汽服1103-李洋洋--飞思卡尔智能汽车方案设计

李洋洋汽服1103 0121107760321

“飞思卡尔”智能汽车

方案设计

摘要

本文设计的智能车系统以MK60N512VMD100微控制器为核心控制单元，通过线阵摄像头检测赛道信息，使用模拟比较器对图像进行硬件二值化，提取赛道中心线，用于赛道识别；通过光电编码器检测模型车的实时速度，使用PID控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度，实现了对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。为了提高模型车的速度和稳定性，使用C#、键盘模块等调试工具，进行了大量硬件与软件测试。实验结果表明，该系统设计方案确实可行。

关键字：MK60N512VMD100，CMOS，PID，C#

Abstract

In this paper the author will design a smart car system based on MK60N512VMD100as the micro-controller unit. We use a CCD image sensor to obtain lane image information. Then convert the original image into the binary image by the analog comparator circuit in order to extract black guide line for track identification. An inferred sensor is used to measure the car`s moving speed. We use PID control method to adjust the rotate speed of driving electromotor and direction of steering electromotor, to achieve the closed-loop control for the speed and direction. In order to increase the speed and the reliability of the car, a great number of the hardware and software tests are carried on and the advantages and disadvantages of the different schemes are compared by using the C# and the keyboard module. The results indicate that our design scheme of the smart car system is feasible.

Keywords:MK60N512VMD100，CMOS，PID，C#

目录

摘要 (1)

Abstract (1)

目录 (2)

1、整车方案设计 (3)

1.1系统概述 (3)

1.2整车布局 (4)

2、整车功能设计 (5)

3、速度控制与转向控制的设计与实现 (6)

3.1速度控制 (6)

3.1.1方案选择 (6)

3.1.2编码器安装 (6)

3.2转向控制 (7)

3.2.1方案设计 (7)

3.2.2舵机安装 (7)

4、实车道路试验与结果分析 (8)

参考文献 (13)

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1、整车方案设计

1.1系统概述

智能车系统的总体工作模式为：智能汽车系统采用飞思卡尔的32位微控制器MK60DN256ZVLL10单片机作为核心控制单元用于智能汽车系统的控制。线性CCD摄像头采集赛道明暗信息，返回到单片机作为转向控制的依据。通过光电编码器来检测车速，并采用MK60N512VMD100的DMA输入捕捉功能进行脉冲计算获得速度和路程；转向舵机采用PD 控制；驱动电机采用 PI控制，通过PWM控制驱动电路调整电机的功率；而车速的目标值由默认值、运行安全方案和基于图像处理的优化策略进行综合控制。

根据智能车系统的基本要求，设计了系统结构图，如图1.1所示。在满足比赛要求的情况下，力求系统简单高效，因而在设计过程中尽量简化硬件结构，减少因硬件而出现的问题。

图1.1 系统结构图

1.2整车布局

“飞思卡尔”智能汽车整车布局本着轻量化设计，如图1.2.具有以下特点：（1）架高舵机并直立安装，以提高舵机响应速度；

（2）主板低位放置，降低赛车重心；

（3）采用强度高、质量轻的材料制作线阵摄像头CCD支架；

（4）摄像头后置于模型车的中间部分，减少赛车前方盲区。

图1.2 整车布局图

图1.3 整车布局图

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2、整车功能设计

线阵摄像头CCD能够分辨白色的赛道及黑色的边线，对道路状况的检测起着至关重要的作用。TSL1401线性CCD传感器包含128个线性排列的光电二极管。每个光电二极管都有各自的积分电路，以下将此电路统称为像素。每个像素所采集的图像灰度值与它所感知的光强和积分时间成正比。

一般来说线性CCD模块的焦距是固定的，因此要想得到清晰的图像就需要通过调节镜头的进出来解决。如果镜头拧的位置合适，则会得到清晰的图像，CCD输出的数据在波形上会表现的比较尖锐。

此时，根据CCD采集到图像，通过找到左右边线，计算出实际智能车行驶的中线，模拟出行驶轨迹，进而通过优化处理智能车的路径，以便能够更快的速度行驶完规定的赛道。

如图2.1所示。

图2.1 上位机图像

综上所述：将CCD采集时间定为8s，此时图像的稳定性是最高的。

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