避障机器人技术报告范文
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但是，基于光电管阵列检测赛道参数的方法主要具有如下的缺点：
1)赛道空间分辨率低：一方面受到大赛规则关于传感器个数的限制；另一方面，过多的光电传感器在固定安装、占用CPU输入端口资源等方面也有限制；
2)识别道路信息少，一般只能检测路径中心位置；
3)由于固定位置的限制，光电管只能安装在车模前面不远的位置，观测信息前瞻性差；
经各参赛队与组委会充分准备，于2006年8月20—21日在清华大学成功举办了由清华大学承办、飞思卡尔公司协办的第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛。赛后队员们反映热烈，众多媒体竞相报导。
为了使该竞赛向普及、健康的方向发展，成为在全国范围内大学生科技创意性的重要赛事，经自动化分教指委、飞思卡尔公司及组委会协商决定，在清华大学自动化系设立竞赛秘书处；为了使更多的高校、更多的大学生参与到这一活动中来，从第二届开始，采用分赛区比赛形式，将大赛参赛范围扩大为全国300多所学校（包括港、澳等地区的高校）[1]。
2.1
2.1.1
路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣。在以往比赛中光电传感器寻迹方案应用最多，单独采用CCD摄像头寻迹方案或者CCD摄像头寻迹与光电传感器寻迹结合在一起的方案也都有应用。
所谓光电传感器寻迹方案，即路径识别电路由一系列发光二极管、接收二极管组成，由于赛道中存在轨迹指示黑线，落在黑线区域内的光电二极管接收到的反射光线强度与白色的赛道不同，由此判断行车的方向。光电传感器寻迹方案的优点是电路简单、信号处理速度快[3]。光电传感器的排列方法、个数、彼此之间的间隔都与控制方法密切相关，但一般的认识是，在不受到外部因素影响的前提下，能够感知前方的距离越远，行驶效率越高。
本系统主要由MC9S12DG128控制核心、电源管理单元、路径识别电路、车速检测模块、舵机控制单元和直流电机驱动单元组成，以飞思卡尔公司的16位单片机S12为控制核心，路径识别和车速的检测相结合，通过控制转向舵机和驱动电机，使智能车系统达到所需的稳定性及快速性要求。本文详细的介绍了智能汽车的机械结构设计，硬件电路设计，系统软件设计合理论分析以及模型车的控制算法设计。本智能车采用了适合智能控制的模糊控制算法，首先对系统的模型进行了分析，从而选择合适的算法，其次，对图像采集所用到的基本模块进行了简要介绍，然后介绍了所使用的图像采集和路径识别的算法。
Keyword:intelligence car,fruzzy control,PID control,CCD sensor,DC-motor
第一章引言
1.1
教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办的全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等4大竞赛的基础上，经研究决定，委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛，并成立了由教育部、自动化分教委、清华大学、飞思卡尔半导体公司等单位领导及专家组成了组委会。
第七章开发与调试介绍了软件开发的环境，以及对各部分的调试方法。我们软件开发环境为Metrowerks公司开发的软件集成开发环境Codewarrior，因此，我们仔细研究了Codewarrior使用指南（展望。
第二章方案选择
本智能车系统采用模块化设计，分为测量模块、控制模块和执行模块。
第三章机械结构设计介绍了智能车的搭建与调整，以及摄像头、光栅编码器与电路板的安装。应用了一些相关的汽车理论知识，如参考文献[8]。
第四章硬件系统设计及实现分析智能车系统各组成部分为实现特定功能应采用什么样的电路，能达到最好效果同时产生的噪声和对其他电路的干扰最小。参考的主要资料是芯片的datasheet，如参考文献[7]，[9]，[10]，[11]，[12]。
因此，我们选择使用面阵CCD，它能够有效利用S12单片机内部硬件资源
的路径参数检测方法。普通CCD图像传感器的工作电压一般为12V，输出NTSC或者PAL制式的模拟视频信号。利用S12内部的AD转换器，配合从视频信号中分离出的同步信号，可直接将图像信号采集到单片机内部RAM中，然后通过软件对图像信息进行处理，得到路径各种参数。
关键词：智能汽车，模糊控制，PID控制，CCD传感器，直流电机
Abstract
This text is under the background of the intelligence automobile invitational tournament of the national university student of the second" freescare " cup, manufactures to be able independently to distinguish the way the intelligent vehicle on the runway which specially designs the automatic diagnosis path travel, can run the entire journey in the shortest time, is not separated from the heavy line and observes the big game a series of rules troop then to win.
