智能小车报告

工程训练

智能小车设计报告

学院名称：信息学院

专业班级：自动化0712班

学号： 0901071216

姓名：曹明才

指导老师：王击杨明安

2010年9月

第一章引言 (1)

1.1背景介绍 (1)

1.2 设计方案 (1)

第二章智能车的硬件设计 (3)

2.1硬件整体设计 (3)

第三章软件设计 (5)

3.1 总体设计 (5)

3.2 系统初始化 (7)

3.2.1 摄像头初始化 (7)

3.2.2 PWM初始化 (8)

3.2.3 速度传感器初始化 (8)

3.2.4 串口初始化 (9)

3.3视频图像信号采集与分析 (9)

3.3.1 视频同步信号分离 (9)

3.3.2 视频信号二值化 (11)

3.4 舵机控制 (14)

3.4.1 程序代码 (15)

3.5 驱动电机控制 (16)

3.6 速度控制 (16)

3.6.1 速度控制算法 (16)

第四章开发与调试 (19)

4.1 软件开发平台Codewarrior IDE (19)

第五章总结 (25)

5.1摄像头方案设计思想和特点 (25)

5.2 图像处理与算法研究 (26)

5.3 主要难点和创新解决办法 (26)

参考文献 (29)

附录 (30)

第一章引言

1.1背景介绍

在大四的第一学期开学阶段，根据学校的教学大纲要求，我们在前三周进行工程训练！本次工程训练由王击老师和杨明安老师指导，我们班三十人正好分成三组，每组作为一个团体共同完成设计一个智能小车的任务！而我们组分配的任务是设计一个摄像头寻迹的智能小车，由于时间有限，我们水平所限！对车的要求并不高，只要能沿着预定的轨道行驶即可！没有限定设计方案，所用材料，速度方面也没有限制，给我们的要求是最好能够跑起来！

虽然我们是一个团队合作的状态但是我们也各有自己的侧重点，前三个学号的同学负责硬件方面的设计，接着三个学号的同学负责软件方面的设计，最后面四个同学负责软件和硬件的整合等！我的主要任务是负责软件方面的设计！

1.2 设计方案

分配好任务后，我们每个人自己在宿舍，利用图书馆借来的书籍参考资料以及在网上查阅的各种关于智能小车的资料，开始对这方面有一个大致的了解！由于飞思卡尔智能小车竞赛方面的资料比较多，经过我们讨论决定了智能小车的设计方案！

本系统主要由HCS12 控制单元、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驱动电机控制单元组成。该系统以飞思卡尔公司的16 位微处理器MC9S12DG128 为控制核心，应用BDM 在线调试，采用CodeWarrior 软件、串口调试等作为调试工具进行调试。

本智能车通过沿着给定的黑色引导线快速平稳的行驶，在设计中，我们将路径识别和车速的检测相结合，进而通过控制转向伺服电机和驱动电机，使智能车系统达到所需稳定性及快速性要求。舵机控制主要采用PWM 信号带前馈补偿的开环比例控制，而车速控制采用的改进的PID 控制算法。通过加入有效的控制策略，路径和车速迅速地识别和检测，转向伺服电机和直流驱动电机准确地

控制不仅避免了智能车严重抖动和超调，而且确保智能车在直线路段能够以较高的速度行驶，在弯曲路段则能基本快速而又平滑地过弯。可以说，路径识别单元是决定智能车车速及平稳性的一个十分重要因素。我们根据赛道的特点，选用摄像头作为探路的传感器，这样，检测到的赛道信息足够多，并且摄像头也有足够远的探测距离来对前方的路况进行预先判断。我们根据MC9S12DG128 的运算速度和自身A/D 端口的采样速度，并通过适当的倍频，这样能够适应对黑白低线数的摄像头的有效视频采样和对大量图像数据的处理。经过这几个月的测试，我们通过反复的调试，根据本车的特点，将摄像头与小车调到了一个比较好的状态。

第二章智能车的硬件设计

硬件电路是智能车的基础，只有完成了稳定可靠科学的硬件电路，才能在这个基础上进行软件算法的设计，做出优秀的智能车。我们的智能车的硬件设计的原则是：尽量精减，采用简单可靠的电路，选用性能优秀而且性价比好的芯片，设计稳定可靠兼容性好的电路板。考虑到软件设计，我们也会选择软硬件相对切合的设计方法！

2.1硬件整体设计

本根据摄像头方案设计，赛车共包括六大模块：控制处理芯片MC9S12DG128，图像采样模块，速度传感模块，舵机驱动模块，电机驱动模块和辅助调试模块。其中S12 单片机是系统的核心部分。它负责接收赛道图像数据、赛车速度等反馈信息，并对这些信息进行恰当的处理，形成合适的控制量来对舵机与驱动电机进行控制。

图像采样模块由S12 的AD 模块，外围芯片（LM1881）和电路，与摄像头组成。其功能是获取前方赛道的图像数据，以供S12 作进一步分析处理。

速度传感器模块由小型编码器和ect脉冲捕捉功能构成

舵机模块和驱动模块分别用于实现赛车转向和驱动。

辅助调试模块主要用于赛车系统的程序烧写，功能调试和测试，赛车状态监控，赛车系统参数和运行策略设置等方面。

系统I/O 口的具体分配如下所示：

PORTM0——摄像头奇-偶场同步信号的输入；

PACN0——用于车速脉冲检测的输入口；

PAD1——用于摄像头视频信号的输入口；

IRQ——用于摄像头行同步信号的输入捕捉；

PORTB0——PORTB7 用于显示小车的各种实时参数；

PWM01——用于舵机的PWM 控制信号的输出；

PWM23，PWM45——用于驱动电机的PWM 控制信号输出。