農(nóng)業(yè)之魂二隊(duì)技術(shù)報(bào)告

1、關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究使用的說(shuō)明本人完全了解第五屆使用技術(shù)報(bào)告和研究大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車(chē)競(jìng)賽有關(guān)保留、的規(guī)定，即：參賽著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會(huì)和飛思卡爾半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁(yè)上收錄并公開(kāi)參賽的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車(chē)的、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會(huì)集中。參賽隊(duì)員簽名： 帶隊(duì)教師簽名： 日期： I摘要本文以第五屆“飛思卡爾”杯大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽為背景，介紹了智能汽車(chē)系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)流程。包括車(chē)模機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)調(diào)整，攝像頭的選擇與安裝，電源管理電路、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，圖像處理和及調(diào)試方法介紹等內(nèi)容。該系統(tǒng)以 MC9S12XS128 微處理器為策略分析，采用數(shù)PID字

2、攝像頭檢賽道測(cè)路徑，結(jié)合所測(cè)車(chē)速信息舵機(jī)轉(zhuǎn)向，應(yīng)用算法調(diào)節(jié)車(chē)速。經(jīng)過(guò)大量底層和上層測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案可行。：智能車(chē)、飛思卡爾、MC9S12XS128、PID、攝像頭IIABSTRACTUnder the background of the fifth session of the Freescale Smart Car Competition, this paper introduces both the hardware and software construction ,as well as the development process of the intelligent c

3、ar control system .In detail itrefers to the car ms mechanism structure adjustment ,the selection of camera andits settlement scheme,the design of power management circuits and motor drive unit,the analysis of image processing,control algorithm and strategy optimization ,the debugging method is also

4、 introduced .The smart car control system uses MC9S12CXSS128 MCU as its core controller.According to the path information got by digital camera combined with the cars moving speed measured by the photoelectric sensor ,steering engine of the car is set with a suitable angle ,at the same time ,speed i

5、s adjusted properly and automatically by an application of PID algorithm . After cyclic tests on the system from bottom to upper sides，the results of tests indicate that our design scheme is available.Keywords: smart car, freescale, MC9S12CXSS128，PID, CCDIII目錄摘要IIABSTRACTIII目錄IV引言11.1 背景介紹11.2 概述1系統(tǒng)

6、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)分析32.2 整車(chē)布局32.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及調(diào)整方案53.1 車(chē)身高度53.2 前輪Toe 角度63.3 前輪Camber link73.4 后輪Camber link73.5 前、后減震器位置83.6 差速器93.7 輪胎優(yōu)化調(diào)整93.8 重心調(diào)整與車(chē)上設(shè)備的布置103.9 攝像頭的固定和安裝103.10 舵機(jī)安裝結(jié)構(gòu)的調(diào)整113.11 本章小結(jié)11硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)124.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)124.2 電源穩(wěn)壓模塊134.3 攝像頭模塊15第一章第二章第三章第四章IV4.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊164.5 速度傳感器174.6 本章小結(jié)17軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)185.1 程

7、序整體架構(gòu)185.2 圖像處理18第五章5.3策略215.4 本章小結(jié)22系統(tǒng)調(diào)試236.1 軟件調(diào)試平臺(tái)236.1.1 編輯界面236.1.2 編譯調(diào)試窗口246.2 無(wú)線傳輸模塊246.2.1 模塊介紹256.2.2 接口電路管腳說(shuō)明266.2.3 模塊引腳和電氣參數(shù)說(shuō)明266.3 電池放電檢測(cè)276.4 撥碼開(kāi)關(guān)模塊286.5 本章小結(jié)28基本參數(shù)29結(jié)論30第六章第七章第八章鳴謝31參考文獻(xiàn)32附錄I部分源程序IV第一章 引言1.1 背景介紹現(xiàn)在半導(dǎo)體在汽車(chē)中的應(yīng)用越來(lái)越普及，汽車(chē)的電子化已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。它包括了裝置，即通過(guò)電子裝置汽車(chē)發(fā)、底盤(pán)、車(chē)身、制動(dòng)防抱死及動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

8、等，到車(chē)載裝置，即汽車(chē)信息系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車(chē)音響及車(chē)載通信系統(tǒng)等等，幾乎涵蓋了汽車(chē)的所有系統(tǒng)。的迅猛發(fā)展必將滿足人們逐步增長(zhǎng)的對(duì)于安全、節(jié)能、環(huán)保以及智能化和信息化的需求。作為全球最大的半導(dǎo)體供應(yīng)商，飛思卡爾公司一直致力于為汽車(chē)電子系統(tǒng)提供全范圍應(yīng)用的單片機(jī)、模擬器件和傳感器等器件和解決方案。飛思卡爾公司在的半導(dǎo)體器件市場(chǎng)擁有領(lǐng)先的地位并不斷贏得客戶的認(rèn)可和信任。其中在 8 位、16 位及 32 位汽車(chē)微第一。飛思卡爾公司生產(chǎn)的 S12 是一個(gè)非常器的市場(chǎng)占有率居于全球系列，在全球以及中國(guó)的范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用中。為加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，促進(jìn)高等教育教學(xué)，受教育部高

9、等教育司委托(教高司函2005201 號(hào))，由教育部高等學(xué)校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主辦大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽。該競(jìng)賽以“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵(lì)探索，追求卓越”為指導(dǎo)思想，是以智能汽車(chē)為競(jìng)賽平臺(tái)的多學(xué)科專(zhuān)業(yè)交叉的創(chuàng)意性科技競(jìng)賽，是面向踐活動(dòng)。大學(xué)生的一種具有探索性的工程實(shí)該競(jìng)賽己舉辦了四屆，得到了原教育部副部長(zhǎng)吳啟迪教授、教育部高26 個(gè)?。ń趟?、各高校師生的高度評(píng)價(jià)，已發(fā)展成為有）、直轄市 230 余所高校廣泛參與的大學(xué)生賽事。第三、第四屆比賽連續(xù)獲得教育部、財(cái)政部“教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)工程”資助。1.2 概述第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽將于 2010 年 8 月 21、22 日在杭州電子科技大學(xué)舉行

10、，比賽要求使用競(jìng)賽爾半導(dǎo)體公司的 8 位、16 位微行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括傳感器信號(hào)處統(tǒng)一指定的競(jìng)模套件，采用飛思卡器作為單元，構(gòu)思以及方案進(jìn)算處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)法軟件開(kāi)發(fā)等，完成智能車(chē)工程制作及調(diào)試，于指定日期與地點(diǎn)參加各分賽區(qū)的場(chǎng)地比賽，在獲得決賽資格后，參加總決賽的場(chǎng)地比賽。中心目標(biāo)是不大賽規(guī)則的情況下以最短時(shí)間完成單圈賽道。本文主要對(duì)車(chē)模的整體設(shè)計(jì)思路：硬件與軟件設(shè)計(jì)及車(chē)模的裝配調(diào)試過(guò)程作簡(jiǎn)要的說(shuō)明。由于該項(xiàng)賽事在國(guó)內(nèi)已舉辦了四屆，所以往屆的比賽模式第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告及各參賽隊(duì)的優(yōu)異表現(xiàn)成為了我們小組本次參加比賽的主要參考對(duì)象。智能車(chē)競(jìng)賽的賽道是一個(gè)具有特定幾何約束、磨擦

