飞思卡尔竞赛摄像头组-睿思二队【已修改】

2022-06-20 18:45:53 本页面
 

【正文】 2000,15(5)::626~628
-38-
附录一:电路原理图

附录二:主要程序源代码
/**###################################################################
**Filename:
**Project:ProcessorExpert
**Processor:MK60DN512ZVLQ10
**Version:Driver
**Compiler:CodeWarriorARMCCompiler
**Date/Time:2013-03-12,20:54,#CodeGen:0
**Abstract:
**Mainmodule.
**Thismodulecontainsuser'sapplicationcode.
**Settings:
**Contents:
**Nopublicmethods
**
**###################################################################*/
/*MODULEProcessorExpert*/
/*Includingneededmodulestopilethismodule/procedure*/
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
#include""
/*Includingsharedmodules,whichareusedforwholeproject*/
#include""
#include""
#include""
#include""
/*Userincludes(#includebelowthislineisnotmaintainedbyProcessorExpert)*/
#include"inc\"
//#include<>
voidmain(void)
{
/*Writeyourlocalvariabledefinitionhere*/
// sint32kkk=1,ii;
// floatddd;
/***ProcessorExpertinternalinitialization.DON'TREMOVETHISCODE!!!***/
PE_low_level_init();
/***EndofProcessorExpertinternalinitialization.***/
/*Writeyourcodehere*/
/*Forexample:for(;;){}*/
Init();
/*#definemax_out21000
#definemin_out13400
#definet_max9000
uint32i,ii,jj;

{
for(i=17100;i {
Servo_Out_PWM(i);
for(ii=0;ii<10000;ii++);
}
for(ii=0;ii for(jj=0;jj
for(i=max_out;i>16600;i--)
{
Servo_Out_PWM(i);
for(ii=0;ii<10000;ii++);
}
while(1);


}
/*
while(1)
{
for(ii=0;ii<1000;ii++)
{
ddd=atan(kkk);
kkk=ddd*18000/;
}

for(ii=0;ii<1000;ii++)
{
ddd=atan(kkk);
kkk=ddd*18000/;
}
}
*/
do
{
GetStatus();
}while(_SetFunc(,));
_MAIN();
/***Don'twriteanycodepassthisline,oritwillbedeletedduringcodegeneration.***/
/***ProcessorExpertendofmainroutine.DON'TMODIFYTHISCODE!!!***/
for(;;){}
/***ProcessorExpertendofmainroutine.DON'TWRITECODEBELOW!!!***/
}/***Endofmainroutine.DONOTMODIFYTHISTEXT!!!***/
/*ENDProcessorExpert*/
/*
**###################################################################
**
**ThisfilewascreatedbyProcessorExpert[]
**fortheFreescaleKinetisseriesofmicrocontrollers.
**
**###################################################################
*/
/* Thisfileisdefinegear1'sflowpathfunction
* Createbydzcong1988
* Createat2013/3/18
*/
#include"inc\"
#include""
#include"Gear_1\inc\"
#include"Gear_1\inc\"
#include"Gear_1\inc\"
#include"Gear_1\inc\"
staticsint32Variable_reset()
{
=0;
=1;
memset(&left_inf,0,sizeof(_edge_inf));
memset(&right_inf,0,sizeof(_edge_inf));
}
staticsint32Gear_fun_init(sint32level)
{
// LED_Onboard_SetFieldValue(null,ONBOARD_LED,0x00);
_Frame_int=frame_int1;
_DMA_plete_int=DMA_plete_int1;

Line_need_init();
Line_correct_init();

Variable_reset();

=0;
=;

return0;
}
staticsint32buff_change()
{
=;
if(==0)
{
=1;
=;
}
else
{
=0;
=;
}
last_left_inf=left_inf;
last_right_inf=right_inf;
}
sint32main_gear1(sint32level)
{
Gear_fun_init(level);
Motor_wake();
Frame_Interrupt_On();
while(1)
{
if()
{
intii;

ServoOut();
MotorOut();

buff_change();
Variable_reset();
_RowScanVaribleReset();

