小车导航方案设计.doc

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1、小车导航方案设计小车从起点到救援区的赛道部分的导航通过摄像头实现，利用摄像头对道路信息进行采集，再通过单片机MC9S12XS128对采集的图像数据进行处理，计算出小车在赛道中的位置，从而控制小车沿着赛道行驶，保证小车在整个行驶过程中不压线出界。图3主控芯片MC9S12XS128图4OV7620摄像头实物图救援区LED探测方案设计救援区设置有四个待救援位置，其中一个放置1Hz闪烁LED指示灯，其余放置常亮LED指示灯，救援车根据1Hz闪烁LED灯提示选择位置停车。LED的探测由光敏三极管实现。如图3所示

2、，在小车的前方安装四个由光敏三极管制作的探测头，当小车到达救援区即半圆圆心处时，立即让小车停止，分别检测半圆圆弧上四个待救援位置方向的LED发出的光强，其中光强相对较弱的为1Hz闪烁LED灯，即要寻找的救援车停车位置。进入待救援位置方案设计当小车探测到1Hz闪烁LED灯提示的停车位置后，小车就开始启动，行驶到待救援位置停车。然而此时小车不能再由摄像头来导航，因为救援区没有黑线制作的赛道。可以选择如下三种方案：（1）利用由光敏三极管制作的四个探测头，探测1Hz闪烁LED灯，引导小车进入停车位。（2）在每

3、个待救援位置处安装一个激光发射装置，小车上安装一个激光接受矩阵，沿着已检测出的停车位所发出的那束激光进入停车位。（3）在小车正前方安装一个电子罗盘，当小车停在半圆圆心处时，四个停车位在圆弧上的位置已经确定，每个停车位相对于小车的方向也已经确定，用电子罗盘做指南针，引导小车进入已被探测到的停车位。第一种方案比较难操作，因为四个待救援都有LED在发光，只是那个1Hz闪烁LED灯的光会弱一些，当小车在救援区内可能会由于其他LED的影响而进错停车位；第二种方案不确定是否满足赛题的要求，赛题没有明确规定能否在停

4、车位处放置其他的引导装置；第三种方案方便操作，只需在小车正前方安装一个电子罗盘，通过程序算法控制小车进入停车位，又满足赛题的要求。图像采集技术小车采用OV7620摄像头传感器，OV7620是CMOS彩色/黑白图像传感器，能够满足一般图像采集系统的要求。摄像头采集的赛道图像为灰度图像，赛道背景的灰度值与黑色绝缘胶带的灰度值大小有差别，通过一个设定的阈值对灰度图像数据进行二值化处理，赛道背景化为1，两边的黑色绝缘胶带化为0。图像处理技术图像处理主要工作就是相对准确的提取出两边的黑色边界，然后用均值法求中线

5、，由中线的数据实现小车的自动导航。图像数据经过二值化和简单的滤波处理后，每一行分成两边，从中间开始往两边查找0点，如果连续找到两个0点就说明找到边界，定位赛道的边界位置，计算出小车在赛道中的位置。控制技术小车舵机角度的控制采用开环控制。根据不同的检测路径，判断出小车所在位置，按不同的区间给出不同的伺服电机PWM控制信号，小车转过相应的角度。速度控制采用PID闭环控制。为了使得赛车能够平稳地沿着赛道运行，需要控制车速，使赛车在转弯时速度不至过快而冲出赛道。通过控制驱动电机上的平均电压可以控制车速，但是如

6、果开环控制电机转速，会受很多因素影响，例如电池电压、电机传动摩擦力、道路摩擦力和前轮转向角度等。这些因素会造成赛车运行不稳定。通过速度检测，对车模速度进行闭环反馈控制，即可消除上述各种因素的影响，使得车模运行得更稳定。设计思路如下：小车后轮安装的旋转编码器计算出小车实时速度，与期望小车运行的速度比较，通过PID算法得出PWM输出信号，控制后轮的驱动电机来调整小车行驶速度。救援区探测技术路线LED的探测由光敏三极管实现。在小车的前方安装四个由光敏三极管制作的探测头，当小车到达救援区即半圆圆心处时，立即让

7、小车停止，分别检测半圆圆弧上四个待救援位置方向的LED发出的光强，其中光强相对较弱的为1Hz闪烁LED灯，即要寻找的救援车停车位置。光敏三极管的灵敏度能满足本系统的要求，当然LED的光存在散射，为了提高探测精度，可以对LED光进行调焦处理，使光束尽可能对射到对应的探测头上，还可以为探测头安装遮光筒，让其只接受对应的LED发射过来的光。效果原理图如图5所示。进入停车位技术路线因为四个待救援位置在半圆上是均匀分布的，当小车探测到1Hz闪烁LED灯，就能确定停车位置，得出小车要偏转的角度，然后通过安装在小车

8、正前方的电子罗盘，引导小车进入已被探测到的停车位。准确进入停车位后，由停车标志物使小车停止，同时发出声光信号。本小车控制系统采用MC9S12xs128作为主控芯片，有安装在车前的光电传感器负责采集信号，并将采集到的信号传入微处理器，单片机对信号进行判别处理后，有PWM模块发出PWM波，分别对舵机和直流电机进行控制，完成小车的转向，前进和制动。同时，我们准备在小车上安装光电编码器，用来采集车轮转速反馈来的信息，并由单片机进行增量式PID控制算法处理后自动调