻性与抗干扰性。
结果表明，智能车在速度、稳定性和可靠性上都达到良好的状态。
关键词：智能车控制；电磁传感器；路径识别；软件设计AbstractThis design focuses MC9S12XS128 based on Freescale's chip production line inspection autonomous intelligent vehicle design and principles. This article from the mechanical design, hardware design and software algorithm design and other aspects of comprehensive introduction smart car production and debugging process.According to the eighth "Freescale" Cup National Undergraduate Smart Car Competition technical requirements, in order to detect the car pass by 20KHZ, 100mA wire EMF-based microcontroller collected through magnetic induction voltage signal, steering control of the car, thus identify the track reaches the path tracing purposes. The design requirements for the control of the smart car model design and the mechanical structure adjustment, while the smart car running analyze the causes of skidding, and the quality and smart car adjustments to optimize the center of gravity position. In terms of hardware, the system controlled by the core (MCU) modules, power management module, the path identification module, the motor drive module, servo control module, the speed detection module and LCD display modules and other components. On the software side, the main compiled main program, speed detection procedures, motors and servo drivers and other related procedures.The design of the original smart car system, based on the hardware circuit has been improved to improve the prospective path detection and interference. The results show that the smart car in terms of speed, stability and reliability have reached a good state.Key words: Intelligent car control; The electromagnetic sensor; Software Design; Path recognition目录0前言.......................................... 错误!未定义书签。
飞思卡尔设计方案
飞思卡尔智能车设计方案一：项目名称：第五届飞思卡尔智能汽车。
二：设计要求：参考飞思卡尔智能车竞赛基本要求。
三：设计制作思路为了用单片机系统实现小车智能控制，本设计以MC9S12DG128为核心，附以外围电路，将摄像头传感器得到的图像信息进行综合判别和处理，并通过速度传感器获得当前车辆速度，然后发出指令给电机驱动器（包括舵机和驱动电机），控制小车，从而使小车能够快速、准确地识别特定路线行驶。
快速准确的图像分析处理、准确的实时速度控制、CPU的综合数据处理为小汽车实现自动加速、减速、限速、左转、右转提供了充分的保证。
通过组装车模、传感器的选择与布置、系统电路板的设计与安装、仿真软件的制作、安装与调试以及控制算法的调试等等，首先使智能车运行起来，由低速逐渐向高速过渡。
在实验的基础上不断发现问题，不断调试，不断解决问题，使智能车能够最大限度的沿着轨道快速、准确的行驶。
四：方案1.路径识别系统软硬件设计方案：§道路寻找软件设计由于每行搜索的是最黑点,因此可以将黑点的阈值稍稍扩大一点,即使远方的黑白不清,由于找的是最黑点因此还是可以提取出真确的黑线的.它的主要问题是,不一定每行都有符合要求的点,会造成一行丢失而失去后面的黑点.解决的方法是当发现一行丢失以后,不立即退出搜索,而是置一个丢失计数器,只有当丢失计数器的值连续累加到一定的阈值后才退出.当每次搜索到一行的黑线后看看丢失计数器是否为非零.若不是,则说明前面没有丢失行.若是,则说明前面有几行丢失了.我们可以根据这一行与上以有效行对中间的丢失行对中间的丢失行做一个线性化处理.然后清零丢失计数器.有了丢失计数器,我们可以对赛道的提取条件加以严格的限制,而不必担心黑线的漏检.比如我们可以严格限制黑线的宽度,这样我们可以很容易滤除看到大块的黑斑带来的干扰；对于上述的斜看十字交叉线的问题我们只要根据上一行的黑线严格限制下一行黑线出现范围便可轻松滤除.当然在发现丢失行以后对于下一行的搜索必需加大黑线搜索的范围,允许的连续丢失行越多则再次找回的黑线的可信度也就越低,在实际的提取过程中必须把握好这一阈值,使得即可以顺利找到前方的道路,又不至于误提取黑线.实际证明这种方法实现简单,可靠性也最高,黑线提取十分稳定。
