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第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告目录第一章引言..............................................................................................11.1智能车制作概述........................................................................11.2参考文献综述............................................................................11.3技术报告内容与结构................................................................1第二章设计方案概述............................................................................32.1总体设计....................................................................................32.2具体方案....................................................................................32.2.1道路识别模块..................................................................32.2.2速度检测模块..................................................................4第三章模型车整体设计........................................................................53.1机械部分的调整........................................................................53.2传感器设计与安装....................................................................53.2.1光电管安装：..................................................................53.2.2摄像头安装：..................................................................63.2.3测速装置..........................................................................7第四章硬件电路设计............................................................................94.1整体介绍....................................................................................94.2各模块电路介绍.....................................................................10第五章控制算法实现.........................................................................155.1总体软件设计.........................................................................155.2路径识别算法.........................................................................165.2.2基于光电管的模糊控制算法.......................................165.2.2基于CMOS的算法...........................................................185.2.3两者的结合...................................................................205.3速度控制算法.........................................................................20第六章调试及主要问题解决.............................................................236.1调试工具.................................................................................236.2调试过程.................................................................................246.3主要技术参数说明.................................................................25第七章结论..........................................................................................27附录A参考书目.......................................................................................I附录B部分程序......................................................................................II1第一章引言1.1智能车制作概述本队在小车制作过程中，先对比赛内容，要求与规则进行了详细分析，然后按照要求制订了几种设计方案，并对几种方案进行比较敲定最后方案。根据方案完成小车的总体设计和详细设计（包括底层硬件设计和总体软件设计），在完成了车模组装和改造后，完成了各个模块的硬件电路设计与安装，并进行了控制算法的设计和软件实现，最后进行了整车的调试和优化。1.2参考文献综述方案设计过程中参考了一些相关文献，如参考文献所列。例如文献1与2单片机嵌入式系统在线开发方法。文献3与4是计算机控制技术，参考了其中PID控制策略。文献5到8是介绍了微处理器MC9S12DG128芯片。文献9到11介绍了CCD图像传感器的应用和一些数据处理方法，等等。1.3技术报告内容与结构本文的主要内容框架如下：第一章：引言。大概介绍了智能车的制作过程，参考文献说明和内容框架。第二章：设计方案概述。介绍了各种方案，以及选择该方案的原因。第三章：模型车机械调整。介绍了小车机械结构的调整和传感器的安装步骤。第四章：硬件电路设计。这部分是小车的硬件实现，主要给出了小车的总体结构与各个模块的硬件电路设计。第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告2第五章：控制算法实现。本章详细介绍了各个方案采用的算法。第六章：调试及模型车技术参数。介绍了调试使用的工具与具体调试过程，最后给出了整车的技术参数。第七章：总结。对整个模型车制作过程的总结，指出试验中发现的问题和进一步改进的方向。3第二章设计方案概述2.1总体设计由于赛道整体布局未知，因此先保证小车在各种不同环境下能够稳定运行，再进行速度的提升。故稳定性是设计中首要解决的问题。常用的寻线方法主要有光电寻线和摄像头寻线，共有三种路径识别策略。一、光电寻线：由多对红外收发管组成，通过检测接收到的反射光强判断赛道中心黑道位置。优点：电路设计简单，信息处理方便。缺点：一对收发管只能检测一个点的信息，精度有限，前瞻距离远小。过弯减速剧烈，难以提高整体的运行速度。二、摄像头寻线：图像采集，动态拾取路径信息。优点：信息量大，前瞻，能耗低的优点，能提前判弯减速。缺点：受到的干扰较多，转弯时数据易丢失，处理相对复杂。三、光电管与摄像头结合寻线：兼顾了光电寻线的抗干扰能力强和摄像头寻线前瞻性远、信息量大的特点。难点：光电管与摄像头之间的配合，两者切换的条件。2.2具体方案2.2.1道路识别模块使用了CMOS摄像头和单排七对红外发射接受二极管。根据比赛环境的不同第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告4可灵活选择各个方案。在光电管与摄像头结合寻线模式里，使用光电管检测的信息作为整幅图像处理的第一行，在采集的图像干扰过多或信息量过少时切换到光电管循线的模式。2.2.2速度检测模块速度传感器由一对光电管和贴在驱动电机齿轮上的纸质圆盘组成，即采用的是反射式光电传感器。反射式光电传感器的光源有多种，我们选择的是较为经济的红外发光二极管。5第三章模型车整体设计3.1机械部分的调整硬件部分的合理安装是模型车能良好发挥的前提条件，这里主要介绍实际中的几点经验。首先是舵机的安装，要想使前轮及时地反映舵机的控制，应尽量避免舵机不动、轮子能转动的情况，具体做法是使舵机输出连接件之间配合紧密，减少缝隙。前轮外倾角和前轮前束之间有一定的配合，前轮前束大，转向不利，电机的负荷也变大。3.2传感器设计与安装3.2.1光电管安装：基于时间上和调试的考虑，设计使用了7对红外发射和接收光电管采取“一”字形排列的方式,相邻两光电管间隔20mm。为便于接收管接收路面反射回的红外光，安装时使发射管和接收管互相有一个倾角。通过给接收管加上一定长度的黑色套管减少相邻红外光的干扰，制作的光电管如图示：第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告6图4.1光电管为提高光电管的前瞻性，安装时将其抬高置于小车前方并给30度的前倾角，综合抗干扰的因素，确定使发光管距地最大不超7cm。当采用光电管与摄像头结合策略时光电管采集的信息作为图像的第一条线，此时光电管应出现在摄像头的视野中，经试验最终确定安装离地高度6.5cm。调试时观察不同接收管在黑线由远及近时的电压变化情况，确定各管的比较电压的值，配合调整黑管长度，使得检测的数据能灵活反映黑线位置变化。最后使光电管同处于一片白色的赛道上，将小车水平抬起到一定高度时，看到所有接收管几乎在同一时刻检测到“黑”的状态，放下时又几乎在同一时刻检测到全“白”的状态，此时大致调试完成，可以放到赛道上试跑。3.2.2摄像头安装：摄像头有两种，CCD摄像头和CMOS摄像头。CMOS摄像头采集的图像信息虽没有CCD摄像头优越，但使用电压低，功耗少，故本设计采用CMOS摄像头的方式。摄像头的安装较为复杂，要调整好各个方面。CMOS摄像头的安装主要包括高度调整，倾角调整。Ａ）高度调整提高摄像头的高度，可以在不改变倾角的条件下增大摄像头可视范围，但是，随着摄像头高度的提升，小车的重心会不断上移，不利于保持车身的稳定7第三章模型车整体设计40度37cm36cm性。在小车高速过弯时，过高的重心可能产生明显的侧滑现象，甚至翻车。因此，在保证车身稳定性的前提下，尽可能的增加摄像头的可视范围是摄像头高度调整的目标。B）倾角调整倾角的大小主要关系到摄像头对前方路径的前探量。倾角越大，摄像头的前瞻性也就越强，这对于高速行驶的小车有利。但是倾角过大造成外界强光射入摄像头，增加了摄像头“失明”的风险，这就对抗干扰的算法提出了更高的要求。所以，在保证摄像头正常工作的前提下，适