11、系數(shù)及光學(xué)特性的白底面板，其中心貼有對(duì)可見(jiàn)光及不可見(jiàn)光均有較強(qiáng)吸收特性的黑色條帶，寬度為 2.5cm。智能車(chē)通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)自身運(yùn)動(dòng)速度及方向等進(jìn)行調(diào)整來(lái)“沿”賽道運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)策略的制定主要是依靠對(duì)傳感器得到的道路及行駛信息進(jìn)行行四個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行的。、分析、決策、執(zhí)這份技術(shù)報(bào)告中，我們小組通過(guò)對(duì)整體方案、電路、算法、調(diào)試、車(chē)輛參數(shù)的介紹，詳盡地闡述了我們備賽過(guò)程中的思想和創(chuàng)意，具體表現(xiàn)在傳感器固定的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以及算法方面的獨(dú)特想法，而對(duì)車(chē)輛行駛狀況穩(wěn)定性的調(diào)試也讓我們付出了艱辛的勞動(dòng)。這份報(bào)告凝聚了我們的心血和智慧，是我們小組成員共同努力后的成果。在準(zhǔn)備比賽的過(guò)程中，我們小組成員涉獵、模式識(shí)別、傳感技術(shù)

12、、汽車(chē)電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科，這次磨練對(duì)我們的知識(shí)融合和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)有極大的推動(dòng)作用。2第二章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)分析整個(gè)智能車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可分為：機(jī)械部分、硬件電路部分和控軟件制部分。機(jī)械方面，本次比賽所使用的車(chē)模是一款大賽統(tǒng)一提供的帶有差速器的四輪驅(qū)動(dòng)模型，由于本身為越野車(chē)型，而比賽賽道路面平坦，故我們小組決定對(duì)車(chē)模的減震系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造，根據(jù)固定需要和測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題做了其它改造。比賽要求參賽隊(duì)伍通過(guò)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的自動(dòng)系統(tǒng)車(chē)模在封閉的跑到上尋線運(yùn)行，在保證模型車(chē)穩(wěn)定即不沖出跑道的前提下，在最短時(shí)間內(nèi)跑完一圈即成績(jī)最好。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)自動(dòng)器是制作智能車(chē)的

13、環(huán)節(jié)。車(chē)模和器可以看作是一個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)，它由傳感器，信息處理與單元，執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)部分組成。其中，由信息處理與單元（即單片機(jī)）所進(jìn)行的信號(hào)處理和以單片機(jī)為決策是智能車(chē)的關(guān)鍵所在。，配有傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及它們的驅(qū)動(dòng)電路了系統(tǒng)的硬件部分。在嚴(yán)格遵守規(guī)則中對(duì)于電路設(shè)計(jì)和制作的限制，保證智能車(chē)可靠運(yùn)行的前提下，電路應(yīng)該盡可能的緊湊，以減輕系統(tǒng)負(fù)載，提高智能車(chē)的靈活性。2.2 整車(chē)布局今年攝像頭組采用了新的B 型車(chē)模，B 型車(chē)模采用的是國(guó)內(nèi)廠商生產(chǎn)的1：16 的電動(dòng)越野車(chē)的底盤(pán)部分，突出特點(diǎn)為四輪驅(qū)動(dòng)，四輪懸掛，相比于往年比賽采用的 A 型車(chē)模結(jié)構(gòu)上復(fù)雜程度有所增加。同時(shí)可調(diào)整參數(shù)也有所增加，主要的可調(diào)整

14、參數(shù)為：車(chē)身高度、前輪Toe 角度、前輪Camber link、后輪Camber link、前后輪減震器位置、差速器等。由于今年B 型車(chē)模的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，我們本著盡量少做機(jī)械結(jié)構(gòu)上的改動(dòng)，盡量輕量化的原則完成了車(chē)模的整車(chē)布局，其主要特點(diǎn)如下：(1)更改舵機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，以提高舵機(jī)的響應(yīng)速度； (2)拆掉前后輪減震，以降低車(chē)模重心；(3)采用高強(qiáng)度復(fù)合型材料加固車(chē)模底盤(pán)；(4)攝像頭置于車(chē)模尾部，減少前方盲區(qū)。第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告圖12.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：(1) 單片機(jī)HS128 最小系統(tǒng)；(2) 道路檢測(cè)傳感器部分；(3) 舵機(jī)及后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分； (4)電源穩(wěn)壓

15、電路。圖24第三章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及調(diào)整方案模型車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和組裝形式是整個(gè)車(chē)身的基礎(chǔ)，對(duì)于智能車(chē)的運(yùn)行有直接影響?？v觀前幾屆比賽可以發(fā)現(xiàn)，由于在機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝和車(chē)身零件調(diào)校上的輕視，很多隊(duì)伍在比賽中表現(xiàn)不佳。經(jīng)過(guò)吸取往屆參賽隊(duì)伍失利的慘痛教訓(xùn)， 我們今年對(duì)B 型車(chē)模的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仔細(xì)分析和設(shè)計(jì)調(diào)整，取得了不錯(cuò)地效果。圖3B 型車(chē)模采用的是國(guó)內(nèi)廠商生產(chǎn)的 1：16 的電動(dòng)越野車(chē)的底盤(pán)部分，突出特點(diǎn)為四輪驅(qū)動(dòng)，四輪懸掛，相比于往年比賽采用的 A 型車(chē)模結(jié)構(gòu)上復(fù)雜程度有所增加。同時(shí)可調(diào)整參數(shù)也有所增加，而通過(guò)調(diào)整這些參數(shù)，可以改變車(chē)輛的性能。整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)與調(diào)整主要分為以下幾個(gè)方面:1，車(chē)身高度；2，