(完整word版)飞思卡尔智能车技术报告
集成化的设计思路的好处是原件密度高，系统可以小型化一体化，通过综合考虑各方面因素，在确定了系统最终硬件方案不做大的更改的情况下，在确保了系统可靠性的前提下，最终选择了一体化，集成化的硬件设计思路。使车体硬件电路布局紧凑，稳定可靠。
3、大前瞻，高分辨率方案。
在光电传感器的安装不影响赛车行驶的前提下，尽可能的提高传感器前瞻，更大的前瞻，能为赛车提供更多的信息，更能让赛车提前作出决策。
3.5.2主销内倾角
主销内倾角是指主销在汽车的横向平面内向倾斜一个角度，即主销轴线与地面垂直线在汽车横向断面内的夹角。主销内倾角也有使车轮自动回正的作用。通常汽车主销内倾角不大于80。
2.5.3前轮外倾角
通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角称为“前轮外倾角”。轮胎呈现“八”字形张开时称为“负外倾”，而呈现“V”字形张开时称为“正外倾”。一般前轮外倾角为10左右。
4.5速度检测模块
为了使车在跑的过程中能快速加速，及时减速除了要有好的算法来控制，还依赖于速度闭环返回的速度脉冲值的可靠度和精确度，因此为了提高检测精度，最后选用了精度较高的光电编码器，光电编码器使用5V-24V电源，输出12.5%-85%VCC的方波信号。
9.2存在的不足
9.3可改进的方法
第十章参考文献
第一章引言
1.1方案介绍
系统硬件设计可以说是整个智能车设计的基础和重中之重。正确的硬件设计方向与思路，是系统稳定可靠的基础，功能强大的硬件系统，更为软件系统的发挥提供了强大的平台。、
1、整车低重心设计。
通过以往几届比赛的经验我们看到，往往重心低，体积小巧，布局紧凑的赛车更能取得好的成绩。、于是，我们通过合理布局电路板和各种传感器，尽可能地降低整车重心。在不影响传感器前瞻，或者不过度牺牲传感器性能的情况下，尽量降低光电传感器的高度，以提高赛车的侧翻极限。
基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计
基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计摘要本智能车系统设计以 MC9S12DG128B 微控制器为核心，通过一个CMOS 摄像头检测模型车的运动位置和运动方向，使用LM1881视频分离芯片对图像进行处理，用光电传感器检测模型车的速度并使用PID 控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。
为了提高智能车的行驶速度和可靠性，采用了自制的电路板，在性能和重量上有了更大的优势，对比了各种方案的优缺点。
实验结果表明，系统设计方案可行关键词：MC9S12DG128，CMOS 摄像头，PIDThe Research of Small and Medium-sized Electric Machines in Fuan CityAuthor：Yao fangTutor：Ma shuhuaAbstractFujian Fuan City industry of electric motor and electrical equipment is the one of the most representative phenomenon of industry cluster in Fujian Province mechanical industry. Its output value of small and medium-sized electric machines accounts for 20% of the whole province’s electrical equipment indu stry. The output amount of small and medium-sized electric machines from this region takes up 1/3 of that of the whole nation. Fuan electric motor and electrical equipment industry plays a significant role in the development of local national economy, being considered to be the main growth point of local economy and called "the Chinese electric motor and electrical equipment city ".This paper launched a research on small and medium- sized electric machines in Fuan city from two angles. The first one inferred the situation of Fuan electric machine industrial cluster as well as the analysis of the temporary existed problems, and then propose a few of suggestions on the part of local government. The second part focus on the improvement of the competitiveness of Fuan electric machine enterprises, through the application of Michael Porter's Five Forces Model into the local industry of electric machine, consequently carried out some strategies local enterprises should take.Key Words: small and medium-sized electric