基于CCD图像的模型小车转向模糊控制技术报告-智能汽车设计技术方案报告

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1、第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智矣W汽车邀请赛技术报告附录B基于CCD图像的模型小车转向模糊控制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，HP：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：目录第一章引言1第二章模型车系统方案概述12.1总体思

2、路12.2设计方案2第三章模型车系统的电路设计53.1系统便件电路的基本组成部分53.2主要单元电路的设计63.2.1电源部分的单元电路设计63.2.2传感器检测部分的单元电路设计73.2.3智能控制部分的单元电路设计7第四章模型车的安装及改装制作92.1模型车的安装94.2模型车的改装9第五章模型车系统的软件设计105.1软件主流程105.2小车的状态信息检测113.3转向控制算法13第六章模型车系统的调试14第七章结论16参考文献16附录A部分程序源代码17附录B基于CCD图像的模型小车转向模糊控

3、制24第一章引言在第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车比赛屮，需要制作一个以MC9S12DG128单片机（下文简称S12）为核心控制单元并可以自主识别路径的模型赛车进行比赛。赛道底色为片色，标有黑色中心线。如何准确识别道路屮心线参数（位置、角度、曲率等），计算出赛车与道路中心线的相对位置与相对角度，是整个控制系统屮的关键⑴。为此，本系统选用面阵CCD作为路面信息检测的传感器，通过对CCD图像传感器所摄取的路面图像进行信息处理获得路径参数。控制策略采取了模糊控制，充分利用S12单片机内部的模糊指令。第二

4、章模型车系统方案概述2.1总体思路使用面阵CCD进行赛道参数检测的方案，充分利用S12单片机内部硬件资源AD模块，直接采集CCD输出的模拟信号，可以获得满足参数检测需要的图像，计算出赛道参数，进而完成路面信息检测。利用电位器测得舵机转向，编码器测得车速，为S12单片机控制提供有效的小车状态量：转向与车速；控制策略采用了两种控制方法：基于路径偏差、车模姿态的比例微分+预瞄控制；多维模糊控制。并充分利用S12单片机内部的模糊指令，简化了软件设计，提高了运行速度。根据设计要求，系统可总体分为电源管理部分、控

5、制部分、信号检测部分和通讯及调试部分。其屮控制部分包括：控制器模块、驱动电机模块、舵机转向模块。信号检测部分包括：道路信息检测模块、方向角检测模块、速度检测模块。各模块的功能关系、逻辑关系如下：道路信息检测模块为控制器模块获取路径参数，提供小车与跑道的位置信息；控制器模块则根据控制策略对驱动电机模块和舵机转向模块输出合适的控制信号；而方向角检测模块与速度检测模块测得描述小车运行的状态量：舵机转动的方向与角度、小车后轮的转速，并反馈给控制器模块；通讯及调试部分用于在线与控制器通讯并调整控制器的有关参数；

6、电源管理模块为各模供电。系统的方框图如图1.1所示。图2.1系统方框图2.2设计方案各模块的设计如下：1）控制器模块控制器主要用于各个传感器信号的接收和处理、控制小车舵机转向与驱动电机速度等。该模块的核心是S12单片机。2）驱动电机及转向舵机驱动模块驱动电机及舵机控制均采用S12单片机的PWM驱动方式。其中，直流驱动电机采用飞思卡尔公司的电机驱动芯片MC33886o3）路面信息检测模块路面信息检测模块要能够实现检测路径参数。检测路径传感器采用CCD图像传感器。普通CCD传感器图像分辨率都在300线Z上

7、，远大于光电管阵列。通过镜头，可以将车模前方很远的道路图像映射到CCD器件屮，从而得到车模前方很大范围内的道路信息。对图像屮的道路参数进行检测，不仅可以识别道路的中心位置，同时还可以获得道路的方向、曲率等信息。利用CCD器件，通过图像信息处理的方式得到道路信息，可以有效进行车模运动控制，提高路径跟踪精度和车模运行速度⑴。4）方向角检测模块采用电位器检测舵机的转角与转向。电位器选用了口本Sakae精密单圈线绕电位器，该电位器主要的有关参数如表1.1所示。表2.1电位器的主要参数封装阻值功率机械行程重量寿

8、命轴套安装200Q0.5W360°（连续旋转）30g1,000,000转电路连接简单，使用方便。通过电位器把舵机的转角与转向变成模拟的电压信号，经单片机内的ADC采集，可以得出较精确的数值。5）速度检测模块该模块釆用编码器检测小车的速度。编码器选用了日本SES-17编码器。该编码器的主要参数如表1.2所示。表2.2编码器的主要参数电源电压电流消耗输出脉冲数输出相输出波形最大允许旋转速度许可载荷起动扭矩相位差重量DC5V±30mA200A,B相近似A、B相