This paper introduced the Intelligent Vehicle mechanical structure design, hardware circuit design, system software design and analysis of a theoretical model of vehicle control algorithm design.Control of fuzzy control algorithmswas used inourIntelligent Vehicle, first,in order to choose a suitable algorithm, weanalysisthemodel ofthesystem,；secondly,the basic module which used to image gathering has carried on the brief introduction;then,introducedtheused image gatheringmethodand theroadrecognition algorithm.
第五章理论分析与算法实现从建模的角度分析车的运动形式，最后得出控制算法。其中，数学基础理论参考了文献[13]。在控制算法上，我们对比了模糊控制和PID控制，最终采用模糊控制。主要参考文献有[14]，[15]，[16]。
第六章软件系统设计与实现介绍了本智能车系统的初始化，图像采集、图像处理和黑线提取的方法。在视频信号的采集上，我们主要参考了《视频技术与应用》（参考文献[18]）。在图像的处理上用到了《MATLAB 7.0控制系统应用与实例》（参考文献[19]）。
该竞赛与教育部已举办的4大专业竞赛一样，都是为了提高大学生的动手能力和创新能力而举办的，具有重大的现实意义。与其他大赛不同的是，这个大赛的综合性很强，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科交叉的科技创意性比赛，这对进一步深化高等工程教育改革，培养本科生获取知识、应用知识的能力及创新意识，培养硕士生从事科学、技术研究能力，培养博士生知识、技术创新能力具有重要意义。
This system is mainly composed with the MC9S12DG128 control core, the power source management unit, the way identification circuit, the vehicle speed examination module, the servo control unit and the direct current machine actuates the unit, take 16 monolithic integrated circuits S12 as the control core, the way recognition and the vehicle speed examination unifies, changes the servo and the actuation electrical machinery through the control, enables the intelligent vehicle system to achieve needs stable and rapid request.
根据自动化专业教学指导分委员会与飞思卡尔公司签署的有效期为5年的飞思卡尔公司协办全国大学生智能竞赛的合作协议书，竞赛由飞思卡尔公司提供统一的标准硬软件技术平台。各参赛队以飞思卡尔HC12单片机为核心控制模块，以引导改装后的模型汽车按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。
组委会办公室技术组专家赴韩国汉阳大学交流访问，认真考察了其举办的多届智能汽车竞速比赛，在学习与总结其宝贵经验的基础上，为了保证竞赛的普及性，规定每支参赛队伍三名成员中最多只能有一名研究生参加；为了保证竞赛的公平性，制定了多种赛道方案以及体现公平、透明的比赛规则；为了进一步训练大学生的科学技术研究素质，参赛队伍除了进行现场比赛之外，还须提交技术报告，并计入竞赛总分。
4)容易受到环境光线的干扰；
图2.1 8个光电传感器寻迹的电路
图2.2仅3个光电传感器寻迹的电路
以上问题会影响车控制精度以及运行速度。通过一定的硬软件设计，虽然可以部分解决上述的问题，但相比之下，使用面阵CCD器件则可以更有效的解决这些问题。CCD器件在比赛规则中算作一个传感器。普通CCD传感器图像分辨率都在300线之上，远大于光电管阵列[4]。通过镜头，可以将车前方很远的道路图像映射到CCD器件中，从而得到车前方很大范围内的道路信息。对图像中的道路参数进行检测，不仅可以识别道路的中心位置，同时还可以获得道路的方向、曲率等信息。利用CCD器件，通过图像信息处理的方式得到道路信息，可以有效进行车运动控制，提高路径跟踪精度和车运行速度。
2.1.2
随着电池电压的逐渐下降，电机供给电压也会随之降低，导致电机的转速不断下降。若采用闭环控制，将车轮转速信息反馈给微控制器，从而使电机的实际转速值等于指令转速值，就能提高速度的准确性。