machines, Five Forces Model, industrial cluster目录1 绪论 (1)1.1智能车竞赛背景介绍 (1)1.2智能车系统设计思路及方案分析 (2)1.3系统整体设计结构图 (3)2 机械结构的调整与设计 (4)2.1机械安装结构调整 (4)2.2舵机安装方式的调整 (4)2.3摄像头的安装 (5)2.4测速码盘的安装 (5)2.5前轮倾角的调整 (6)2.6地盘高度的调整 (7)2.7齿轮传动机构及后轮差速的调整 (7)3 硬件电路的设计与实现 (8)3.1硬件电路设计方案 (8)3.2硬件电路的实现 (8)3.2.1 以S12为核心的单片机最小系统 (8)3.2.2 主板 (13)3.2.3 电机驱动电路 (18)3.2.4 摄像头 (23)3.2.5 速度传感器 (24)3.2.6 加速度传感器 (24)3.2.7 去抖动电路 (25)4 软件系统设计与实现 (28)4.1软件系统结构方案选择 (28)4.2软件主流程 (28)4.3端口分配 (29)4.4底层驱动程序设计 (30)4.4.1 时钟模块 (30)4.4.2 PWM模块 (31)4.4.3 外部中断模块 (31)4.4.4 ECT模块 (32)4.4.5 AD模块 (32)4.4.6 串口模块 (33)4.4.7 普通IO模块 (33)4.4.8 实时中断 (34)4.5图像信息处理及道路识别程序设计 (34)4.5.1 赛道提取算法 (35)4.5.2 有一定抗干扰和抗反光能力的黑线提取算法 (37)4.5.3 道路识别算法 (39)4.6起跑线识别程序设计 (40)4.7车体控制程序设计 (41)4.7.1 舵机控制算法 (42)4.7.2 速度控制算法 (43)结论 (44)致谢 (45)参考资料 (46)附录 (47)附录A (47)1 绪论1.1 智能车竞赛背景介绍全国大学生飞思卡尔杯智能车竞赛是教育部主办的面向全国大学生的五大赛事之一（另外四个：数学建模、电子设计、机械设计、结构设计）。
基于飞思卡尔单片机的智能车及其调试系统设计
基于飞思卡尔单片机的智能车及其调试系统设计基于飞思卡尔单片机的智能车及其调试系统设计摘要：本文介绍了一种基于飞思卡尔单片机的智能车设计方案，并详细阐述了其调试系统的设计和实现过程。
通过对传感器、驱动器和控制算法的整合与优化，实现了智能车对环境的感知、路径规划和自主导航功能。
调试系统包括软件调试和硬件调试两个方面，通过实验验证了系统的可行性和稳定性。
实验结果表明，该智能车具备了较高的精确性和响应速度，能够在复杂的环境中实现准确导航。
关键词：飞思卡尔单片机；智能车；调试系统；感知；路径规划；自主导航1.引言智能车作为人工智能领域的一个重要应用方向，在交通运输、环境监测等许多领域有着广泛的应用价值。
随着单片机技术的不断发展和普及，基于飞思卡尔单片机的智能车设计方案逐渐成为研究的热点。
本文旨在利用飞思卡尔单片机开发一种具备感知、控制和规划等功能的智能车，并设计相应的调试系统来验证其工作状态和性能。
2.智能车硬件设计智能车的核心是以飞思卡尔单片机为主控制器的控制系统。
该系统由多个模块组成：传感器模块、驱动器模块、通信模块和电源管理模块。
传感器模块用于感知环境，包括超声波传感器、红外传感器等。
驱动器模块用于控制车轮的转动，实现车辆的前进、后退和转向功能。
通信模块用于与外部设备进行数据交互，电源管理模块用于管理车辆的电力供应和充放电管理。
3.智能车软件设计智能车的软件系统主要包括感知模块、控制模块和规划模块。
感知模块利用传感器获取环境信息，并将其转化为数字信号。
控制模块根据感知模块的数据进行判断和决策，控制车辆的运动。
规划模块根据车辆当前位置和目标位置，采用路径规划算法计算最优路径，并通过控制模块实现车辆的导航功能。
4.智能车调试系统设计智能车的调试系统包括软件调试和硬件调试两个方面。
软件调试主要涉及程序的编写、调试和验证，通过仿真、调试和测试等手段，确保软件系统的正确性和稳定性。
硬件调试主要涉及电路连接、传感器的调试和驱动器的测试，通过检查电路连通性、校准感知模块和测试驱动器的工作状况来验证硬件系统的可靠性和性能。
飞思卡尔智能车竞赛设计方案
飞思卡尔智能车竞赛设计方案清晨的阳光透过窗帘，洒在书桌上那厚厚一摞方案草稿上。
我泡了杯咖啡，打开电脑，准备着手写这个“飞思卡尔智能车竞赛设计方案”。
10年的方案写作经验告诉我，这是一个充满挑战的任务，但也是展示自己才华的舞台。
一、项目背景飞思卡尔智能车竞赛是一场针对大学生的科技竞赛，旨在培养创新精神和实践能力。
参赛队伍需要设计一款智能车，通过传感器、控制器、执行器等部件，使车辆在规定的赛道上自主行驶，完成各种任务。
这场比赛既考验技术，也考验团队协作。
二、设计方案1.车辆整体设计车辆整体设计要兼顾美观、实用和稳定性。
外观上，我们采用流线型设计，减少空气阻力；内部结构紧凑，降低重心，提高稳定性。
车辆尺寸符合比赛规定，确保在赛道上行驶自如。
2.传感器配置（1）激光雷达：用于实时获取车辆周围环境信息，绘制三维地图。
（2）摄像头：用于识别赛道标志、障碍物等。
（3）超声波传感器：用于检测前方障碍物距离，避免碰撞。
（4）红外传感器：用于检测赛道边缘，防止车辆出轨。
3.控制器设计（1）路径规划：根据传感器信息，实时规划车辆行驶路径。
（2）速度控制：根据赛道状况，调整车速，确保稳定行驶。
（3）避障策略：当检测到前方有障碍物时，及时调整行驶方向。
4.执行器设计（1）电机驱动：驱动车辆前进、后退、转向。
（2）舵机：用于调整摄像头角度，获取更多赛道信息。
（3）电磁阀：用于控制车辆制动。
三、团队协作一个优秀的团队是项目成功的关键。
我们团队成员各司其职，密切配合：1.项目经理：负责整体进度把控，协调各方资源。
2.硬件工程师：负责车辆整体设计和传感器、执行器选型。
3.软件工程师：负责控制器设计和程序编写。
4.测试工程师：负责车辆调试和性能测试。
四、项目实施1.初期准备：收集比赛相关信息，了解赛道状况，确定设计方案。
2.设计阶段：根据设计方案，绘制图纸，选型采购。
3.制作阶段：组装车辆，调试传感器、控制器和执行器。
4.测试阶段：进行多次试验，优化控制策略，提高车辆性能。
