华南理工大学广州汽车学院广汽三队术报告.docVIP

第四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛 技 术 报 告 学 校：华南理工大学广州汽车学院 队伍名称：广汽三队 参赛队员：殷 珺 邓瑞伟 康海锋 带队教师： 彭康拥  摘要 本文详细介绍了一套智能车的寻线设计方案。由总到分的先从整体上介绍了该系统的硬件和软件设计思想，继而细分各模块详尽介绍具体设计。该智能车系统以MC9S12DG128B 作为整个系统信息处理和发出控制命令的核心，基于摄像头采集的赛道信息，提取出黑线中心位置，并求得小车偏离黑线的程度，区分 出道路形状，对此信息进一步处理以控制舵机的转向，通过速度传感器获得实时速度信息，利用增量式数字PID 控制算法实现闭环反馈控制。文章详细介绍了图像采集模块、速度采集模块等信息采集模块和电机驱动模块和舵机驱动模块等动作执行模块的方案选取和电路设计原理，还介绍了系统调试方法策略。 测试表明，该智能车能够很好的跟随黑色引导线，可以实现对应于不同形状的道路予以相应的控制策略，可快速稳定的完成的整个赛道的行程。 关键字：单片机 摄像头 速度传感器 PID  引言 智能汽车，是一种集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统，集中地应用到自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，是典型的高新技术综合体，具有重要的军用及民用价值。 目前，智能车领域的研究已经能够在具有一定标记的道路上为司机提供辅助驾驶系统甚至实现无人驾驶。这些智能车的设计通常依靠特定道路标记完成识别，通过推理判断模仿人工驾驶进行操作。通常，智能车接受辅助定位系统提供的信息完成路径规划，如由GPS 等提供的地图，交通拥堵状况，道路条件等信息。 在本次竞赛中，参赛队伍需要制作出一个能够自主识别道路并行驶的智能车模。那么在模型车的制作过程中，最关键的问题就是如何探寻黑线，如何施以合适的控制策略来确保小车在不违背比赛规则的前提下沿赛道尽可能快速稳定前进。而探寻黑线的准确与否将直接影响小车行进的稳定效果，故而，设计出准确的寻线系统是该智能车制作过程中最重要的环节。 而寻线一般有两种方案，即光电传感器和摄像头，光电传感器简单易行，抗干扰能力强，但是其探测距离较短，不能对前方道路信息作成很好的预测判断，而且单个光电传感器的功能有限，需要较多的传感器构成光电阵列来检测，这样不仅增加了车辆的重量，不利于快速前行，而且也会使得小车过宽，容易撞倒道旁边的插杆，严重影响其安全性。 本队采用摄像头，充分利用其探测距离长，道路可预测信息强的优点，对其采集到的道路信息进行分析处理，利用PID 算法实现对小车行进的控制。根据摄像头对黑白灰度值不同的分辨率采集赛道的黑色引导线信息，根据得到的每帧图像信息，判断小车偏离黑线的程度，并确定前方赛道是直道、弯道抑或是S道，再根据各种不同的赛道，予以相应的控制策略，基于“进弯减速，出弯加速”的原则，并且以直线方式冲过S 道以减少转弯浪费的时间，利用摄像头得到信息的预测方向，使小车能够提前准备转弯等动作，从而防止小车因为直道 加速过大而使得转弯时速度难以减下来而冲出赛道，分析摄像头获得的图像信息，读入速度传感器获得的速度，利用增量式PID 算法实现速度的闭环反馈控制。  目录 第一章 引言 第二章 智能车硬件设计 2.1机械设计 2.1.1 面阵CMOS图像传感器 2.1.2 测速发电机 2.1.3 舵机安装 2.1.4 车模参数调节 2.2硬件电路设计 2.2.1 COMS传感器 2.2.2速度传感器 2.2.3电机和舵机驱动 2.2.4电源模块 2.3主电机驱动 第三章．车模软件系统设计 3.1 图像处理算法 3.2 跑道黑线提取 3.3 图像矫正 3.4 跑道特征计算 3.5 模糊控制器设计 3.6 控制系统结构与工作原理 3.7 模糊PID控制器设计 3.8 车速PID控制实现 第四章 开发工具与调试 第五章 总结  2.1机械设计 根据比赛规则，我们对模型车进行了机械设计和改造，主要包括面阵CMOS支架和测速电机支架的设计、舵机的安装，以及车模底盘参数的调节。 2.1.1 摄像头支架 支架支架图.1。 图.1 摄像头支架 .1.2 测速电机支架 测速发电机测速发电机支架图.2。 图.2 测速发电机支架 .1.3 舵机 舵机响应速度是整车过弯速度的一个瓶颈。为了加快车轮转向速度，我们设计并安装了舵机转向机构。在并非改变舵机本身结构的条件下，改变了舵机的安装位置，而安装高度的最佳值是通过试验获得的。舵机支架图.3。 图.3 舵机支架 根据汽车理论对底盘参数进行了调节，具体包括车模前后轴的高度、差速齿轮的松紧和主销的角度等。 2.2硬件电路设计 除了大赛提供的MC9S12DG128开发板