西北工业大学一队技术报告

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1、第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告学校：西北工业大学队伍名称：西北工业大学一队参赛队员：杨隽楠樊兆宾梁化勇带队教师：曲仕茹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一届“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：杨隽楠樊兆宾梁化勇带队教师签名：曲仕茹日期：2006-8-10目录第

2、一章引言11.1制作完成状况11.2报告的主要内容1第二章系统总体方案22.1图像检测部分22.2数据处理部分32.3行驶控制部分32.3.1直流电动机控制42.3.2舵机控制4第三章系统硬件设计73.1系统结构与功能框图73.2模块设计73.2.1LM1881模块电路原理及功能83.2.2二值化模块电路原理及功能83.2.3MC33886模块原理及功能93.3稳压电路设计103.3.1LM1117降压电路103.3.2升压模块设计103.4电路板设计与布线113.4.1电源布线123.4.2信号线布线13第四章系统软件设计144.1系

3、统初始化154.2视频图像信号采集算法164.3控制算法设计164.3.1黑线中心检测算法164.3.2电机及舵机控制算法19第五章模型车机械部分设计及主要参数说明215.1车模安装215.2CCD的安装215.3电路板布局与安装215.4模型车主要技术指标说明22第六章系统调试部分236.1图像采集模块调试236.2舵机安装及调试236.3驱动电机调试23参考文献I附录II第一章引言1.1制作完成状况我队按照组委会的要求以MC9S12DG128B单片机作为控制核心，采集视频图像信号，并通过对采集获得的图像进行分析，获得路况信息，据此控

4、制小车的舵机转角与直流电机转速，实现小车在白底跑道上沿黑色标线行驶的功能。设计制作与调试工作已全部完成。1.2报告的主要内容本文以MC9S12DG128单片机作为核心处理器，结合LM1881视频同步信号分离芯片，MC33886直流电动机驱动芯片，构建了一个集视频图像采集与舵机、电机控制一体的智能小车系统。论文的主要内容如下：第一章，引言。第二章，介绍了系统的总体方案及设计思路。第三章，系统硬件设计。第四章，系统软件设计。第五章，模型车机械部分设计及主要技术参数说明。第六章，系统调试部分。第一章第二章系统总体方案本文按照功能将设计的系统分

5、为三大部分：图像检测部分、数据处理部分和数据输出控制部分。系统框图如图2-1所示：图2-1系统框图2.1图像检测部分小车行驶的路面是由黑白两色构成，其中白色为底色，具有一定宽度的黑线则标示出小车应当行驶的路径。本系统采用固体成像器件检测方法把光学图像转换为电信号—视频信号，将视频信号二值化后送入微处理器进行处理就可以清楚的“看到”行驶中赛车较近前方的路面情况。其前瞻距离较之光电管要远的多，获得的路径参数多，如中心位置、方向、曲率等。据此可以对小车的行驶路线做出优化。也正因为获得的前方路面信息多，使用这种方法需处理的数据量较大，这就要求处

6、理数据的速度能够跟上赛车的较快行驶速度，而本方案选用的微控制器可以胜任。在众多的成像器件中，CCD(ChargeCoupledDevices)电荷耦合器件[1]不但具有体积小、重量轻、功耗小、长寿命、工作电压低和抗冲击的特点，而且在分辨力、动态范围、灵敏度、实时传输和电子自扫描等方面优越性明显。加之无图像扭折、易于信息处理，是其它成像器件无法比拟的。另外，跑道表面为白色，而待识别的路径是由黑线标明，车模只需要分辨黑白两种颜色，故本方案选择使用黑白面阵CCD。2.2数据处理部分对于CCD输出的模拟视频信号，单片机要进行后续处理，需要对黑白

7、图像进行二值化。然而，在整个系统中只有一个控制处理器的前提下，靠单片机实现二值化显然需要浪费大量的时间，不利于车模控制的快速性。实际上，对于小车的控制并不要求高分辨率的路面图像。相反，降低图像的分辨率，不仅能减少图像存储所占用的空间、加快图像处理速度，而且仍能获得足够的有用信息来控制小车的行驶。本方案设计在微控制器用前端硬件实现二值化，单片机读取的直接是二值化后的图像数据。此方法电路简单，易调节，图像采集速度快，且获得的图像精度基本符合要求。在算法设计上，本方案的图像分辨率选择为64×32像素（如图2-2所示）。大量试验证明，方案设计完

8、全满足赛道识别需要，快速性、精度也满足要求。图2-2二值化图像示意图2.3行驶控制部分行驶控制需要完成两部分的工作：舵机控制和驱动电机控制。完成这个电机的恰当控制，很多问题值得探讨。首先，直流驱动电机没有测