摄像头组-北京邮电大学-北邮摄像头一队-智能车技术报告-华北赛区

第八届“飞思卡尔”杯全国大学生

智能汽车竞赛

技术报告

学校：北京邮电大学

队伍名称：北邮摄像头一队

参赛队员：何映材

邬仲钧

刘涛

带队教师：高荔

技术报告和研究论文使用授权的说明

本人完全了解第八届“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：何映材

邬仲钧

刘涛

带队教师签名：

日期：

目录

第一章设计概览 (4)

1 设计概述 (4)

1.1 整车设计思路 (4)

1.2 车模整体造型 (4)

图1.2车模整体造型 (5)

第二章硬件设计 (6)

2 硬件设计 (6)

2.1 机械结构 (6)

2.1.1舵机改装 (6)

2.1.2电池固定 (6)

2.1.3电机定位 (7)

2.1.4底盘固定 (7)

2.1.5差速调节 (7)

2.2 硬件电路 (7)

2.2.1电源设计 (7)

2.2.2电池电压检测模块 (8)

2.2.3驱动电路设计 (9)

2.3 摄像头选型 (9)

第三章系统软件设计 (10)

3 软件设计 (10)

3.1 程序整体设计 (10)

3.2 图像提取与处理 (11)

3.3 控制策略 (13)

3.3.1整体控制 (13)

3.3.2PID算法的引入与改进 (13)

3.3.3增量式or位置式 (15)

第四章调试工具 (16)

4 调试工具 (16)

第五章总结 (17)

5 总结 (17)

第六章车模参数 (18)

6 车模规格 (18)

参考文献 (18)

附录 (19)

第一章设计概览

1设计概述

1.1整车设计思路

智能车主要由三个部分组成：检测系统，控制决策系统，动力系统。其中检测系统采用CMOS数字摄像头ov7620，控制决策系统采用MK60作为主控芯片，动力系统主要控制舵机的转角和直流电机的转速。整体的流程为，通过视觉传感器来检测前方的赛道信息，并将赛道信息发送给单片机。同时，通过光电编码器构成的反馈渠道将车体的行驶速度信息传送给主控单片机。根据所取得的赛道信息和车体当前的速度信息，由主控单片机做出决策，并通过PWM信号控制直流电机和舵机进行相应动作，从而实现车体的转向控制和速度控制。

图1.1 智能车系统总体结构框图

1.2车模整体造型

我们车模的整体设计简洁，轻便，可靠美观。如下图：

图1.2车模整体造型

第二章硬件设计

2硬件设计

2.1机械结构

2.1.1舵机改装

舵机直接控制小车的转向，因此舵机安装及调整对小车转向性能有巨大影响。

首先考虑的是舵机左右位置的精准定位。左右不对称就可能导致车模左转右转性能的差异，这种差异直接导致小车在连续的大s中累计偏左或偏右的误差，路径变差。

我们适当加长了舵机连片的长度，使其动态响应性能有所提升。过长的连片会使舵机力臂加长，转向吃力。连片采用特制pcb板，既可精确定位也可减轻重量。如图

图2.1舵机安装

2.1.2电池固定

电池的固定我们采用了最简洁的固定方式-两块铝片和一个塑料柱。为了尽量降低重心，我们的电池是紧贴车底盘的。电池用一块可旋的塑料片卡住，非常方便装卸。如下图

图2.2电池安装

2.1.3电机定位

电机的定位主要影响前轮的齿轮动力传动。必须调整电机传动轴与轮轴平行，且要调整好合适的齿轮间距，否则会导致齿轮磨损严重，并发出刺耳的噪声。经过我们大量的调整试验发现了找最适合的齿轮间距的方法：压紧两齿轮，中间夹一张A4纸，固定好后抽掉纸则得到最佳齿间距。

2.1.4底盘固定

由于小车行驶道路比较平整，车模位置有限，我们没有使用悬挂装置。但是我们发现底盘连接要有一定的刚性裕度，过硬的连接会导致车模转向时前轮上下震动，转向困难。为了降低重心，底盘上所有螺丝均为沉头螺丝，保证底盘的绝对平整。

2.1.5差速调节

差速是决定车模转向的灵活性和直线加速的迅猛性的重要环节。我们发现过紧的差速使转弯变的迟钝，在高速情况下容易侧翻。当然，差速过松的情况下转弯甩尾。

2.2硬件电路

2.2.1电源设计

小车电源主体分为4部分-核心板、摄像头、电机驱动、舵机。电机直接使

用电池电压给驱动供电。而sd-5舵机需要6v电压，摄像头需要5v供电，故采

用了超低压差线性稳压芯片lt1963。它的最低压差为0.5v，芯片稳压输出电压可通过两个电阻调节。而核心板k60工作电压3.3v，我们采用市场上价格低廉，技术成熟的tlv1117-3.3v稳压芯片。电源模块如图：

图2.3 3.3v稳压

图2.4 5v稳压

图2.5 6v稳压

2.2.2电池电压检测模块

电池耗尽时，时常需要用万用表检测。为了方便监测电池电压，我们自主设计了电压低电提示电路。当电池电压低于设定值时，对应led灯会亮起。电路如图：

图2.6 电池电压检测

2.2.3驱动电路设计

我们用两个半桥电路构成h全桥驱动电机正反转。BTS7960这款芯片非常适合电机驱动。它具有过压过流过热等保护，驱动电流可达43A，满足摄像头车对速度的渴望。电路如图：

2.3摄像头选型

在众多的摄像头中我们选择了CMOS的OV7620，属于数字摄像头。模拟摄像头有更好的动态特性，在车子高速行驶时，图像更清晰，但是它需要额外的一块AD转换模块，增加了主板的开销。我们在对比了车子在3米和3米3之间的模拟摄像头和数字摄像头的图像时，发现在用DMA采集的图像没有什么大的差别，提取的中线差不多，故我们毅然决然选择了比较简洁的数字摄像头OV7620。