16、前輪Toe 角度；3，前輪Camber link；4，后輪Camber link；5，前、后減震器位置；6，差速器；7，輪胎優(yōu)化調(diào)整；8，重心調(diào)整與車(chē)上設(shè)備的布置；9，攝像頭的固定和安裝；10 舵機(jī)安裝結(jié)構(gòu)的調(diào)整。3.1 車(chē)身高度車(chē)身高度指的是當(dāng)車(chē)子滿載的時(shí)候，底盤(pán)離地面的高度。可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)前、后橋中的一粒內(nèi)六角螺絲來(lái)調(diào)整車(chē)身高度。但實(shí)際中我們需要大幅度降低底盤(pán)第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告高度，通過(guò)六角螺絲調(diào)整遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到我們想要的效果。而通過(guò)去掉減震的方法可以大大降低車(chē)身高度，由此增強(qiáng)車(chē)模穩(wěn)定性。圖4前橋的內(nèi)六角螺絲圖5后橋的內(nèi)六角螺絲3.2 前輪 Toe 角度Toe 角度（束角）是描述從

17、車(chē)的正上方看，車(chē)輪的前端和車(chē)輛縱線的夾角。車(chē)輪前端向內(nèi)傾（內(nèi)八字），稱(chēng)為T(mén)oe-in，車(chē)輪前端向外傾（外八字），稱(chēng)為T(mén)oe-out。不同的 Toe 角度會(huì)改變車(chē)輛的轉(zhuǎn)向反應(yīng)和直道行駛的穩(wěn)定性?？梢酝ㄟ^(guò)改變前萬(wàn)向節(jié)拉桿（圖 6 所示）的長(zhǎng)度來(lái)改變Toe 角度。6第三章機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及調(diào)整方案圖6 前懸掛圖7 后懸掛3.3 前輪 Camber linkCamber link 是指前上橋兩端的固置。Camber link 決定了車(chē)輪的Camber角度，以及懸掛移動(dòng)時(shí) Camber 角度的改變量，和懸掛系統(tǒng)的幾何特性。Camber link 位置會(huì)影響車(chē)輛的穩(wěn)定性和抓地力?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整前上橋的拉桿（圖

18、6 所示）的長(zhǎng)度來(lái)改變前輪的Camber link。3.4 后輪 Camber linkCamber link 是指后上橋兩端的固置。Camber link 決定了車(chē)輪的Camber角度，以及懸掛移動(dòng)時(shí) Camber 角度的改變量，和懸掛系統(tǒng)的幾何特性。Camber7第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告link 位置會(huì)影響車(chē)輛的穩(wěn)定性和抓地力?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整后懸掛長(zhǎng)柄萬(wàn)向節(jié)上的拉桿的長(zhǎng)度來(lái)改變后輪的Camber link，如圖 7 所示；也可通過(guò)改變后懸掛長(zhǎng)柄萬(wàn)向節(jié)車(chē)身一端的固 置來(lái)獲得不同的Camber link，如圖 8 所示。圖8 B型車(chē)模后視圖制成，其本身的剛性不足限制了對(duì)車(chē)模進(jìn)行微調(diào)的程度

19、。由于車(chē)模是由而且對(duì)于調(diào)整前輪Toe 角度、前后輪CamberLink 都需要精密的角度測(cè)量?jī)x器。綜合以上因素，我們決定放棄對(duì)車(chē)模的前輪 Toe 角度、前后輪 CamberLink 進(jìn)行精密調(diào)節(jié)。而是以保證車(chē)模前后車(chē)輪盡量水平、對(duì)稱(chēng)為主。3.5 前、后減震器位置圖9 前減震器固置8第三章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及調(diào)整方案圖10 后減震器固置通過(guò)調(diào)整前、后減震器上端的固置以可以獲得不同的減震效果，從而獲得不同的抓地力?？紤]到我們比賽使用的賽道為平坦路徑，并且降低重心可以加強(qiáng)的穩(wěn)定性等因素，我們最終決定去掉用于減震作用的彈簧。3.6 差速器差速器有差速作用和限滑作用：差速作用使兩輪可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并使兩輪轉(zhuǎn)動(dòng)

20、速度的平均值等于整驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；限滑作用在兩輪相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生阻力，以限制兩輪速度差，防止其中一個(gè)發(fā)生過(guò)度打滑和空轉(zhuǎn)。齒輪差速通?？商畛洳钏儆?。差速油可以使齒輪在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合時(shí)產(chǎn)生阻力。不同的差速油會(huì)帶來(lái)不同的差速效果，通過(guò)在前、中、后三個(gè)差速器中使用不同的差速油，可以獲得不同的轉(zhuǎn)向特性。為了找出合適的差速油，我們嘗試了 KYOSHO 生產(chǎn)的軸承油、京商生產(chǎn)的摩擦油、30000#差速油膏和普通潤(rùn)滑油等不同的產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)固體的差速油膏比較適合長(zhǎng)久的潤(rùn)滑效果。3.7 輪胎優(yōu)化調(diào)整輪胎是車(chē)身與地面直接接觸的部件，直接影響智能車(chē)附著力（俗稱(chēng)抓地力）與過(guò)彎性能。我們知道智能車(chē)附著力的好壞

21、對(duì)于車(chē)身加性性能及過(guò)彎時(shí)瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)優(yōu)劣有較大影響。在整個(gè)車(chē)體調(diào)整過(guò)程中，輪胎優(yōu)化是很重要的。由于限定了輪徑及輪胎的改動(dòng)，我們的調(diào)整主要車(chē)?，F(xiàn)有輪胎。在調(diào)車(chē)過(guò)程中，我們可以發(fā)現(xiàn)，新輪胎在使用一段時(shí)間后，智能車(chē)的附著力會(huì)增加，之后逐漸減少。這是由于隨著輪胎地使用，胎面表面會(huì)變得粗糙，中間的分模面也會(huì)磨損掉，整個(gè)胎面看上去比較平整，此時(shí)胎面的附著性能達(dá)到最佳。因此，我們可以事先進(jìn)行人為前期磨損，使其達(dá)到好的附著性能。 另外，高速9第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告過(guò)彎，特別是攝像頭車(chē)過(guò)彎時(shí)由于地面對(duì)輪輪胎側(cè)向力很大，易使輪胎脫離輪轂，這時(shí)可以考慮將輪胎粘在輪轂上或是在輪胎使用一定時(shí)間后對(duì)其進(jìn)行更換

22、。3.8 重心調(diào)整與車(chē)上設(shè)備的布置在電機(jī)和電池相同的情況下，車(chē)體重量對(duì)于車(chē)的加性能有著的影響，因此在車(chē)身支架及設(shè)備布置時(shí)應(yīng)該盡量減少不必要的配置，使車(chē)總重盡量減少。 車(chē)體重心高低主要影響車(chē)身運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)定性，對(duì)于平順性也有一定影響。重心調(diào)整主要目標(biāo)是在過(guò)坡的前提下盡量降重心?？梢酝ㄟ^(guò)壓縮減震或者去掉減震來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外將車(chē)上設(shè)備盡量布置在車(chē)體轉(zhuǎn)動(dòng)中心上，有利于車(chē)體在過(guò)彎時(shí)的響應(yīng)。 為了降低整車(chē)重心，需嚴(yán)格CCD 及其安裝架的重量。首先，在 CCD 攝像頭的選擇上采用了鏡頭固定在電路板上的 板 CCD，去掉了 CCD 外殼的重量。然后是設(shè)計(jì)了輕巧的鋁合金 CCD 夾持組件，便于攝像頭的拆卸，并采用了碳