基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计
基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计摘要本智能车系统设计以 MC9S12DG128B 微控制器为核心，通过一个CMOS 摄像头检测模型车的运动位置和运动方向,使用LM1881视频分离芯片对图像进行处理,用光电传感器检测模型车的速度并使用PID 控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向,完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。
为了提高智能车的行驶速度和可靠性，采用了自制的电路板，在性能和重量上有了更大的优势，对比了各种方案的优缺点.实验结果表明,系统设计方案可行关键词:MC9S12DG128，CMOS 摄像头，PIDThe Research of Small and Medium—sized Electric Machines in FuanCityAuthor：Yao fangTutor：Ma shuhuaAbstractFujian Fuan City industry of electric motor and electrical equipment is the one of the most representative phenomenon of industry cluster in Fujian Province mechanical industry. Its output value of small and medium-sized electric machines accounts for 20% of the whole province’s electrical equipment industry。
The output amount of small and medium—sized electric machines from this region takes up 1/3 of that of the whole nation. Fuan electric motor and electrical equipment industry plays a significant role in the development of local national economy, being considered to be the main growth point of local economy and called ”the Chinese electric motor and electrical equipment city ”。
(完整版)飞思卡尔智能车光电组技术报告
速度编码器我们采用了编码器，安装方法如下：
用十字扳手套筒将车的后轮拆卸后，安装编码器，固定编码器的固定件是根据
车得尺寸及与编码器的相对位置手工制作的连接固定件。
在安装完后轮后，在利用十字扳手套筒将后轮装上。
安装时应注意调整好齿轮间隙。齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装位置的不恰当，会大大增加电机驱动后轮的负载，会严重影响最终成绩。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平行, 齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力，浪费动力；传动部分要轻松、顺畅，不能有迟滞或周期性振动的现象。判断齿轮传动是否良好的依据是，听一下电机带动后轮空转时的声音。声音刺耳响亮，说明齿轮间的配合间隙过大，传动中有撞齿现象；声音闷而且有迟滞，则说明齿轮间的配合间隙过小，或者两齿轮轴不平行，电机负载变大。调整好的齿轮传动噪音很小，并且不会有碰撞类的杂音，后轮减速齿轮机构就基本上调整好了，动力传递十分流畅。如图所示。
第十届全国大学生“飞思卡尔”杯华北赛
智能汽车竞赛
技术报告
第一章
本章主要介绍智能汽车系统总体方案的选定和总体设计思路，在后面的章节中将整个系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能汽车控制系统进行深入的介绍和分析。
1.1
本届智能汽车大赛光电组比赛对传感器有着严格的规定，用到了线性ccd,但是由于需要镜头成像，所以会带来成像失真，静电干扰严重等问题。由于平衡车的特殊性，车身在循迹前进的过程中，必须保持车身的平衡。根据最基本保持车身平衡的基本原理，我们需要知道车身当前的角度和角速度。因此在保持车身平衡方面，我们确定以加速度计作为角度传感器，陀螺仪作为角速度传感器。另外，车身转向控制方面，我们组没有使用陀螺仪作为转向反馈。这样会让车转弯不连续和平滑，最重要的是限制了车模的速度，不用转向陀螺仪车模的极限速度大概率在一米三左右。有了转向的陀螺仪可以2米以上。
飞思卡尔智能车设计方案PPT课件
二值化处理
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图像去噪
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算法流程PID控制算法 Nhomakorabeau(k
)
Kp
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T Ti
j
k 0
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[e(k
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1)]
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位置型算法流程图
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感谢您的观看！
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起点
