专业课程设计与实习报告(马崟-摄像头组)

湘潭大学

课程设计说明书题目：智能小车（摄像头）

课程名称：专业课程设计与实习

学院：信息工程学院

专业：自动化

学号：2013550413

姓名：马崟

指导教师：肖业伟

完成日期：2016.12.29

目录

1. 设计的工程背景 (3)

1.1 任务阐述 (4)

1.2 任务分析 (4)

1.3 课题项目管理计划进度表 (5)

2.工程设计方案 (5)

2.1 系统方案设计 (5)

2.2 硬件电路设计 (6)

2.2.1全桥驱动电路 (6)

2.2.2部分隔离电路与供电电路 (6)

2.2.3主控芯片电路 (7)

2.3 软件程序设计 (8)

２.3.2 ＰＩＤ控制策略的选择 (9)

2.3.3 最小二乘法 (9)

2.3.4求曲率策略 (9)

2.3.5提取中心线策略 (10)

2.3.6路径优化策略 (11)

2.3.7方向控制策略 (12)

2.4 总体软件框架图 (12)

2.5测速方案选择 (13)

3. 方案实施 (13)

3.1硬件制作与调试过程 (13)

3.1.1 系统调试 (14)

3.1.2 硬件调试 (14)

3.2 软件程序调试过程 (14)

4. 结果与结论 (14)

4.1 实验结果 (14)

4.2 结论 (15)

5. 收获与致谢 (17)

6. 参考文献 (18)

附件1 ：答辩问题回答记录表 (19)

附件2 程序算法 (20)

1. 设计的工程背景

现在半导体在汽车中的应用越来越普及，汽车的电子化已成为行业发展的必然趋势。它包括了汽车电子控制装置，即通过电子装置控制汽车发动机、底盘、车身、制动防抱死及动力转向系统等，到车载汽车电子装置，即汽车信息娱乐系统、导航系统、汽车音响及车载通信系统等等，几乎涵盖了汽车的所有系。汽车电子的迅猛发展必将满足人们逐步增长的对于安全、节能、环保以及智能化和信息化的需求。

教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等几大竞赛的基础上，经研究决定，委托教育部高等学校自动化教学指导分委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、自动化分教指委、清华大学、飞思卡尔半导体公司等单位领导及专家组成的“第一届‘飞思卡尔’杯全国大学生智能汽车邀请赛”组委会。该竞赛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。与其它大赛不同的是，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，培养本新意识，培养本科生生从事科学、技术研究能力具有重要意义。

以智能汽车为研究背景的科技创意性制作，是一种具有探索性的工程实践活动，其本质也是人类创造有用人工物的一种训练性实践，其过性是综合，而结果属性很可能是创造。通过竞赛，参赛的同学们培养了对已学过的基础与专业理论知识与实验的综合运用的能力；带着背景对象中的各种新问题，学习控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科新知识，包括来自不同学科背景大学生的相互学习，逐渐学会了在学科交叉、集成基础上的综合运用；若是以实用为目的，还必须考虑考虑可靠性、寿命、外观工业设计、集成科学与非科学，在具体约束条件下融合形成整体的综合运用。这样的训练是很有意义的。

在智能车的开发过程中，各参赛队伍需要改装竞赛车模，完成智能巡线小车的制作。

在此过程中需要学习嵌入式系统开发环境与在线编程方法、单片机接口电路设计，自行设计并实现识别引导导线的硬件电路、电机的驱动电路、车速反馈电路、智能车舵机控制电路以及能使小车在不驶出赛道的前提下可能快速行驶的控制策

略与软件算法。第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛，已于2006年8月21日在清华大学顺利结束。为了使更多的高校、更多的大学生参与到这一活动中来，第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛原则上由全国有自动化专业的理工类高等本科学校约270余所参赛，每个参赛学校限2个队；分五个赛区进行预赛，各分赛区的优胜队参加决赛。第四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞

赛将参赛规模扩大到每校四个队伍，比赛的普及性进一步提高。第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛新增了磁导航组，增加了比赛的多样性和精彩程度。第

六届比赛在第五届基础上将光电组和摄像头组赛道增加了虚线设置，增加了比赛难度，也是对参赛队员能力的挑战。第七届摄像头和光电组的识别赛道由以往的中心

识别改为两边的识别。

智能车的开发与设计涉及到多个专业领域，对于大学生综合素质的培养，知识

面的拓展和分析问题解决问题的能力的提高很有意义，并且有利于提高大学生的动

手能力、激发创新能力。此外，制作这样一个高性能智能小车的过程，也是需要同

组成员相互协作、紧密配合的过程，在此过程中，团队成员的交流与合作也显得尤

为重要。

1.1 任务阐述

工程采用指定的8位、16位、32位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国总决赛的场地比赛。中心目标是不违反大赛规则的情况下以最短时间完成单圈赛道。

智能车的制作过程中主要包括摄像头选型、电源电路定型、驱动电路搭建乃至整车机械结构定型、软件算法的编写等，这些过程无一不考验我们组员的能力。我们自己挑选摄像头类型，将摄像头标定准确，设计制作电路板，制作舵机以及摄像头结构架，挑选编码器，编写程序算法……这些技术不仅仅依靠书本上的理论，更多的是我们自己翻阅资料的能力，这些结果凝聚我们组成员的心血与汗水，是团队合作的结果。

在这个过程中，涉及到了众多学科——自动控制、模式识别、传感器技术、汽

车电子、电机控制、计算机技术、机械原理等等，这些学科的涉猎不仅增加了我们

的阅历，对于知识融合和动手能力的提高也有着极大的作用。

1.2 任务分析

智能车系统的设计可分为三个部分：机械部分、硬件电路部分和软件部分。本次比赛组委会统一更改为使用单电机的A车模型，基本上除了电机以外其他部分和C车一样。对于机械的调整，不仅要考虑整车的重心调整，也要考虑摄像头位置的摆放。

电路方面应该在比赛规则的要求下尽可能的简洁紧凑，以减轻系统负担，同时也要将所有需要功能提供出来，同时保证电路稳定运行。

智能车的核心部分是软件算法、信息获取和处理是关键。和往届相比，处理器可以使用32位的，并且可以选择不同内核的，有了充足的资源的条件下可以使程序更加健全，保证系统能够在更高频率下稳定运行。