23、度質(zhì)量比。管作為安裝 CCD 的主桅，這樣可以獲得最大的剛3.9 攝像頭的固定和安裝攝像頭通過(guò)透鏡將前面的道路圖像呈現(xiàn)在傳感器上，因此它具有相對(duì)較遠(yuǎn)的道路檢測(cè)前瞻距離及范圍。調(diào)整攝像頭安裝的高度以及方向，可以改變其檢測(cè)道路的范圍。我們通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部到的圖像信號(hào)來(lái)輔助調(diào)整攝像頭。增加攝像頭的安裝高度可以減小圖像的梯形失真，但攝像頭過(guò)高會(huì)是整個(gè)系統(tǒng)重心增高，影響車(chē)模運(yùn)行的穩(wěn)定性。所以攝像頭的最終位置需要在調(diào)車(chē)過(guò)程中不斷調(diào)節(jié)，以確定出最合適的位置。對(duì)于攝像頭的固定，我們采用了碳管作為安裝 CCD 的主桅，以及自行設(shè)計(jì)的鋁合金 CCD三視圖如下所示：夾持組件，其立體圖和圖11攝像頭卡槽10第三章機(jī)械結(jié)

24、構(gòu)設(shè)計(jì)及調(diào)整方案圖12 攝像頭卡槽三視圖3.10 舵機(jī)安裝結(jié)構(gòu)的調(diào)整我們?cè)趯?shí)際調(diào)制中發(fā)現(xiàn)，若加長(zhǎng)舵機(jī)柄，即可增大模型車(chē)行進(jìn)中的車(chē)輪轉(zhuǎn)向速度。這樣雖然在舵機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下加快了車(chē)輪的轉(zhuǎn)角速度，但是給舵機(jī)轉(zhuǎn)向增大了負(fù)荷。在實(shí)際調(diào)試中，出現(xiàn)過(guò)舵機(jī)里面齒輪被損壞的情況。所以為了保證舵機(jī)的可靠性，我們最終折中選取了比較恰當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)桿長(zhǎng)度，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間驗(yàn)證，可以確保舵機(jī)的可靠使用。3.11 本章小結(jié)本章主要介紹了各個(gè)部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)于整車(chē)的性能至關(guān)重要，根據(jù)往屆的經(jīng)驗(yàn)，要想取得好成績(jī)，模型車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化占有很大的關(guān)系。其中，前輪參數(shù)優(yōu)化、轉(zhuǎn)向舵機(jī)力臂增大和底盤(pán)重心位置調(diào)整對(duì)于車(chē)模的機(jī)械性能有

25、著較大的影響。只有在較好的機(jī)械結(jié)構(gòu)的前提下，控制算法才能發(fā)揮出其應(yīng)有的效果?？偠灾{(diào)整舵機(jī)安裝時(shí)以最大相應(yīng)速度、較低負(fù)載為目標(biāo)，至于放置位置則根據(jù)整車(chē)的重心調(diào)整決定，前輪和后輪差速則需在轉(zhuǎn)彎性能和加性能之間權(quán)衡，齒輪傳構(gòu)和速度傳感器安裝則以較低的電機(jī)負(fù)載和適當(dāng)?shù)凝X輪嚙合度為目標(biāo)，除了以上部分的調(diào)整外，還可對(duì)主懸架彈簧松緊和底盤(pán)高度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，通過(guò)增加避震彈簧的剛性、降低底盤(pán)高度，了的行駛表現(xiàn)。對(duì)各個(gè)部件的調(diào)整需從整車(chē)的角度考慮，不能單獨(dú)各個(gè)擊破，需要相互協(xié)調(diào)、取舍。11第四章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)是自動(dòng)器的基礎(chǔ)，整個(gè)智能車(chē)系統(tǒng)是由三部分組成的：S12XS 為在主板上組成信號(hào)電磁干擾，

26、我們把的最小系統(tǒng)板、主板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板。最小系統(tǒng)板可以插、處理和電機(jī)單元。為了減小電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路帶來(lái)的單元部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分來(lái)，做成了兩塊電路板。主板上裝有組成本系統(tǒng)的主要電路，它包括如下部件：電源穩(wěn)壓電路、攝像頭接口、舵機(jī)接口、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口、激光對(duì)管接口、鍵盤(pán)接口、無(wú)線模塊接口、電源接口、單片機(jī)最小系統(tǒng)板插座、指示燈、按鍵、開(kāi)關(guān)等。下面將對(duì)我們小組硬件設(shè)計(jì)中的幾個(gè)主要模塊進(jìn)行介紹。4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)部分使用MC9S12XS128 單片機(jī)，80 引腳封裝，為減少電路板空間，板上僅將本系統(tǒng)所用到的引腳引出，包括PWM 接口，外部中斷接口，若干普通IO 接口。其他部分還包括電源

27、濾波電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、串行通訊接口、BDM接口和SPI 接口。圖13 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖單片機(jī)引腳如下：PORTA1-5：按鍵PORTT0-2：LED 測(cè)試燈PORTB0-7：攝像頭數(shù)據(jù)線第四章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)PORTE2-7：無(wú)線傳輸模塊PE2：奇偶場(chǎng)信號(hào)IRQ：行同步脈沖輸入信號(hào)。PT6：光電編碼器脈沖輸入信號(hào)。PWM0、1：舵機(jī)角度信號(hào)輸出。PWM2、3、4、5：電機(jī)速度信號(hào)輸出。4.2 電源穩(wěn)壓模塊電源模塊為系統(tǒng)其它各個(gè)模塊提供所需的電源。設(shè)計(jì)中，除了要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)外，還要在電源轉(zhuǎn)化效率、降低噪聲、防止干擾和電路簡(jiǎn)單方面進(jìn)行優(yōu)化?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€(gè)硬件電路

28、穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)全部硬件電源由 7.2V、2000mAh 的可充電鎳鎘蓄電池提供。由于電路中的不路模塊所需要的工作電壓和電流容量各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包含多個(gè)穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊所需要的電壓。電源穩(wěn)壓電路主要分為如下三類(lèi)：（1） +3.3V 電壓，主要為無(wú)線傳輸模塊RF905 提供電壓；（2） +5V 電壓，主要為單片機(jī)及部分接口電路提供電源，電壓要求穩(wěn)定、噪聲小，電流容量大于 500mA；（3） +6V 電壓，主要為舵機(jī)提供工作電壓，實(shí)際工作時(shí)，舵機(jī)所需電壓一般在幾十毫安左右，電壓無(wú)需十分穩(wěn)定。（4）7.2V 電壓，這部分直接取自電池兩端電壓，主要為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模