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规则要点：
• 1.循黑线（我们是沿着黑线行走） • 2.竞速 • 3.跑道有小s、大s、十字交叉（今年多了虚线） • 4.组别：电磁组、光电组、摄像头组
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摄像头注意的地方：
• 摄像头选择——ccd、cmos、其他 • 感光灵敏度 • 动态性能 • 图像效果(视角\分辨率\帧频)) • 供电（12V、5V）
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硬件部分
总体布局
电源分配
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电机驱动部分
H桥
集成IC: L298、33886、其他
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电机驱动模块设计
•1.响应灵敏度（速度才是最重要的） •2.制动效果 •3.PCB线宽（电机启动电流很大）
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黑线提取算法的基本思想：
a)直接利用原始图像逐行扫描，根据设定的阈值提取黑白跳变点； b) 黑线宽度有一个范围，在确定的黑线宽度范围内提取有效黑块，这样可 以滤除不在宽度范围内的黑点干扰； c) 利用黑线的连续性，根据上一行黑线中心的位置来确定本行求出的黑线 中心是否有效； d) 图像是远处小近处大，所以黑线宽度范围和前后行黑线中心的位置差别 都要动态调整； e) 求黑线中心时，因为近处的黑线稳定，远处黑线不稳定，所以采用由近 及远的办法； f) 图像数据量大，全部扫描一遍会浪费很多时间，利用前面已经求出的黑 线中心位置判断出黑线的趋势，从而推断出下一行的黑线大概位置，确 定出扫描范围，避免整行逐点扫描，节约时间； g) 提取出整场所有有效行的黑线中心后，根据预先设定好的权重计算出黑 线中心的加权平均，作为本场的黑线中心。
基于线性CCD的飞思卡尔智能车设计
Ｅ Ｃ Ｔ 模块就在脉冲累加模 式下对编码器产生的脉冲进行 累加 ， 而后在一 定时长 的定 时中断中将脉冲数转变 为后轮转速 。设 编码器采用 Ｘ 齿的齿轮 ， 后轮驱动为 ｙ 齿， 后轮周长 为 Ｚ 毫米 。 在 １ ０ ｍ ｓ的中断 内，编码器产生 ａ个脉冲 ，那么后轮转速 ｖ ， 见式 （ １ ）：
ｖ ＝ ａ ： ｌ ＝ ｙ 术 ｚ ／ ３ Ｏ Ｏ ０ ： ｌ ＝ ｘ （ １ ）
、
图１ Ｈ桥驱动电路原理 图 （ ２ ）测速模 块。测速 装置在 智能车 系统 中 占有 非常重 要 的地位 ，其要求 是分辨能力强 、精度 高和 检测 时间短 。从 精度要求来看 ，光 电编码器最 为合适 ，且集成性好 ，抗干 扰 能力强。最终采用 光电编码器作为系统 的测 速模块 。但体积 较大 ，会使 车重 增加 。根据 速 度控 制精 度 的要 求，采 用 了
３ ０ ０线 的编 码 器 。
二、软件 系统部分 智能车 的舵 机转 向以及速度控 制算法均采 用增量 式 Ｐ Ｉ Ｄ 算法。相 比于传 统的位置式 Ｐ Ｉ Ｄ算法 ，增 量式 Ｐ Ｉ Ｄ算法不 易 引起 积分饱和， 因此 能获得更好的控制 效果 。而且增量式 设 计只与本次 的偏差值 有关，与 阀门原来 的位 置无关 ，因而 能 快速 获得更精确 的调节量 。增量式算法中，只计算输 出增量 ， 误动作时影 响小 ，必 要时可加逻辑保 护，限制或禁止 故障时 的输 出，更有效地 防止智能车 出现 系统 事故 ，对智能 车起 到 了安全保护 的作用 。 我们着 重介绍基于 Ｃ Ｃ Ｄ的线性循迹 算法： 由于赛 道为 白 色背景两边是黑色边缘 ，又在赛道 中小 Ｓ部分增加 了虚线 ，使 提取 中心线更加的 困难 。要提取中心线必须先提取赛道边缘信 息，边缘的提取方法：一是采用跳变法 ，在二值化后的图像信 息中从 中间向两边寻找 由０ 到１ 的跳变点即为 白到黑的跳变沿， 此算法相对于图像二值化法较为可靠 ，抗干扰能力强，但是单 片机 资源开销较大 ， 运算 时间较长；二是采用跟踪边沿检测法， 当找到第一个正确 的跳变点后 ，根据 图像的连续性可预知下一 行跳变点的区域范 围并进行搜索，这样可以大大节省单片机 的 运行时间，但 同时也会 丢失许多赛道的宝贵信息 ，尤其是小 Ｓ 不好处理 。经过量 的实践对 比，最终选用跳变法 。边缘的提取 是 由近 到 远 逐 行 从 中 心 到 两 边 扫 描 图 像 找 到 黑 点 并 且 记 录 黑 点位 置，当在一定范围内找不到黑点时记为十字交叉或者是小 Ｓ 虚线部分，此时根据上下的赛道趋势确定边界的位 置并记录 下来，经过仿真可以得到很好 的效果。 三 、结 束 语 本 文 介 绍 了基 于 Ｃ Ｃ Ｄ的 自主循 迹 的 智 能 车 的 一 种 设 计 方 案 。经 实践证明该智 能车 能够稳定 的运行 。但是，还是有很 多可 以改进 的地方 。调试整 个制作过程 中最耗 时间的部分 。 调试人 员必须有耐心 ，细 心，积极 的记录有 用的数据 ，以便 于分析 ，这对于提高智能车的性能有很大的好 处。 参考文献： 【 １ 】 雷 贞勇 ， 谢光骥 ． 飞思卡 尔智 能车舵 机和 测速的控制 设 计 与 实现 ｍ． 电子 设 计 工 程 ， ２ ０ １ ０ ． ［ ２ 】 卓晴 ， 黄开胜 ， 邵贝贝 ． 学做 智能车 ： 挑战 ” 飞思卡 尔 ” 杯 ｆ Ｍ１ ． 北京 ： 北京航 空航天大学 出版社 ， ２ ０ ０ ７ ． ｆ ３ １ 刘金琨 ． 先进 Ｐ Ｉ Ｄ 控制 ＭＡＴ Ｌ Ａ Ｂ仿真 （用
基于飞思卡尔单片机的智能车控制系统设计
毕业设计(论文)基于飞思卡尔单片机的智能车控制系统设计系别自动化工程系专业自动化班级5060418姓名王皓明指导教师赵一丁2010年6月16日基于飞思卡尔单片机的智能车控制系统设计摘要本文以第四届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了智能赛车控制系统的软硬件结构和开发流程。
