[行政公文]哈尔滨工业大学华德应用技术学院 Delta三角洲技术报告.docVIP

第四届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛 技 术 报 告 学 校：哈尔滨工业大学华德应用技术学院 队伍名称：Delta（三角洲） 参赛队员：王 原 王寅杰 刘福生 带队教师：赵建新 关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第四届“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，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： 摘 要 Delta（三角洲）队参加第四届“飞思卡尔”杯智能车大赛而准备的车模方案。本方案使用OV6620图像传感器获取赛道信息，通过增量式编码器拾取赛车速度，将所得到的信息反馈给9S12XS128微控制器，通过单片机内所预置的控制策略对图像进行形态学和神经网络算法处理后控制舵机的角度和电机的速度，使得车模在跑道上快速、平稳的行驶。在本文中将介绍赛车的硬件设计、软件设计、调试方法及过程。 关键词：智能车；PID；图像处理；控制策略 目 录 摘要 I 第一章 引言 1 1.1 比赛背景介绍 1 1.2 车模总体制作方案 1 1.3 技术报告的结构安排 3 第二章 硬件结构设计 5 2.1 图像传感器的选择 5 2.2 速度传感器的选择 6 2.3 电源模块 6 2.4 电机驱动模块 7 2.5 速度传感器解码模块 8 2.6 电路板设计 8 2.7 本章小结 10 第三章 机械结构设计 11 3.1 车模自身结构的调整 11 3.1.1 前轮前束的调整 11 3.1.2 主销内倾角的调整 11 3.1.3 差速器的调整 12 3.2 图像传感器的安装 13 3.3 速度传感器的安装 13 3.4 舵机的安装 14 3.5 本章小结 15 第四章 软件结构设计 16 4.1 模块初始化 16 4.2 图像的处理和标志提取 17 4.3 电动机PID和舵机PD控制原理 19 4.4 车模控制方案及实现 22 4.5 本章小结 23 第五章 开发与调试 24 5.1 开发调试工具 24 5.2 调试过程 27 5.3 本章小结 28 第六章 结论 29 6.1 总结 29 6.2 展望 30 参考文献 I 致 谢 II 附录A 车模总体电路图 III 附录B 车模程序源代码 IV 第一章 引言 1.1 比赛背景介绍 飞思卡尔智能车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的全国大学生智能汽车竞赛。该项竞赛是由教育部主办的的五大竞赛之一。竞赛是以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，目的在于提高大学生的专业素质，激发大学生的创造力和想象力，增强团队协作意识和能力。 第四界智能车竞赛的决赛将于北京科技大学举办。组委会规定各队采用统一的车模和电池，推荐使用飞思卡尔单片机作为控制器，智能车在单片机内预置控制策略的控制下循迹行驶，单圈行驶速度最快为优胜。同时竞赛要求在本界竞赛在原有竞赛规则中中增加了窄道区等新规则，增加了比赛的难度、趣味和观赏性。 图1.1 车模设计构思 车模采用OV6620图像传感器作为道路信息采集传感器，整个车体的控制采用闭环控制系统，速度传感器使用欧姆龙360线增量型编码器，以飞思卡尔半导体公司9S12XS128 单片机作为控制核心。电机采用8片大功率MOS组成的H桥驱动，速度传感器输入配合解码电路，使反馈更准确。图像更新速度为每秒50次，舵机控制周期为20ms，速度更新周期为5ms，图像传感器高度小于25cm车辆的有效前瞻为75cm。 图1.2 车模电路设计构思 图像取自OV6620图像传感器YUV输出的Y信号（亮度信号），通过固定阈值和动态阈值修正方法取得二值化阈值并对每一幅画面进行二值化处理。应用形态学方法对图像去噪声，并使用神经网络方法的简化和改进算法进行跑道的提取。使用得到的数据对舵机实行PD控制，分析跑道特征控制车辆速度，车模的驱动电机使用增量PID控制。图1. 实验车模外形 第二章 硬件结构设计 2.1 图像传感器的选择 图像的效果和图像的获取的大小直接关系了车辆的运行稳定性和高速型。一款好的面阵图像传感器（即摄像头）应有高速采集、大的视野、好的动态和较强的适应性等。可见这些都是选择图像传感器的条件。针对市场上琳琅满目的产品，从中选择一款合适的作为车模的主要传感器显然是有一定困难。 市场