29、塊提供電源。由于整個(gè)系統(tǒng)中+5V 電路功耗較小，為了降低電源紋波，我們考慮使用線性穩(wěn)壓電路。另外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)，電池電壓壓降較大，為提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，必須使用低壓降電源穩(wěn)壓，常用的低壓降串聯(lián)穩(wěn)壓主要有 2940、1117 等等。2940 雖然壓降比 1117 更低,但是紋波電壓較大。相比之下，1117 的性能更好一些,具有輸出電壓恒定，壓降較低的優(yōu)點(diǎn)，而且無(wú)需專(zhuān)門(mén)考慮散熱問(wèn)題。13第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告圖14 lm1117穩(wěn)壓電路圖15 lm1117 ADJ穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓電路組成，我們采用如圖 16 所示的星型結(jié)電源模塊由若干相互構(gòu)，可以有效減小各模塊間的相互干擾。14第四章 硬

30、件系統(tǒng)設(shè)計(jì)充電電池(7 2V 2000mAh）Lm1117 5VLm1117 6VLm1117ADJ電機(jī)單片機(jī)速度傳感器攝像頭舵機(jī)無(wú)線傳輸模塊圖16 電源模塊的電路結(jié)構(gòu)4.3 攝像頭模塊在選擇攝像頭時(shí)，我們參照上屆比賽的經(jīng)驗(yàn)和前幾屆比賽各參賽隊(duì)的攝像頭選擇，對(duì)目前可選的各種攝像頭進(jìn)行了比較和實(shí)驗(yàn)。目前市面上常見(jiàn)的攝像頭主要有CMOS 和CCD 兩種，上屆比賽我們采用的是CMOS 攝像頭。CCD 攝像頭具有對(duì)比度高、動(dòng)態(tài)特性好的優(yōu)點(diǎn)，但需要工作在 12V 電壓下，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)過(guò)于耗電，且圖像穩(wěn)定性不高；CMOS 攝像頭體積小，耗電量小， 圖像穩(wěn)定性較高。因此，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)論證之后我們決定采用 C

31、MOS 攝像頭。對(duì)于 CMOS 攝像頭又分?jǐn)?shù)字和模擬兩種。參照往屆比賽的經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)大部分參賽隊(duì)伍選用的數(shù)字?jǐn)z像頭OV6620 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)數(shù)字?jǐn)z像頭的可行性進(jìn)行論證。實(shí)驗(yàn)之后，得出結(jié)論：數(shù)字?jǐn)z像頭 OV6620 可以直接輸出 8 路數(shù)字圖像信號(hào)，使主板硬件電路的簡(jiǎn)化成為可能，且能夠達(dá)到 50 幀/S 的幀速率。OV6620 的主要特征：（1） OV6620 需要穩(wěn)定的 5V 電壓供電，和系統(tǒng)板上的供電電源兼容。（2） NAL 制，每秒 25 幀，一幀兩場(chǎng)，那么每秒就有 50 場(chǎng)。意味著 20MS就有一幅圖像產(chǎn)生。356x 292 pixels，理解為：有 292 行，一行有 356 個(gè)點(diǎn)。（

32、3） 視野和可視距離：這個(gè)和鏡頭的選擇有關(guān)，據(jù)我們測(cè)試，f=3.6MM 時(shí)視野應(yīng)該有 25 度左右，f 越大視場(chǎng)越小?？梢暰嚯x需要調(diào)節(jié)鏡頭對(duì)焦。經(jīng)我測(cè)試可視距離可以看十幾米，畢竟相素值只有 10 萬(wàn)多，用單片機(jī)讀可以看到3-4M 的距離。這里解釋一下為什么用單片機(jī)讀會(huì)打折扣。因?yàn)楹诰€寬度只有2.5CM，太遠(yuǎn)了黑線會(huì)很細(xì)，采點(diǎn)之后就分辯不出是噪聲還是有用信號(hào)了。在1 米左右時(shí)，黑線寬度可用 8 個(gè)點(diǎn)表示。注：以上數(shù)據(jù)均是 24MBUSCLK 下每行可取 150 個(gè)點(diǎn)時(shí)測(cè)得，沒(méi)有翻轉(zhuǎn)攝15第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告像頭。（4）內(nèi)部有 IIC 可編程。可以調(diào)整攝像頭的參數(shù)，比如最大灰度，對(duì)比度

33、，暴光率等等。其本質(zhì)是 SCCB 協(xié)議的寄存器寫(xiě)入,需要對(duì)攝像頭做跳線處理，并用MCU 的I/O 口模擬SCCB 協(xié)議。4.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)采用的是英飛凌的BTS7960B 半橋驅(qū)動(dòng)（如圖 17所示），該負(fù)載電流可以達(dá)到 43A，而內(nèi)阻只有 16 m。資料如下：BTS7960 是一款電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的完全集成的大電流半橋。它是NovalithICTM 系列的成員之一，它的一個(gè)封裝中集成了一個(gè) P 通道場(chǎng)效應(yīng)管在上橋臂和一個(gè)N 通道場(chǎng)效應(yīng)管在下橋臂以及一個(gè)集成電路。由于上橋臂采用的是P 通道開(kāi)關(guān)，對(duì)于電荷泵的需求也就不復(fù)存在了，因此電磁干擾減至了最小。由于集成在內(nèi)驅(qū)動(dòng)集成電路具有邏輯電

34、平輸入，與微器的連接變得非常簡(jiǎn)單，且該驅(qū)動(dòng)集成電路還具有電流檢測(cè)診斷、轉(zhuǎn)換率調(diào)整、死區(qū)時(shí)間生成以及過(guò)熱、過(guò)壓、欠壓、過(guò)流和短路保護(hù)。BTS7960 在較小的電路板空間占用的情況下為大電流保護(hù)的 PWM 電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供了一種成本優(yōu)化的解決方案。圖17 BTS7960B基本特點(diǎn)如下：（1） 在 25時(shí)導(dǎo)通電阻的典型值為 16 m；（2） 低靜態(tài)電流，在 25時(shí)的典型值僅為 7 A；（3） 與主動(dòng)續(xù)流相結(jié)合的脈寬調(diào)制能力高達(dá) 25kHz；（4） 開(kāi)關(guān)電流限制降低功耗的過(guò)流保護(hù)；16第四章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（5） 電流限制在典型的 43A；（6） 具有電流檢測(cè)能力的狀態(tài)標(biāo)志診斷；（7） 具有鎖定行為的過(guò)熱關(guān)