由于光电传感器电路板不可能伸出车体太远，因此不少参赛队伍调整了光电传感器电路板与地面的夹角，使光电传感器可以感知更远一点的赛道情况。
图2.1、图2.2是两种典型的光电寻迹方案。图2.1中模型车采用了8对光电传感器且分布得较宽，图2.2中模型车只采用了3对光电传感器，放置在向外伸出的小电路板上，探测的范围较小。具体何种方案合适，与光电传感器扫描前方的距离和宽度以及控制策略密切相关。
第二届全国大学生“飞思卡尔”杯
智能汽车竞赛
技术报告
学校：西北工业大学
队伍名称：翱翔队
参赛队员：熊波
常会贤
曹阳
带队教师：曲仕茹
摘要
本文在第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车比赛的背景下，制作一个在专门设计的跑道上自动识别道路行驶的智能车，能够在最短时间内跑完全程，不脱离跑道并遵守大赛的一系列规则的队伍即可胜出。
1.
本文系统的介绍了制作本智能模型车的各项技术。具体章节安排如下：
第一章引言介绍了本次比赛的背景，引出下文。
第二章方案选择将智能车控制系统分解为模块，分别从各个模块讨论本智能车系统将要采用的控制方案。在这部分中，为了确定方案我们查找了很多文献，有关于传感器和传感器技术的，如参考文献[3]，[4]；还有关于机器人技术的，如参考文献[5]；以及关于去年比赛的论文，如参考文献[6]。
1)赛道空间分辨率低：一方面受到大赛规则关于传感器个数的限制；另一方面，过多的光电传感器在固定安装、占用CPU输入端口资源等方面也有限制；
2)识别道路信息少，一般只能检测路径中心位置；
3)由于固定位置的限制，光电管只能安装在车模前面不远的位置，观测信息前瞻性差；
经各参赛队与组委会充分准备，于2006年8月20—21日在清华大学成功举办了由清华大学承办、飞思卡尔公司协办的第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛。赛后队员们反映热烈，众多媒体竞相报导。
为了使该竞赛向普及、健康的方向发展，成为在全国范围内大学生科技创意性的重要赛事，经自动化分教指委、飞思卡尔公司及组委会协商决定，在清华大学自动化系设立竞赛秘书处；为了使更多的高校、更多的大学生参与到这一活动中来，从第二届开始，采用分赛区比赛形式，将大赛参赛范围扩大为全国300多所学校（包括港、澳等地区的高校）[1]。
2.1
2.1.1
路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣。在以往比赛中光电传感器寻迹方案应用最多，单独采用CCD摄像头寻迹方案或者CCD摄像头寻迹与光电传感器寻迹结合在一起的方案也都有应用。
所谓光电传感器寻迹方案，即路径识别电路由一系列发光二极管、接收二极管组成，由于赛道中存在轨迹指示黑线，落在黑线区域内的光电二极管接收到的反射光线强度与白色的赛道不同，由此判断行车的方向。光电传感器寻迹方案的优点是电路简单、信号处理速度快[3]。光电传感器的排列方法、个数、彼此之间的间隔都与控制方法密切相关，但一般的认识是，在不受到外部因素影响的前提下，能够感知前方的距离越远，行驶效率越高。
本系统主要由MC9S12DG128控制核心、电源管理单元、路径识别电路、车速检测模块、舵机控制单元和直流电机驱动单元组成，以飞思卡尔公司的16位单片机S12为控制核心，路径识别和车速的检测相结合，通过控制转向舵机和驱动电机，使智能车系统达到所需的稳定性及快速性要求。本文详细的介绍了智能汽车的机械结构设计，硬件电路设计，系统软件设计合理论分析以及模型车的控制算法设计。本智能车采用了适合智能控制的模糊控制算法，首先对系统的模型进行了分析，从而选择合适的算法，其次，对图像采集所用到的基本模块进行了简要介绍，然后介绍了所使用的图像采集和路径识别的算法。
Keyword:intelligence car,fruzzy control,PID control,CCD sensor,DC-motor
第一章引言
1.1
教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办的全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等4大竞赛的基础上，经研究决定，委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛，并成立了由教育部、自动化分教委、清华大学、飞思卡尔半导体公司等单位领导及专家组成了组委会。
第七章开发与调试介绍了软件开发的环境，以及对各部分的调试方法。我们软件开发环境为Metrowerks公司开发的软件集成开发环境Codewarrior，因此，我们仔细研究了Codewarrior使用指南（展望。
第二章方案选择
本智能车系统采用模块化设计，分为测量模块、控制模块和执行模块。
第三章机械结构设计介绍了智能车的搭建与调整，以及摄像头、光栅编码器与电路板的安装。应用了一些相关的汽车理论知识，如参考文献[8]。
