[工学]北京科技大学天津学院摄像头组技术报告

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1、第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：北京科技大学天津学院队伍名称：北京科技大学天津学院雷霆队参赛队员：齐亚楠赵泽中马婧带队教师：焦万铭全国大学生智能汽车竞赛技术报告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五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关于保留、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：III全国大学生智能汽车竞

2、赛技术报告目录引言III１系统设计思路11.1系统分析11.2系统结构图1２硬件电路设计32.1硬件电路设计方案32.2硬件电路实现32.2.1最小系统板42.2.2主板52.2.3摄像头82.2.4速度传感器8３软件设计93.1舵机转向和速度调节的PID控制算法93.1.1经典PID控制算法介绍93.1.2经典PID控制算法的应用113.2具有一定抗干扰和抗反光能力的黑线提取算法13４机械结构调整及优化174.1车体机械建模174.2转向舵机机械结构的调整184.3底盘高度的调整18５系统开发及调试195.1开发工具195.2调试过程195.2.1串口通信

3、205.2.2图像显示235.2.3图像处理功能245.2.4平台实际效果测试26结论29参考文献30附录：模型车的主要技术参数32III引言全国大学生智能汽车比赛是经全国高等教育司研究，委托高等学校自动化专业教学指导分委会主办的，旨在培养创新精神、协作精神，提高工程实践能力的科技活动。比赛要求在组委会提供统一智能车竞赛车模、单片机HCS12X开发板、开发软件CodeWarrior和在线调试工具的基础上制作一个能够自主识别路线的智能车，它将在专门设计的跑道上自动识别道路行驶。中心目标是不违反大赛规则的情况下以最短时间完成单圈赛道。这份技术报告中，我们小组通过

4、对整体方案、电路、算法、调试、车辆参数的介绍，详尽地阐述了我们的思想和创意，具体表现在电路的创新设计，以及算法方面的独特想法，而对单片机具体参数的调试也让我们付出了艰辛的劳动。这份报告凝聚着我们的心血和智慧，是我们共同努力后的成果。III１系统设计思路１系统设计思路1.1系统分析全国大学生智能汽车竞赛由大赛组委会统一提供竞赛车模，参赛队伍以飞思卡尔公司生产的微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、驱动电机和转向舵机的控制等，以比赛完成时间短者为优胜者。其中赛道是白色底板铺设黑色引导线，赛道宽度不小于50cm，黑色引导线宽

5、度为25mm。我们分析了前几届比赛的各个队伍的优缺点，并展望了智能车的发展方向，比较了光电传感器和CMOS图像传感器的优缺点。红外传感器相对简单，程序处理也相对简单，但是前瞻距离小；CMOS图像传感器前瞻距离大，采样信息量大，便于分析前方路径信息，但是其程序处理相对复杂，时序控制要求严格，对单片机速度要求较高。在这种竞速的比赛中，因为智能车系统在动作决策方面会有一定的延时，因此要想让车跑的更快，车的前瞻是个很重要的因素。而且，对前方路径分析越清楚，那么动作决策的灵活性就越好。基于以上的考虑以及今后技术发展方向，我们决定采取以CMOS图像传感器为基础的智能车系

6、统。1.2系统结构图本智能车系统以MC9S12XS128单片机为核心控制单元，采用摄像头作为识别赛道的传感器，使用由AD8032组成的滞回比较器对摄像头输出的模拟图像信号进行二值化，提取黑色引导线，通过光电编码器检测模型车的速度，使用PID闭环控制算法，通过PWM波调节驱动电机的转速和转向舵机的角度。此外，使用无线模块进行智能车与上位机之间的通信，方便测试。1１系统设计思路我们设计的系统结构图如图2.1所示，力求简单高效，在满足比赛要求的情况下，使硬件结构最简单。图1.1智能车系统结构图1２硬件电路设计２硬件电路设计2.1硬件电路设计方案依据系统设计思路及结

7、构图，我们开始设计硬件电路，并既定了系统设计目标：稳定、简洁，在整个系统设计过程中严格按照规范进行。稳定性是系统设计的基础，我们对电路设计的所有环节都进行了电磁兼容性测试，做好各部分的接地、屏蔽、滤波等工作，将高速数字电路与模拟电路分开，使本系统工作的稳定性达到了设计要求。简洁是指在满足了稳定的基础上，为了尽量减轻整车重量，降低车体重心位置，应使电路设计尽量简洁，尽量减少元器件使用数量，缩小电路板面积，使电路部分重量轻，易于安装。我们在对电路进行详细彻底分析后，对电路进行了大量简化，并合理设计元件排列和电路走线，使本系统硬件电路部分的重量、面积都达到了设计要

8、求。2.2硬件电路实现整个智能车控制系统由两部分组成