智能车大赛同济大学一队技术报告.docVIP

参加比赛的智能车最终采用视觉 CCD摄像头用于采集赛道黑线信息，识别黑线位置；以脉宽调制（PWM）方式控制舵机转角；采用砰-砰控制对驱动电机进行闭环速度控制。在具体的试验赛道中进行调试，取得了较好的效果。第一章 引言 1.1 开发背景介绍 本课题来源于 “飞思卡尔”杯第二届全国大学生智能车竞赛，采用飞思卡尔16 位微控制器MC9S12DG128B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、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，完成智能车的工程制作及调试。最终完成后的智能车能够自主识别黑色导引线，巡线高速平稳行驶。 参加比赛的智能车最终采用视觉 CCD摄像头用于采集赛道黑线信息，识别黑线位置；以脉宽调制（PWM）方式控制舵机转角；采用砰-砰控制对驱动电机进行闭环速度控制。在具体的试验赛道中进行调试，取得了较好的效果。 1.2 章节安排 论文章节安排如下： 第一章引言，主要介绍本论文的选题背景与意义。 第二章智能车总体设计方案，介绍智能车系统的总体构架和主要部件，并且在多种方案中进行比较，最终选择了合适的方案。 第三章机械结构分析与设计，对智能车的重心分布以及四轮参数调整等问题做了分析。 第四章智能车硬件电路设计，给出了智能车的硬件电路。 第五章控制策略与软件实现，在多种控制方案中进行比较，最终确定合适的转向舵机和驱动电机的控制方案。 第六章测试与实验数据分析，结合实际测试结果，对得到的数据进行分析，进一步改进算法及相关参数。 第七章结论，对本论文的主要工作进行总结，提出智能车系统的不足之处与改进方案。 ? 第二章 智能车总体设计方案 2.1 智能巡线车方案比较 2.1.1 黑线识别方案 在黑线识别方面，通常采用的传感方案有两种：红外传感器方案、视觉 CCD传感方案。两种方案各有优缺点： 红外光电管方案的优点是：对单片机资源消耗少；响应速度快，但是明显的缺点是：受制于传感器的数量，赛道空间分辨率低；对于智能车前方路面不能预判，前瞻性差。 摄像头传感方案的优点是：赛道分辨率很高；前瞻性较强；但是缺点是：对单片机片内资源消耗大；实时性略差。 由于 DG128单片机的片内资源比较丰富，功能强大，因此最终决定采用面阵 CCD摄像头传感方案用于黑线识别。 2.1.2 车速的测量 由于智能车驱动电机的机械特性很软，因此，在车速控制上，就必须采用闭环控制，这就需要实时、精确的测量智能车的实际速度。 在车速的测量上，可以采用的方法有： （1）光码盘测速 可以将自制的光码盘安装在驱动轴上，通过记录脉冲数或者脉冲间隔来达到测速的目的。这种方案的精度较高，但是由于已经采用了摄像头传感方案，需要单片机片内高速 AD连续工作，记脉冲数或者测脉宽的方式可能在程序的执行过程中中，打乱高速 AD的顺序流，因此，没有采用。 （2）编码器 可将编码器通过齿轮与驱动轴上的齿轮啮合，检测编码器输出的数据，就能方便的转换为实际的车速。但是，一般的编码器都有一定的重量，会增大智能车在行驶过程中的阻力，影响高速行驶。 （3）测速电机 将测速电机与驱动轴齿轮啮合，测速电机两端电压就代表了实际的车速。虽然，测速电机会有一定的延时，但是测速电机的重量很轻，机械阻力很小，而且采用单片机的另一路 AD采样得到速度值，对单片机的负荷也比较小。 最终，采用了测速电机作为驱动电机闭环控制系统中的检测装置。 2.2 系统的总体结构 2.2.1系统结构框图： 图 2-1 系统结构框图 2.2.2 系统各部分的主要功能 （1）面阵 CCD型摄像头 CCD传感器可以将智能车前方很远的道路图像映射到 CCD器件中，从而得到智能车前方很大范围内的道路信息。通过软件算法，可以实现对赛道中黑线的识别，得到道路的方向、曲率等信息。本设计中采用的摄像头，标称供电电压9V，影像传感器为1/3” CCD，清晰度380TV，足以完成检测赛道黑线的任务。 （2）测速电机 用于实时检测智能小车的车速，通过A/D 转换后，将速度值反馈回单片机，用于对智能车的速度进行闭环控制。本设计中采用小型电机作为测速电机使用，经实验验证，该电机的输出电压与电机转速间具有较好的线性关系，能够满足精度并不非常高的车速测量要求。 (3) 舵机 Futaba S3010 工作原理为：控制信号-控制电路板-电极转动-齿轮组减速-舵盘转动-位置反馈电位计-控制电路板反馈，即控制量-舵盘角度。?三线连接：（黑）地线，（红）电源线，（白）控制线。 由单片机输出PWM信号接舵机控制线，即能使舵机在正负45度范围内转动，控制方法如图2-2： 图 2-2 舵机控制方法 舵机控制输入的脉宽