35、斷；（8） 過(guò)壓鎖定；（9） 欠壓關(guān)斷；（10） 帶有邏輯電平輸入的驅(qū)動(dòng)電路；（11） 用于優(yōu)化電磁干擾的可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換率。4.5 速度傳感器為了使得能夠平穩(wěn)地沿著賽道運(yùn)行，需要車(chē)速，使在急轉(zhuǎn)彎車(chē)速，時(shí)速度不至過(guò)快而沖出賽道。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的平均電壓可以但是如果開(kāi)環(huán)電機(jī)轉(zhuǎn)速，會(huì)受很多因素影響，例如電池電壓、電機(jī)傳動(dòng)摩擦力、道路摩擦力和前輪轉(zhuǎn)向角度等。這些因素會(huì)造成運(yùn)行不穩(wěn)定。通過(guò)速度檢測(cè)，對(duì)車(chē)模速度進(jìn)行閉環(huán)反饋得車(chē)模運(yùn)行得更穩(wěn)定。，即可消除上述各種因素的影響，使車(chē)速檢測(cè)的方式有很多種，例如用測(cè)速發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)角編碼盤(pán)、反射式光電檢測(cè)、透射式光電檢測(cè)和霍爾傳感器檢測(cè)。經(jīng)過(guò)對(duì)去年測(cè)速方案和其它學(xué)校方案的比

36、較，本次設(shè)計(jì)中速度傳感器采用的是透射式光電檢測(cè)，它是具有齒槽結(jié)構(gòu)的圓盤(pán)固定在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上，采用直射式紅外光電傳感器盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖。它由 5V 的直流供電，速度傳感器用螺釘固定在齒槽圓底座上，塑料底做固定在底盤(pán)上，這樣固定好之后，就有了較高的穩(wěn)定性。4.6 本章小結(jié)本章主要介紹了整個(gè)車(chē)模的硬件電路部分，如果說(shuō)機(jī)械結(jié)構(gòu)是的手足的話，那么硬件電路就是它的感官和大腦，所有的反饋都是由它獲得，所有的圖像處理和也經(jīng)由它處理。硬件設(shè)計(jì)以穩(wěn)定為主，特別是板，因?yàn)闉榱艘岣咧噶顖?zhí)行速度，單片機(jī)是通過(guò)鎖相環(huán)超頻使用，所以時(shí)鐘模塊的電路設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免電磁干擾。驅(qū)動(dòng)電路板設(shè)計(jì)則應(yīng)以小內(nèi)阻、大電流為目標(biāo)，以盡可能提高

37、整車(chē)的加大保障。性能?？偠灾?，穩(wěn)定的硬件電路是軟件系統(tǒng)的強(qiáng)17第五章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 程序整體架構(gòu)上電復(fù)位提取參數(shù)否算法否是否遇到起跑線 圖像是否完畢是結(jié)束圖18 程序流程圖5.2 圖像處理通過(guò)調(diào)整 OV6620 的高度和角度使其達(dá)到合適的位置，到的圖提取黑線是圖像初始化底層函數(shù)第五章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)像傳送到上位機(jī)，使用像?？梢灾庇^地看到攝像頭在跑道上實(shí)際到的圖以下是一些到的典型圖像：偏暗的圖像。有起跑線的圖像。普通圖像，噪聲較多。轉(zhuǎn)向時(shí)的圖像?？梢钥吹脚赃叺呐艿?。黑線交叉時(shí)的圖像。小車(chē)快要出界時(shí)的圖像。在小坡上的圖像。19第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告S 彎時(shí)的圖像。通過(guò)對(duì)到的圖像進(jìn)行

38、黑線的提取，然后根據(jù)黑線的信息產(chǎn)生出相應(yīng)的信息。以下是一些圖像和提取到的黑線信息的圖像的對(duì)照（白線代表提取到的黑線信息）：黑線提取是圖像處理中的難點(diǎn)，為了準(zhǔn)確的提取黑線我們嘗試了很多辦法， 早期我們采用的是橫向掃描法，通過(guò)橫向掃描某幾行獲得幾個(gè)點(diǎn)了信息。這種20第五章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法獲得的信息有點(diǎn)類(lèi)似于光電傳感器的原理。后來(lái)這種方法被理所當(dāng)然的放棄了，信息量少，計(jì)算量大，容易誤識(shí)別是這種方法最大的問(wèn)題。然后我們決定采用邊緣提取的方法：首先通過(guò)對(duì)圖像最底端的幾行進(jìn)行橫向的掃描找到黑線兩端的兩個(gè)梯度變化點(diǎn)，然后再通過(guò)逐步推進(jìn)的方法提取兩條梯度變化線。如下圖所示：這種方法提取到的黑線信息很充分，但

39、又過(guò)于充分了，提取到的兩條線需要進(jìn)行取舍或者將其為一條線。但是這兩線的可靠性卻又不夠，很不值得信任，特別是在交叉的地方特別容易出錯(cuò)。由于一旦在交叉的地方出現(xiàn)錯(cuò)誤是無(wú)法彌補(bǔ)的，這種方法我們?cè)谛扌扪a(bǔ)補(bǔ)中用了幾見(jiàn)。的時(shí)間，后來(lái)還是說(shuō)了再我們最終采用的方法，它所提取到的黑線信息是黑線的準(zhǔn)確位置，而且算法很簡(jiǎn)單，錯(cuò)誤率也比較低，在交叉彎處一般出錯(cuò)。它的具體實(shí)現(xiàn)方法是：首先通過(guò)對(duì)圖像最底端的幾行進(jìn)行橫向的掃描找到黑線在最底端的位置，如果提取不到這個(gè)位置，則提取失敗。然后通過(guò)最小值原理逐步上推，一直到圖像邊緣結(jié)束。最后所得到的信息包括一個(gè)基準(zhǔn)位置和一串方向碼，方向碼包括左下， 左，左偏上，左上，上偏左，上，

40、上偏右，右上，右偏上，右，右下，共十 每次只選擇三個(gè)可能的向。首先通過(guò)上一步的。比如如果上一步的確定下一步可能的，是上，那么下一步的可能的則確定為：上偏左、上、上偏右。計(jì)算這三個(gè)向所對(duì)應(yīng)的三個(gè)位置的三乘三的像素矩陣之和的最小值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的方向?yàn)橄乱徊降模热缯f(shuō)，如果上偏左位置上對(duì)應(yīng)的三乘三像素矩陣的和是最小的，則下一步的為上偏左。然后將這一步做為基準(zhǔn)，再選擇三個(gè)可能的應(yīng)該是左上、上偏左和上）。依此類(lèi)推，提取到的信息由近及遠(yuǎn)，逐步推進(jìn)，直到圖像的邊緣。經(jīng)驗(yàn)證，這種黑線提取算法可靠性比較高，運(yùn)算量比較小。5.3策略策略的統(tǒng)一是我們追求的目標(biāo)。我們沒(méi)有過(guò)多的把時(shí)間花在賽道類(lèi)型的識(shí)別上面，而是用一種統(tǒng)一

