智能系统综合课程设计实验报告

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1、缩微智能车系统的设计与实现系统设计背景：缩微智能车的智能驾驶系统与原尺度智能车有很强的相似性。缩微车除了物理尺寸与真实车辆不同，在智能驾驶的关键技术如环境信息处理，导航路径规划,控制信号生成等方面和真实车辆面临的问题是相同的。因此缩微平台下的口主驾驶研究可以为原尺度智能车研究提供一定的参考和经验积累智能车发展现状：智能车（IntelligentVehicle，简称IV）是一个集环境感知、动态决策与规划、智能控制与执行等多功能于一体的综合系统[14-16],其研究的主要目的在于降低口趋严重的交通事故发

2、生率，提高现有道路交通的效率，在某种程度上缓解能源消耗和环境污染等问题。缩微智能车的基础科学问题主要是要解决视听觉信息的“表达”与“计算”的问题，构建新的计算模型与算法，提高计算机对非结构化视听觉感知信息的理解能力和海量异构信息的处理效率，感知特征的提取、表达与整合，感知数据的机器学习与理解，多模态信息的协同与计算等。突出智能驾驶行为中“视而不见”、“先视后觉”、“先觉后视”、“边觉边视”认知规律。聚焦MOR选择性注意动力学模型，为研究智能驾驶和城市智能交通提供了重要媒体和科学手段。系统简介：缩微智

3、能车利用自身装载的摄像头等传感器获取道路信息以及环境信息，并通过口身处理器和控制器的共同处理，完成在缩微道路环境中的D主驾驶行为,完成循线行驶、遇障碍物停车、超车换道、红绿灯响应、交通标志的识别等功能。一、硬件设计模块缩微智能车硬件结构主要由车模地盘、屮央处理器单元（X86工业主板）、运动控制单元（Arduino单片机）、传感器（摄像头、超声波、红外传感器和电子罗盘等）、电力装置、电机驱动、舵机驱动、人机接口和无线通讯等模块组成。其硬件结构如图2.2所示CMOS摄像头■2主处理器单片机控制器缩微车底

4、盘电力装置图2.2缩微智能车硬件结构智能车系统通过视觉传感器来检测各种道路环境信息，并将采集的信息发送给屮央处理系统。通过电调及传感器等的反馈将车体的行驶速度、加速度及行驶路况等信息传送给主控模块。同时，根据当前所取得的车体行驶信息和路面环境状况信息，经处理器经运算分析处理做出相应决策，并通过PWM信号控制直流屯机和舵机进行相应动作，从而实现车体的转向控制和速度控制。其硬件构架如图2.2所示:存储▽主处理器—bUSB彩=>•■..■■■摄像头：RS232超声传感器主控制器」电机驱动器

5、电机反馈调

6、节无线［人机通信接口f—-1车辆驾驶模式环境感知层行驶规划层车辆舵机4制信息PWM控电机1•制花息i/CHS制■4信息舵机图2.3缩微智能车硬件构架二、软件设计模块软件结构按照功能划分，整个软件系统分为环境感知，行驶规划和运动控制三个部分。系统的软件架构如图2.4所示运动控制层控制模块获取车辆驾驶模式和反馈信息，转化为车辆的驱动信息图2.4缩微车软件结构环境感知部分的功能是对摄像头采集的视觉图像进行处理，提取岀其小的驾驶环境信息，包括车道线，路面箭头标志的类型，丽方是否存在障碍车辆和红灯等信息。识别

7、出车道线后判断英类型，并利用盲线模型将车道线位置参数描述出来。环境信息的有效提取是实现视觉导航的基础。行驶规划部分的功能是综合识别到的环境信息，根据当前的道路状况确定下一周期的行驶状态。当前方岀现人偶或红灯时，智能车停止前进；前方存在车辆且车距过近时进行减速或停车；结合车道线和路面箭头标志进行行驶路径的规划；根据车道线的类型和参数情况选择相应的行驶状态控制模型，并计算驾驶控制信息。运动控制部分的主要功能是执行上层给出的控制信息，结合智能车当前的状态信息生成控制信号，直接控制车身的行驶速度和转向运动。

8、这一部分功能出负责运动控制的Arduino单片机实现。三、控制策略设计模块智能车在道路环境中行驶，通过视觉输入模块不断获取前方的道路环境信息，经过处理后形成驾驶控制信号，驱动智能车按照正确地路径运动。车身的运动带來视野图像环境的改变，新的视野图像作为下一控制周期的输入信息驱动下一周期的运动控制。按照这种方式，环境、摄像头和车体构成一个控制回路。因为每次的视觉输入图像都是车身前方一段距离的预瞄图像，因此整个自主驾驶控制属于预瞄控制。其控制系统模型如图2.5所示道路、车道线、千辆红灯等信息:期望的轨迹舵

9、机周邢路禅规划角度控制器一》车身局部路规划反馈控制回路车身姿念和距离信_…电..陀螺仪和厶~T光电码盘＜道路环境V图2.5缩车控制系统结初图四、缩微智能车自主驾驶行为研究重点在基于视觉导航的自主驾驶屮，视觉图像处理是整个系统的基础。摄像头采集的视觉图像中，除了包含目标道路和有效的环境要索外，很大一部分是对车道识别、标志识别等造成干扰的背景图像。图像处理的工作是根据FI标图像的不同特征，将目标从整幅图像屮分割并识别出来，为自主控制捉供冇效的导航信息。由于从摄像头获取图像