该比赛采用组委会规定的标准车模，以Freescale半导体公司生产的16位单片机MC9S12DG128为核心控制器，在CodeWarrior 4.7开发环境中进行软件开发，要求赛车在未知道路上完成快速寻线。
本智能车采用双排光电传感器对赛道进行检测，工作电压能与最小系统工作电压相同，可共用一个电源模块。
通过光电传感器提取获得黑线位置，用PID方式对舵机进行反馈控制。
同时通过速度传感器获取当前速度，实现速度闭环控制，根据赛道类型预判信息和当前速度信息对速度进行合理控制。
整个硬件系统包括车模机械结构调整、稳压电源设计、核心控制电路板设计、后轮电机驱动模块设计和上位机通信设计等等。
经过查看各种相关资料，对硬件进行了大量的优化，如针对对各种稳压芯片的测试，确定最优电源电路；测试各种测速方式，最终选用光电管作为测速模块；并在智能车调试过程中不断改进机械结构，使小车运行更加稳定、迅速。
软件系统包括程序初始化、数据采集和车体控制的算法。
为了提高智能赛车的行驶速度和可靠性，经过多次机械结构调整及电路板设计，并经过不断试验，最终确定了现有的系统机械结构和各项控制的PID参数。
关键词：MC9S12DG128 ，智能车，双排光电传感器，PIDIntelligent vehicle control system design based on freescale MCUAuthor :Wang HaomingTutor :ZhaoYidingAbstractBased on the 4th China university of intelligent car race for background, introduces the hardware and software of the control system of intelligent car structure and development process. The game using the standards prescribed by the organizing committee to Freescale semiconductor company models, the production 16-bit single chip MC9S12DG128 for core controller, in CodeWarrior 4.7 development environment in software development and requirement on the road on unknown quick line.This intelligent vehicle using double row of photoelectric sensor, voltage can work with minimal systems can share the same voltage, a power supply module. Through the intelligent vehicle, with black extracted on the way to the PID feedback control. And through the velocity sensor for current velocity, realize speed closed-loop control circuit, according to the type of information and the speed of anticipation to speed control information. The hardware system including mechanical models ,structure adjustment, manostat design, the core control circuit design, rear motor driver module design and computer communication design etc. After check all relevant information on the hardware, the large amounts of optimization, such as all kinds of pressure in the test chip and the optimum power supply circuit, Testing various ways, finally chooses phototube module as a type of cell, And in the intelligent vehicle commissioning process improvement, the mechanical structure is more stable operation, quick. Software system including the initial procedure, the data acquisition and control algorithm. In order to improve the speed of intelligent cars and reliability, and after many mechanical structure adjustment and circuit design, and finally determined through continuous test, the existing system of the mechanical structure and PID control parameters.Key words:MC9S12DG128, intelligent vehicle, double row photoelectric sensor, PID目录1 绪论 (1)1.1智能车的背景及意义 (1)1.2智能车竞赛的研究现状 (2)1.2.1 国外智能车竞赛现状 (2)1.2.2 国内智能车竞赛现状 (3)1.3本文的概况及结构安排 (7)2 智能车方案设计 (8)2.1智能车设计的基本要求 (8)2.2智能车的双排传感器循迹策略方案设计 (8)2.2.1 双排传感器的优势 (8)2.2.2 传感器阵列布局 (9)2.2.3 直道识别方式控制策略 (9)2.2.4 直线稳定控制策略 (13)2.2.5 弯道控制策略 (13)2.2.6 实测结果和现象分析 (14)2.3车模参数 (15)3 硬件设计 (18)3.1智能车整体结构 (18)3.2MC9SDG128B的最小系统及接口设计 (19)3.3电源管理及分布 (20)3.4光电传感器布局 (21)3.4.1 赛道识别传感器模块 (21)3.4.2 测速模块 (22)3.5电机驱动模块 (23)3.6舵机驱动模块 (24)3.7拨码开关模块 (25)4 机械结构调整 (27)4.1一些重要参数对赛车的影响 (27)4.2车模底盘参数调整 (28)4.3重心位置对汽车性能的影响 (30)4.4汽车侧滑的处理 (31)4.5底盘离地间隙 (32)4.6齿轮传动间距调整 (32)4.7后轮差速机构调整 (32)5 智能车软件开发环境及软件设计 (34)5.1智能车软件开发环境 (34)5.1.1 软件调试软件Code Warrior (34)5.1.2 无线调试模块 (36)5.2软件设计 (37)5.2.1 初始化模块 (37)5.2.2 智能车系统的控制策略的设计及实现 (41)5.2.3 PID参数的整合 (45)结论 (48)致谢 (50)参考文献 (51)附录 (52)附录A：智能车硬件连接图 (52)附录B：智能车最终实物图 (53)附录C：PID CONTROLLER (54)1 绪论1.1 智能车的背景及意义智能车系统以迅猛发展的汽车电子为背景,涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械、车辆运动学等多个学科;主要由路径识别、角度控制及车速控制等功能模块组成。
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飞思卡尔赛车及机器视觉设计方案第1章飞思卡尔赛车及机器视觉的概述1.1 智能车的研究背景1.1.1 智能车的发展历史1953 年，美国 Barrett Electric 公司制造了世界上第 1 台采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。
20 世纪 60 年代和 70 年代初，AGV 仍采用这种导向方式。
但是，20 世纪 70 年代中期，具有载货功能的 AGV 在欧洲得到了应用并被引入到美国。
这些自动导向车主要用于自动化仓贮系统和柔性装配系统的物料运输。
在 20 世纪 70 年代和 80 年代初，AGV的应用领域扩大而且工作条件也变得多样化，因此，新的导向方式和技术得到了更广泛的研究与开发。
在最近的 10-15 年里，各种新型 AGV 被广泛地应用于各个领域。
单元式 AGV主要用于短距离的物料运输并与自动化程度较高的加工设备组成柔性生产线，除此以外，AGV 还用于搬运体积和重量都很大的物品，尤其是在汽车制造过程中用多个载货平台式 AGV 组成移动式输送线，构成整车柔性装配生产线。
最近，小型 AGV 应用更为广泛，而且以长距离不复杂的路径规划为主。
AGV 从仅由大公司应用，正向小公司单台应用转变，而且其效率和效益更好。
至此出现了智能车的概念。
1.1.2 应用前景城市公共交通是与人民群众生产生活息息相关的重要基础设施。
然而，目前世界上许多大城市都面临着由私人汽车过度使用而带来的诸多问题，例如道路堵塞、停车困难、能源消耗、噪声污染和环境污染等，这些问题严重降低了城市生活的质量。
优先发展城市公共交通是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段。
国务院总理温家宝于 2005 年 10 月做出重要批示，要求优先发展城市公共交通，这是贯彻落实科学发展观和建设节约型社会的重要举措。
大容量城市公共交通，如地铁、轻轨等，其最大优点是空间利用率和能源利用率较高。
然而，由于缺乏足够的时间、空间、运力灵活性，在客流量不足的情况下，系统效率将大大降低，运营成本过高，难以大力推广和应用。
回顾汽车发展的百年历史，不难发现其控制方式从未发生过根本性改变，即由人观察道路并驾驶车辆，形成“路－人－车”的闭环交通系统。
随着交通需求的增加，这种传统车辆控制方式的局限性日益明显，例如安全性低（交通事故）和效率低（交通堵塞）。
最新调查表明，95％的交通事故是由人为因素造成，交通堵塞也大都与驾驶员不严格遵守交通规则有关。
如果要从根本上解决这一问题，就需要将“人”从交通控制系统中请出来，形成“车－路”闭环交通系统，从而提高安全性和系统效率。
这种新型车辆控制方法的核心，就是实现车辆的智能化。
智能车有着极为广泛的应用前景。
结合传感器技术和自动驾驶技术可以实现汽车的自适应巡航并把车开得又快又稳、安全可靠；汽车夜间行驶时，如果装上红外摄像头，就能实现夜晚汽车的安全辅助驾驶；他也可以工作在仓库、码头、工厂或危险、有毒、有害的工作环境里，此外他还能担当起无人值守的巡逻监视、物料的运输、消防灭火等任务。
在普通家庭轿车消费中，智能车的研发也是很有价值的，比如雾天能见度差，人工驾驶经常发生碰撞，如果用上这种设备，激光雷达会自动探测前方的障碍物，电脑会控制车辆自动停下来，撞车就不会发生了。
1.2 智能车设计要求介绍在在飞思卡尔比赛中，参赛选手使用大赛组委会统一提供的竞赛车模，以 Freescale 公司生产的 16 位微控制器 MC9S12DG128B 作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，最终实现一套能够自主识别路线，并且可以实时输出车体状态的智能车控制软硬件系统。
各参赛队完成智能车工程制作及调试后，于指定日期与地点参加比赛。
参赛队伍之名次以赛车现场成功完成赛道比赛时间为主，技术方案及工程制作质量为辅来决定。
但与去年不同的是，今年的赛道与去年不同，今年的赛道黑色轨迹不是在中间而是在两边，对于摄像头足来说难度不是太大，对于激光组来说有一定的挑战性。
1.3 机器视觉介绍所谓机器视觉就是用视觉传感器代替人眼来做测量和判断，这也是模式识别的基础。