41、的方法應(yīng)付幾乎所有的賽道類(lèi)型。21第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告有一點(diǎn)需要說(shuō)明的是，為了識(shí)別起跑線的需要，或者說(shuō)是基于其本身的特殊性，我們對(duì)直道進(jìn)行了識(shí)別。在識(shí)別到直道之后，我們以最簡(jiǎn)單的方法來(lái)控制速度和角度：速度直接給到最大，角度用最遠(yuǎn)點(diǎn)的位置信息來(lái)進(jìn)行給定。同時(shí)在進(jìn)入直道時(shí)需要進(jìn)行起跑線的識(shí)別。在非直道區(qū)域，關(guān)于角度的，我們首先根據(jù)本周期測(cè)得的速度值選取一個(gè)點(diǎn)，選取的原則是：速度快則選取的遠(yuǎn)一些，速度慢則選取的近一些。然后根據(jù)這個(gè)選取的點(diǎn)和圖像末端的點(diǎn)對(duì)應(yīng)中心的偏移量進(jìn)行。，強(qiáng)化對(duì)于速度的，我們首先確定了一個(gè)總體的原則：抑制。這主要是為了小車(chē)行駛穩(wěn)定性的需要。對(duì)于速度的給定，我們采用了最

42、簡(jiǎn)單的方法，也許存在不小的不足之處：速度的給定量與角度的給定量成逆相關(guān)關(guān)系。為了抑制，如果根據(jù)角度算出的給定量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上一個(gè)周期的給定量，則只能在上一個(gè)周期的給定量的基礎(chǔ)上增加 5 或者 10，總之是不多的一點(diǎn)。如果根據(jù)角算出的給定量比上一個(gè)周期的給定量小，那么無(wú)論小多少，都直接給將出去。通過(guò)這樣的給定的方法在一個(gè)程度上抑制了，相對(duì)而言強(qiáng)化了。5.4 本章小結(jié)本章主要介紹了智能車(chē)系統(tǒng)整個(gè)軟件部分的設(shè)計(jì)工作，重點(diǎn)介紹了車(chē)模的圖像、處理方法以及相關(guān)的策略。這其中，首先要保證的是圖像的正確和黑線提取的有效性與可靠性，這是進(jìn)行的基礎(chǔ)，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)出一種可靠黑線中心的識(shí)別算法。在黑線中心可靠提取的前提

43、下，配合正確的算法，結(jié)合硬件電路可達(dá)到流暢的速度效果。22第六章 系統(tǒng)調(diào)試6.1 軟件調(diào)試平臺(tái)Codewarrior 是由 Metrowerks 公司提供的專(zhuān)門(mén)面向 Freescale 所有 MCU 與DSP全應(yīng)用開(kāi)發(fā)的軟件工具。其中包括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE、處理器、可視化參數(shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理、C 交叉編譯器、匯編器、器以及調(diào)試器。6.1.1 編輯界面圖19第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告6.1.2 編譯調(diào)試窗口圖206.2 無(wú)線傳輸模塊利用無(wú)線傳輸模塊可以實(shí)時(shí)檢測(cè)智能車(chē)在行走過(guò)程中的速度參數(shù)、舵機(jī)轉(zhuǎn)角參數(shù)和賽道類(lèi)型、電機(jī)反轉(zhuǎn)情況等。在實(shí)際調(diào)試時(shí)，我們根據(jù)這些參數(shù)調(diào)節(jié)電機(jī)速度 PID 參數(shù)

44、，調(diào)節(jié)舵機(jī)轉(zhuǎn)角 PID 參數(shù)，同時(shí)觀測(cè)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中劇烈變化的加對(duì)電池電壓的影響。這些數(shù)字和圖線數(shù)據(jù)，給實(shí)際調(diào)試提供了一手的資料，使調(diào)節(jié)參數(shù)更加直觀。24附錄6.2.1 模塊介紹圖21 無(wú)線傳輸模塊ISM 頻段免證使用；(1) 433Mhz 開(kāi)放(2) 最高工作速率 50kbps，高效 GFSK 調(diào)制， 場(chǎng)合；(3) 125 頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要；能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)(4)(5)(6)(7)內(nèi)置硬件 CRC 檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址；低功耗 1.9 - 3.6V 工作，待機(jī)模式下?tīng)顟B(tài)僅為 2.5uA； 收發(fā)模式切換時(shí)間 < 650us；模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸

45、出數(shù)據(jù)（提供中斷指示)，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便；(8) TX Mode: 在+10dBm 情況下，電流為 30mA; RX Mode: 12.2mA；(9) 標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口，便于應(yīng)用。25第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告6.2.2 接口電路管腳說(shuō)明圖226.2.3 模塊引腳和電氣參數(shù)說(shuō)明該無(wú)線模塊單片無(wú)線收發(fā)器工作在433/868/915MHZ的ISM 頻段由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器一個(gè)帶解調(diào)器的一個(gè)功率放大器一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成 ShockBurst 工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼 和 CRC 可以很容易通過(guò) SPI 接口進(jìn)行編程配置電流消耗很低在為10d

46、Bm 時(shí)發(fā)射電流為 30mA 接收電流為 12.5mA. 進(jìn)入 POWERDOWN 模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。其性能參考數(shù)據(jù)如下：26附錄6.3 電池放電檢測(cè)在對(duì)小車(chē)算法進(jìn)行調(diào)試時(shí)，往往會(huì)因?yàn)殡姵匦阅艿牟町悾绊懳覀儗?duì)算法正誤的，有些電池因?yàn)槌浞烹姷牟僮鞑划?dāng)會(huì)導(dǎo)致電池性能的下降，甚至工作電壓會(huì)在滿電狀態(tài)下使用一小段時(shí)間后掉至正常工作電壓下，這時(shí)如果誤認(rèn)為是算法的問(wèn)題而進(jìn)行調(diào)整的話只會(huì)誤入歧途。因此對(duì)電池進(jìn)行規(guī)范的放電并定期檢測(cè)性能是非常必要的。下圖是我們使用剛剛充滿電的電池進(jìn)行放電測(cè)試的結(jié)果，其中橫坐標(biāo)代表車(chē)模行駛固定長(zhǎng)度賽道的圈數(shù)，縱坐標(biāo)為電池電壓。87.97.87.77.67.57.47.3