第四章硬件系统设计及实现分析智能车系统各组成部分为实现特定功能应采用什么样的电路，能达到最好效果同时产生的噪声和对其他电路的干扰最小。参考的主要资料是芯片的datasheet，如参考文献[7]，[9]，[10]，[11]，[12]。
因此，我们选择使用面阵CCD，它能够有效利用S12单片机内部硬件资源
的路径参数检测方法。普通CCD图像传感器的工作电压一般为12V，输出NTSC或者PAL制式的模拟视频信号。利用S12内部的AD转换器，配合从视频信号中分离出的同步信号，可直接将图像信号采集到单片机内部RAM中，然后通过软件对图像信息进行处理，得到路径各种参数。
关键词：智能汽车，模糊控制，PID控制，CCD传感器，直流电机
Abstract
This text is under the background of the intelligence automobile invitational tournament of the national university student of the second" freescare " cup, manufactures to be able independently to distinguish the way the intelligent vehicle on the runway which specially designs the automatic diagnosis path travel, can run the entire journey in the shortest time, is not separated from the heavy line and observes the big game a series of rules troop then to win.
This paper introduced the Intelligent Vehicle mechanical structure design, hardware circuit design, system software design and analysis of a theoretical model of vehicle control algorithm design.Control of fuzzy control algorithmswas used inourIntelligent Vehicle, first,in order to choose a suitable algorithm, weanalysisthemodel ofthesystem,；secondly,the basic module which used to image gathering has carried on the brief introduction;then,introducedtheused image gatheringmethodand theroadrecognition algorithm.
第五章理论分析与算法实现从建模的角度分析车的运动形式，最后得出控制算法。其中，数学基础理论参考了文献[13]。在控制算法上，我们对比了模糊控制和PID控制，最终采用模糊控制。主要参考文献有[14]，[15]，[16]。
第六章软件系统设计与实现介绍了本智能车系统的初始化，图像采集、图像处理和黑线提取的方法。在视频信号的采集上，我们主要参考了《视频技术与应用》（参考文献[18]）。在图像的处理上用到了《MATLAB 7.0控制系统应用与实例》（参考文献[19]）。
该竞赛与教育部已举办的4大专业竞赛一样，都是为了提高大学生的动手能力和创新能力而举办的，具有重大的现实意义。与其他大赛不同的是，这个大赛的综合性很强，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科交叉的科技创意性比赛，这对进一步深化高等工程教育改革，培养本科生获取知识、应用知识的能力及创新意识，培养硕士生从事科学、技术研究能力，培养博士生知识、技术创新能力具有重要意义。
This system is mainly composed with the MC9S12DG128 control core, the power source management unit, the way identification circuit, the vehicle speed examination module, the servo control unit and the direct current machine actuates the unit, take 16 monolithic integrated circuits S12 as the control core, the way recognition and the vehicle speed examination unifies, changes the servo and the actuation electrical machinery through the control, enables the intelligent vehicle system to achieve needs stable and rapid request.