机器视觉系统是指通过图像传感器（即图像摄取装置，分为CMOS摄像头和CCD摄像头两种）将被摄取目标转换成图像信号，这个过程是由AD采样来完成的，然后把结果传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
在智能车导航技术方面，机器视觉技术由于其能提供丰富的信息、价格相对低廉、能与其他传感器方便的进行数据融合等特点，成为当前有着广泛应用前景的导航技术之一。
1.4 小结基于此，本文主要解决的问题如下：1.如何选择摄像头。
摄像头有数字摄像头，有模拟摄像头。
关键是如何选择。
2.对图像采集时，在满足快速的情况下如何保证图像的准确性。
飞思卡尔比赛是竞速比赛，利用摄像头采集图像时必须要满足图像的快速性，因为采集的速度直接影响到处理器对赛车的实时控制。
3.如何对图像进行二值化。
二值化有多种方式，如何找到一种最优的二值化方式。
4.如何对反光处进行补线，并进行去噪。
通过以上几个问题的解决，可以大大的提高飞思卡尔赛车的稳定性和快速性。
第2章主要思路及技术方案概要2.1 总体设计主要方法步骤为满足飞思卡尔赛车的设计要求，总体设计思路如下设计思路：通过对摄像头采集到的图像的进行处理，然后通过测速电机对小车的实时速度的采集，处理器再对采集到的数据进行分析，然后控制小车的运动方向和速度。
同时外加小液晶和相应按键，这样可以根据现场情况来调节相应的PID参数来适应相应路况。
本章主要论述的是各种方案的对比以及最终方案的选择。
2.2 摄像头的对比与选择2.2.1 摄像头的选取图像传感器即摄像头是组成机器视觉系统的非常重要的元器件。
根据其原理不同摄像头主要分为两种：CCD(Charge Coupled Device)摄像头、CMOS摄像头。
CCD也称电耦合器件，其工作原理是：被摄物体反射光线到摄像头上，经过镜头聚焦到CCD感光芯片上，感光芯片根据光线的强弱积聚相应电荷，经周期性放电而产生表示图像的电信号。
CMOS摄像头其实跟CCD差不多，也是将光转换成电信号的器件。
它们的差异之处就是图像的扫描方式不同，CCD是采用连续扫描方式，即它只有等到最后一个像素扫描完成后才进行放大；CMOS传感器的每个像素都有一个将电荷放大为电信号的转换器。
所以CMOS的功耗比CCD要小。
由于CMOS功耗小，较CCD要便宜，而且图像质量满足要求。
对于摄像头图像采集，也可以用OV7620数字摄像头模块，或者使用高速外部AD进行采集。
也可以使用PAL制式黑白摄像头和单片机片内部AD 来进行图像采集。
另外根据摄像头的安装方式不同，也有旋转90度进行采集的。
对于整个程序的流程也有很多不同，有采完一场图像后进行处理的，也有采集一行就进行处理的。
2.2.2 模拟摄像头在采集图像之前，我们首先要知道摄像头输出信号的特性。
目前的模拟摄像头一般都是PAL制式的，输出的信号由复合同步信号，复合消隐信号和视频信号组成。
视频信号：真正的图像信号，对于黑白摄像头，图像越黑，电压越低，图像越白，电压越高。
在这里我们通过AD采集来得到亮度信号。
复合同步信号：用于控制电视机的电子枪对电子的偏转。
当电子枪收到行同步信号时，电子束就从上一行的最右端移动到下一行的最左端。
当电子枪收到场同步信号时就从屏幕的最右下角移到最左上角。
在这里我们需要用这个信号来控制采集像素的时序。
复合消隐信号：在图像换行和换场时电子枪回扫时不发射电子。
即收到复合同步信号后，电子枪要换位置时是不能发射电子束的，这时候就由这个信号来消隐。
在这里我们完全不用理会这个信号。
由于人眼看到的图像大于等于24Hz时人才不会觉得图像闪烁，所以PAL制式输出的图像是25Hz，即每秒钟有25幅画面，说的专业点就是每秒25帧，其中每一帧有625行。
但由于在早期电子技术还不发达时，电源不稳定，容易对电视信号进行干扰，而交流电源是50Hz所以，为了和电网兼容，同时由于25Hz时图像不稳定，所以后来工程师们把一副图像分成两场显示，对于一幅画面，一共有625行，但是电子枪先扫描奇数场1，3，5.....，然后再扫描2,4,6.....，所以这样的话，一副图像就变成了隔行扫描，每秒钟就有50场了。
2.2.3 数字摄像头OV7620是1/3CMOS彩色/黑白图像传感器。
它支持连续和隔行两种扫描方式，VGA与QVGA两种图像格式；最高像素为664×492，帧速率为30fps；数据格式包括YUV，YCrCb，RGB三种，能够满足智能车图像采集系统的要求。
OV7620采用的是NTSC制，每秒30帧，一帧两场，那么每秒就有60场。
意味着50/3MS就有一幅图像产生。
7620支持VGA（640x320）QVGA(320x240),且默认的是VGA格式，通过调整SCCB可以改为QVGA格式。
这样改有两个好处：首先像素小了。
那么像素同步时间增大了，采点方便。
再者减小计算量，没必要搞那么多的点。
320x240 pixels，理解为：有320行，一行有240个点。
视野和可视距离：这个和镜头的选择有关，据我测试，f=3.6MM 时视野应该有 25度左右,f 越大视场越小.可视距离需要调节镜头对焦.经我测试可视距离可以看十几米,毕竟相素值只有 30万多,用单片机读可以看到 3-4M 的距离.这里解释一下为什么用单片机读会打折扣.因为黑线宽度只有 2.5CM,太远了黑线会很细,采点之后就分辩不出是噪声还是有用信号了.在 1 米左右时,黑线宽度可用 8 个点表示。
2.2.4 摄像头的选定经过对比，选择数字摄像头不仅可以缩短设计周期，而且采集速度准确快速，所以最终选择数字摄像头OV7620。
2.3 二值化方案的选取图像二值化是数字图像处理技术中的一项基本技术，该系统中由于赛道是由黑色和白色两种颜色组成的，并且背景颜色基本也是白色的，系统的任务是识别出黑色的引跑线位置，由于其图像的干扰并不是很强，因此可以采用二值化的技术作为系统的图像预处理。
经过二值化处理后将原来白色的像素点用“0”表示，而黑色像素点用“1”表示。
根据阈值选取的不同，二值化的算法分为固定阈值和自适应阈值。
比较常用的二值化方法则有：双峰法、迭代法、大津法和灰度拉伸法等。
2.3.1 双峰值法在对赛道环境的分析中，我们可以发现黑线部分的亮度是相对比较固定的，其波动的范围非常小，小于20(亮度值最大为255)，而白色底板的亮度值变化相对较大一些，但仍能保证其与黑线的亮度值有较大的梯度。