47、7.27.10510圖23由此可見(jiàn)，電池的實(shí)際穩(wěn)定電壓主要集中在 7.6V-7.7V 之間，和說(shuō)明書(shū)上的理論電壓（7.2 V）存在偏差。并且電池剛剛充完電后其電壓值略有虛高，應(yīng)27第五屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告采取放電措施使其電壓值穩(wěn)定在 7.7V 左右再進(jìn)行使用。6.4 撥碼開(kāi)關(guān)模塊人機(jī)接口部分為一個(gè) 5 位撥碼開(kāi)關(guān)，用于比賽和調(diào)試時(shí)輸入擇不同策略。參數(shù)以選6.5 本章小結(jié)本章主要介紹了調(diào)試過(guò)程中用到的主要開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具：Codeworrior IDE 和BDM 以及無(wú)線傳輸模塊及撥碼開(kāi)關(guān)。軟件代碼在 IDE 中編譯完成，通過(guò) BDM至 S12 的 Flash 中，然后通過(guò)串口給上位機(jī)，以

48、便于觀察和調(diào)試。并且設(shè)計(jì)保留了用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試參數(shù)的五個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整可變參數(shù)。通過(guò)對(duì)電池性能的研究， 態(tài)。電池的性能曲線，保證使用的電池都是處在最佳狀28第七章基本參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)路徑檢測(cè)方法（賽題組）攝像頭組車(chē)模幾何（長(zhǎng)、寬、高）（毫米）長(zhǎng) 280, 寬 180，高 340車(chē)模軸距/輪距（毫米）軸距 180，輪距 149車(chē)模平均電流（勻速行駛）(毫安)1300mA電路電容總量（微法）1420uF傳感器種類(lèi)及個(gè)數(shù)1 個(gè)攝像頭新增加伺服電機(jī)個(gè)數(shù)0 個(gè)賽道信息檢測(cè)空間精度（毫米）20賽道信息檢測(cè)頻率（次/秒）29 次/秒主要集成電路種類(lèi)/數(shù)量LM1117*3,BTSs7960*2,LS244車(chē)模重量

49、（帶有電池）（千克）1.12kg第八章 結(jié)論自最初準(zhǔn)備參加“飛思卡爾”杯智能汽車(chē)競(jìng)賽開(kāi)始，我們小組成員查找資料，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，器件，組裝車(chē)模，編寫(xiě)程序，分析問(wèn)題，不斷調(diào)試，經(jīng)過(guò)1 年的努力，最后終于完成了最初目標(biāo)。本文主要介紹了我們小組為此次大賽而準(zhǔn)備的智能車(chē)系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)以Freescale 16 位單片機(jī) MC9S12XS128 作為系統(tǒng)處理器，采用基于的攝像頭的圖像采樣獲取賽道圖像信息，通過(guò)邊緣檢測(cè)方法提取賽道黑線，求出小車(chē)與黑線間的位置偏差，結(jié)合車(chē)速信息對(duì)舵機(jī)轉(zhuǎn)向進(jìn)行。應(yīng)用 PI方法進(jìn)行車(chē)速調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)舵機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的改進(jìn)，前輪束角和主銷(xiāo)傾角的調(diào)整，以及減震結(jié)構(gòu)和車(chē)身高度的調(diào)整后，我們?cè)O(shè)計(jì)制

50、作了精細(xì)簡(jiǎn)潔的主電路板，經(jīng)過(guò)小組成員不斷討論、測(cè)試、改進(jìn)，終于設(shè)計(jì)出一套比較通用的、穩(wěn)定的、適合車(chē)模結(jié)構(gòu)的程序，在分賽區(qū)比賽中取得了不錯(cuò)的成績(jī)。在整個(gè)制作和調(diào)試的過(guò)程中我們也發(fā)現(xiàn)我們還有很多問(wèn)題沒(méi)有解決好，比如速度調(diào)節(jié)的幅度過(guò)大、連續(xù)性不好，舵機(jī)擺到指置的時(shí)機(jī)不太理想，黑線提取在交叉彎處有時(shí)不能正確提取，電路板和電池的安裝和拆換不夠方便， 還有就是比賽策略上考慮的因素不夠多等等，接下的時(shí)間里還需改進(jìn)。鳴謝在本次智能車(chē)大賽的準(zhǔn)備期間，我們遇到了許多。從最開(kāi)始的程序燒寫(xiě)到后來(lái)的傳感器調(diào)試，從電路板設(shè)計(jì)到系統(tǒng)搭建，一個(gè)個(gè)問(wèn)題的解決了我們這支隊(duì)伍的成長(zhǎng)。期間離不開(kāi)我們做得更好。、同學(xué)們的大力支持，是他

51、們的幫助讓首先，要感謝學(xué)校和學(xué)院，在我們的備戰(zhàn)中，學(xué)校和學(xué)院在場(chǎng)地、器材等方面給予了我們大力的支持。然后，要感謝常華的悉心指導(dǎo)，沒(méi)有他在思路上的指點(diǎn)，進(jìn)展緩慢。常淵博的知識(shí)及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度一直是我們學(xué)習(xí)的榜樣。其次，要感謝樊國(guó)瑋、宋棟梁等幾位師兄，作為老隊(duì)員他們積極的為我們提供了很多幫助和建議，從起步階段把我們真正帶入進(jìn)來(lái)，在這里要特別感謝他們。最后，要感謝便利。其他成員的幫助，他們?cè)诒荣惼陂g為我們提供了很多參考文獻(xiàn)1 卓晴 黃開(kāi)勝 邵貝貝. 學(xué)做智能車(chē)版社，2007.3“飛思卡爾”杯. 北京：北京航空航天大學(xué)出2 孫同景. Freescale 9S12 十六位單片機(jī)原理及2008.5開(kāi)發(fā)技術(shù)

52、. 北械工業(yè)，3王威. HCS12 微器原理及應(yīng)用. 北京：北京航空航天大學(xué)，2007.104吳懷宇 程磊 章政. 大學(xué)生智能汽車(chē)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與實(shí)踐. 北京：電子工業(yè)，2008.75譚浩強(qiáng). C程序設(shè)計(jì)（第三版）. 北京：，2005.7附錄部分源程序/*超頻*/ void SetBusCLK_64M(void)CLKSEL=0X00; PLLCTL_PLLON=1; SYNR =0xc0 | 0x07; REFDV=0x80 | 0x01; POSTDIV=0x00;_asm(nop);_asm(nop);/disengage PLL to system/turn on PLL/BUS CLOCK=64Mwhile(!(CRG_LOCK=1);/when pll is steady ,then use it;/engage PLL to system;CLKSEL_PLLSEL =1;void _64M(void)while(!(CRG_LOCK=1);/when pll is steady ,then use it;/engage PLL to syste