根据自动化专业教学指导分委员会与飞思卡尔公司签署的有效期为5年的飞思卡尔公司协办全国大学生智能竞赛的合作协议书，竞赛由飞思卡尔公司提供统一的标准硬软件技术平台。各参赛队以飞思卡尔HC12单片机为核心控制模块，以引导改装后的模型汽车按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。
组委会办公室技术组专家赴韩国汉阳大学交流访问，认真考察了其举办的多届智能汽车竞速比赛，在学习与总结其宝贵经验的基础上，为了保证竞赛的普及性，规定每支参赛队伍三名成员中最多只能有一名研究生参加；为了保证竞赛的公平性，制定了多种赛道方案以及体现公平、透明的比赛规则；为了进一步训练大学生的科学技术研究素质，参赛队伍除了进行现场比赛之外，还须提交技术报告，并计入竞赛总分。
4)容易受到环境光线的干扰；
图2.1 8个光电传感器寻迹的电路
图2.2仅3个光电传感器寻迹的电路
以上问题会影响车控制精度以及运行速度。通过一定的硬软件设计，虽然可以部分解决上述的问题，但相比之下，使用面阵CCD器件则可以更有效的解决这些问题。CCD器件在比赛规则中算作一个传感器。普通CCD传感器图像分辨率都在300线之上，远大于光电管阵列[4]。通过镜头，可以将车前方很远的道路图像映射到CCD器件中，从而得到车前方很大范围内的道路信息。对图像中的道路参数进行检测，不仅可以识别道路的中心位置，同时还可以获得道路的方向、曲率等信息。利用CCD器件，通过图像信息处理的方式得到道路信息，可以有效进行车运动控制，提高路径跟踪精度和车运行速度。
2.1.2
随着电池电压的逐渐下降，电机供给电压也会随之降低，导致电机的转速不断下降。若采用闭环控制，将车轮转速信息反馈给微控制器，从而使电机的实际转速值等于指令转速值，就能提高速度的准确性。
由于光电传感器电路板不可能伸出车体太远，因此不少参赛队伍调整了光电传感器电路板与地面的夹角，使光电传感器可以感知更远一点的赛道情况。
图2.1、图2.2是两种典型的光电寻迹方案。图2.1中模型车采用了8对光电传感器且分布得较宽，图2.2中模型车只采用了3对光电传感器，放置在向外伸出的小电路板上，探测的范围较小。具体何种方案合适，与光电传感器扫描前方的距离和宽度以及控制策略密切相关。
第二届全国大学生“飞思卡尔”杯
智能汽车竞赛
技术报告
学校：西北工业大学
队伍名称：翱翔队
参赛队员：熊波
常会贤
曹阳
带队教师：曲仕茹
摘要
本文在第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车比赛的背景下，制作一个在专门设计的跑道上自动识别道路行驶的智能车，能够在最短时间内跑完全程，不脱离跑道并遵守大赛的一系列规则的队伍即可胜出。
1.
本文系统的介绍了制作本智能模型车的各项技术。具体章节安排如下：
第一章引言介绍了本次比赛的背景，引出下文。
第二章方案选择将智能车控制系统分解为模块，分别从各个模块讨论本智能车系统将要采用的控制方案。在这部分中，为了确定方案我们查找了很多文献，有关于传感器和传感器技术的，如参考文献[3]，[4]；还有关于机器人技术的，如参考文献[5]；以及关于去年比赛的论文，如参考文献[6]。