创意赛技术报告_东南大学创意组

第九届全国大学生“飞思卡尔”杯

智能汽车竞赛

技术报告

学校：东南大学

组别：创意组(指标组)

队伍名称：CAE

参赛队员：李沁泠张璞徐帮元李天助带队老师：谈英姿孙琳

关于技术报告和研究论文使用授权的说明

本人完全了解第九届“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：

带队教师签名：

日期：

一、概述

汽车已经成为人们日常生活中不可或缺的组成部分。提高汽车的自主驾驶能力对于提高出行安全性、降低驾驶负担具有现实的重要意义。参加指标组比赛的队伍就是在接近实际路况的情况下，实现自主识别路况、规划轨迹完成行驶任务。

车模行驶场景规定如下：

1)车道以预赛阶段赛道为基础，宽度不小于50厘米，车道两侧有间断车道

线；

2)车道设有十字路口和方向灯——分别指示左转、前行、右转，方向灯位

于路面上方、路口对侧，距离地面50厘米左右，方向灯具体尺寸参数、

样式如图1所示稍后公布；

3)车道上随机布置有若干障碍，障碍制作与竞速赛相同，大小为宽度不大

于20cm，长度不大于40cm，障碍与车道底板有色差。

竞赛规则：

1)车模沿赛道行驶，按方向灯行驶，方向灯由志愿者按规则现场设定，确

保不同车模行驶路线的一致性；

2)车模能够识别障碍，并绕开障碍行驶；

3)每个车模行驶两圈，每圈所遇方向灯不保证一致，以总耗时最短者为胜；

4)车模不按方向灯行驶者，算冲出赛道一次，冲出两次者成绩无效；

5)车模与障碍发生碰撞一次罚分0.3秒；

6)其它判罚规则参照竞速赛。

参赛作品限制性要求：

1)参赛作品需要自动完成上述比赛过程，不允许借助于外部的遥控装置；

2)参赛作品所使用的主要微控制器必须为飞思卡尔公司的微控制器系列产

品；传感器的种类和数量没有限制。

3)车模底盘的机械改装规则与竞赛比赛一样。

图1方向灯设计方案：箭头部分为镂空，其它为黑色；

另有一个同样尺寸红色磨砂透明圆盘，两者重叠，在红色磨砂透

明圆盘后部放置白色发光二极管；点亮时表示向该方向行驶。

二、系统设计

1.总体结构

我们使用的是A型车模来完成比赛，其中为了提高小车的机械性能，我们在不违反规则的前提下，对舵机的安装和差速器等进行了调整。

由于比赛要求是在竞速组的基础上增加了相关的、接近真实路环境的赛道元素，包括方向灯、间断车道线、障碍等。赛道环境比较复杂，需要处理的信息量较大，为了较全面的采集相关的信息，我们使用了两个OV7620摄像头进行赛道环境的采集(其中一个摄像头用于识别方向灯，另一块用于道路的识别)，同时使

用两块飞思卡尔微控制器MK60DN512VLL10来实现信息的处理和小车的控制。

图2 A型车模双摄像头示意图

图3 智能车实物图

控制系统结构图如下：

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图4 控制系统结构图

当OV7620（1）拍摄到十字路口并被K60 MCU （1）识别出来，K60 MCU （1）通知

K60 MCU （2）进行图像的采集，如果这个十字路口有指示灯，则K60 MCU （2）将通过OV7620（2）采集指示灯的图像，并经过处理，返回K60 MCU （1）方向灯指向的具体信息。K60 MCU （1）即可以做出反应，控制舵机和电机做出正确的动作，实现根据指示灯在十字路口进行转向。

图5 双K60控制器设计实物图

2.电源管理

小车系统由电池供电，各模块需要3.3V，5V，12V等不同电压，故本方案采用了不同的LDO以实现各个模块的安全供电。

图6 电源管理系统结构图

3.摄像头传感器

我们使用两个OV7620摄像头传感器作为主要的路径识别的工具，两个摄像头拥有不同的前瞻。一个作为循迹，而另外一个在十字路口处开启以识别指示灯。

两个摄像头均通过写控制字以提高帧率及改变采集范围，其中循迹摄像头采集分辨率50*158，行列号均在原图像中等间隔均匀分布，而指示灯识别摄像头行号相对集中，以期望获取较为清晰的图像。

图7 双摄像头设计局部放大实物图

4.测速编码器、电机、舵机

这些都是一个小车系统所具备的最基础的要素，本系统也不例外。

我们的测速编码器使用的是欧姆龙500线的编码器以期望获取比较准确的速度信息，舵机直接用电池供电以期望获取较快的响应，电机驱动使用分离MOSFET元件以获得更大的驱动电流。

5.K60最小系统板

本系统使用了两块K60微控制器，其中两块最小系统板均为自行DIY，其中集成了指示灯，OLED屏以及TFCard模块，本身即拥有较强大的外设，较好的节省了底板的体积。

6.调试模块

我们的调试模块主要包括蓝牙及TF卡。

蓝牙在小车运行过程中实时传输当前相关的数据，而单片机将信息量较大的数据（如图像信息等）写入TF卡以便在运行结束后从卡中离线读取分析。

蓝牙主要使用了异步串行通信模块SCI，而K60中自带的SDHC模块使得TFCard的写入变的轻松快捷。

三、图像处理与小车控制

1. 小车的速度控制

一个好的速度控制有利于提高小车的稳定性。根据控制理论，好的控制系统包括较好的暂态性能（较短的调节时间、较小的超调量等），稳态性能（无稳差）及抗干扰性能（转向、