西南交通大学自强队技术报告.doc

第四届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车邀请赛 技 术 报 告 学 校：西南交通大学 队伍名称：自强队 参赛队员：杨昌休 桂志兴 谢 刚 带队教师：杨 斌 关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛有关保留、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： 摘要 本文介绍了我队为第四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛而设计的智能车系统。文中介绍了该智能车机械结构以及系统的软件设计、硬件电路、开发流程。 整文涉及车模机械结构的改进以及车模参数的调整、硬件结构及其电路设计、控制策略及系统调试过程等多个方面。赛车系统由飞思卡尔半导体公司的16位微控制器MC9S12DP512作为核心控制模块，以CodeWarrior IDE为开发环境，采用CMOS摄像头对赛道信息进行采集处理分析并提取出赛道黑线位置，加之由光电编码器检测赛车的速度，经过PID控制算法后输出PWM对舵机及电机的进行控制，实现了赛车行驶方向和速度的闭环控制，使赛车能够平稳高速行驶。 关键词：智能车，CCD，视频采样，路径识别，PID，模糊控制. 目录 第一章 引言 6 第二章 智能车整体设计 7 2.1模型车整体设计思路 7 2.2系统硬件结构设计 7 2.3系统软件结构设计 9 2.4模型车整体实现 10 第三章 智能车机械部分 12 3.1模型车的安装 12 3.1.1舵机的安装 12 3.1.2摄像头的安装 12 3.1.3速度传感器的安装 13 3.1.4电路板的固定 13 3.2机械结构调整 14 3.2.1底盘高度调整 14 3.2.2前轮定位调整 14 3.2.3 后轮距及后轮差速的调整 15 3.2.4齿轮传动机构的调整 15 3.2.5舵机响应优化 16 3.2.6后悬挂减震系统 16 第四章 智能车硬件电路设计 17 4.1电路整体方案 17 4.2 传感器电路 18 4.2.1摄像头 18 4.2.2测速光电编码器 19 4.3电源管理模块 20 4.4 S12最小系统板 22 4.5驱动电路设计 23 4.6可调模块电路设计 24 第五章 智能车软件设计 25 5.2图像处理 27 5.2.1图像采集 27 5.2.2图像二值化 28 5.2.3黑线提取、去噪 28 5.3路况分析 29 5.3.1赛道情况划分 30 5.3.2起始线检测 30 5.3.3黑三角形检测 31 5.4控制策略 31 5.4.1控制思想 31 5.4.2模糊控制 31 5.4.3速度PID控制 33 5.4.4舵机转向控制 34 5.5其他情况处理 35 5.5.1起步控制 36 5.5.2车模卡阻处理 36 5.5.3挑拨开关调档处理 36 第六章 总结与展望 37 6.1智能车主要技术参数 37 6.2问题与解决过程 38 6.3不足与改进 38 6.4感悟与展望 39 参考文献 I 致谢 I 附录 III 引言 全国大学生智能车竞赛已被列入教育部主办的五大科技竞赛之一。到目前为止此项赛事已进行到第四届，其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等各个学科，对学生的知识融合和实际动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的推动作用。 大赛要求各参赛队伍使用组委会统一提供的车模，采用飞思卡尔公司16位的微控制芯片，自主构思控制方案及系统设计，完成智能车工程制作及调试并参加比赛。我队按照大赛的要求，精心准备半年多时间，完成了智能车的硬件和软件设计。 本文第二章将介绍赛车的整体设计思路，硬件、软件整体结构。第三章详细介绍赛车各部件的安装及机械结构调整。第四章详细介绍系统硬件电路模块的原理及设计实现。第五章介绍赛车系统软件详细设计。第六章为赛车制作过程的总结、分析以及感悟与展望。 智能车整体设计 赛车由机械结构、硬件电路和软件设计三部分组成。机械结构是赛车能够行驶最基本的物质基础。赛车有了一定的机械结构，再加上相应的硬件和软件，就构成了一个完整的系统。 2.1模型车整体设计思路 为了提高比赛成绩，即要保证小车正确转向的前提下提高速度，最直接的方法就是提高车模的机械性能。从而减轻车身的重量和降低车身重心成为我们机械改造的目标，因此，我们需要将电路做得足够集成，从而减小车模的重量。另外，车模的重心越低对车模的性能越有利，因此摄像头安装在车身重心点上且尽量减小安