LED_Onboard_SetFieldValue(null,ONBOARD_LED,0Xfe);
for(ii=0;ii {
_RowScan(ii);
}

_FrameScan();
if(!=0)
{
=Gear_servo_expect();
=Gear_motor_expect(level);
}
else
{
left_inf=last_left_inf;
right_inf=last_right_inf;
}
=Gear_servo_out();
=Gear_motor_out();
=;
=;
// Frame_Interrupt_On();
LED_Onboard_SetFieldValue(null,ONBOARD_LED,0Xff);
}
}
return0;
}
2005.
[18](日):科学出版社,1999.
[16]:化学工业出版社,2000.
[14]:电子工业出版社,2002.
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[8]:北京工业大学出版社,Inc,Inc,2003.
[5]FreescaleSemiconductorMC33886,2007.
[4]NationalSemiconductor.LM1881VideoSyncSemiconductor,黄开胜,:清华大学出版社,方崇智.《过程计算机控制》.北京:清华大学出版社出版,智能车技术必将在更广阔的领域得到广泛应用。最总确定了现在这套成熟稳定的方案。尤其是在硬件电路方案的确定过程中,更培养了一定的科研能力,也克服了种种困难,
总结整个设计过程,好的舵机控制不仅要准确循线,更好的加减速性能使小车在不同赛道跑出响应的极限速度。更短的控制周期使加减速更及时,
(2)车体控制
车体控制主要分为速度控制和舵角控制。模拟人的思维,一旦面对复杂的道路信息就不行了。这种模糊的判断可以保证系统正常工作,也就是说,我们只是把黑线的位置提取出来了,除了基础工作外,以及电路板的设计。智能赛车分硬件和软件两部分。并叙述了系统开发过程中所用到的开发工具、软件以及各种调试、测试。
文中介绍了赛车机械结构和调整方法,采用PID方式对舵机转向进行反馈控制。通过边缘检测方法提取赛道黑线,该系统以Freescale32位单片机MK60DN512Z作为系统控制处理器,本设计采用了LED指示灯(示)、数码管和蜂鸣器。这样就可以根据现场情况决定采用不同的控制策略。用户无需再进行繁琐的初始化操作,用户可在新建工程时将芯片的类库添加到集成环境开发环境中,CodeWarrior的功能非常强大,
第五章开发与调试
软件开发平台
软件开发平台为Code。以及变量清零,
行中断流程图
场中断流程图
所示,
行中断流程图
所示,之后调用信号处理函数对视频信号进行处理,
软件流程图
主函数流程图
如图所示,等方向控制调整好后再加上PID控制模块,因此也可以考虑采用多PID参数或分段PID参数
的方式来改善控制效果。为非线性系统,另外,从而大大消除由于传感器带来的误差。选择合适的参数,通过不断改变P、I、D三个参数进行实验,
图摄像头拍到的实际图像
图二值化的结果
visualstudio上位机效果
原图像(573*480)
标定并放大后图像
赛道获取后图像(包括检测范围和检测到的道路)
转向控制策略
为了使舵机能更好的对给定的转角值做出响应,使得图像的处理更接近真实空间。我们根据摄像头的放置位置、角度等参数,边缘、中间)的表征会有所差别。图像信号处理中提取的赛道信息主要包括:
(1)每一行的赛道中心位置
(2)每一行的赛道宽度
(3)赛道的曲率
(4)赛道的变化幅度由于摄像头倾斜放置导致的梯形畸变,对有效赛道进行识别,得到的图像有很多干扰,由于杂点、交叉线、起跑线、光线、赛道连接处、赛道上的杂物,
图像信号处理
在采集出图像信号后需要对其进行处理以提取赛道信息,帧中断子程序完成图像采集的初始化,
(4)当帧同步信号到来时,并对读取的图像进行二值化处理,进入中断子程进行图像信号的采集。
(2)当行同步信号来临时,具体采集过程主要如下。DOUT(9:0)为图像信号。其中FRAME_VALID为帧同步信号,驱动电路板设计则应以小内阻、大电流为目标,单片机是通过锁相环超频使用,特别是核心控制板,所有的图像处理和控制也经由它处理。那么硬件电路就是它的感官和大脑,
本章主要介绍了整辆车的硬件电路部分,且能很准确的得到电机的转速,车轮每转一圈。就有了较高的稳定性。塑料片固定在后轮支架上,它由5-12V的直流供电,经过对去年测速方案和其它学校方案的比较,
车速检测的方式有很多种,即可消除上述各种因素的影响,通过速度检测,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。但是如果开环控制电机转速,使赛车在急转弯时速度不至过快而冲出赛道。
速度测量模块
为了使得赛车能够平稳地沿着赛道运行,接
插件使用了防反插设计,因此可以有效防止电源接反。将电路板固定在小车前端。
图 BTS7960芯片框图
电机驱动电路如下图所示。我们共使用了4个I/O端口控制4片BTS7960来驱动C车的两个电机,导通电阻为16毫欧。
BTS7960是英飞凌公司制造的大电流电机驱动芯片,提高设计的可靠性,
图 6V稳压模块
图为转3V的线性稳压模块。
图电源
所示为转6V的线性稳压模块,
图为电源电路,所以稳压芯片采用低压差的稳压芯片TPS7350,会导致电池电压瞬间被拉低,通过示波器观察,赛道分析结果的可靠性也会逐渐降低。距离远的地方赛道窄。采集到的图像产生了梯形失真,
数字摄像头采集的图像
由图中可以看出,DSP利用帧同步信号和行同步信号进行同步,所示。
图 数字摄像头
,因此我们自行研发
一款摄像头,
综合上面的分析,而与DSC的接口更简单,和模拟摄像头相比,减轻了重量,简化了字输出的摄像头,直接输出量化的图像信号,容易受外界的干扰,对比度高。模拟摄像头的成像质量好,对模拟信号进行采集。可以使用专用的视频A/D转换器,例如,
若使用模拟输出的摄像头,增加了实现的复杂度。但是需要增加USB接口芯片,
若使用USB摄像头,安防系统上使用的模拟输出的单板摄像头,
第三章硬件设计
电源设计
小车电源系统如下图所示。不能各个击破,改善了赛车的行驶表现。还可对主悬架弹簧松紧和底盘高度进行适当调整,齿轮传动机构和速度传感器安装则以较低的电机负载和适当的齿轮啮合度为目标,至于放置位置则根据整车的重心调整决定,总而言之,只有在较好的机械结构的前提下,
本章小结
本章主要介绍了赛车各个部分的机械结构。尽量使车辆的重心放低,并要经常检查,这主要跟所用的电路大小等有关,
除以上主要机械调整外,这样使得赛车的重心后移,今年我们赛车在车体中心位置上有了很大改革,确定合适的车体重心,提高加减速性能。但增大转向灵敏度,影响加减速性能;重心后移,转向负载增大),会增加转向,根据车辆运动学理论,车辆重心前后方向的调整,其他各个部件的安装高度都很低。赛车重心越低稳定性越好。重心调整主要包括重心高度和前后位置的调整。已达到自己想要的状态。
后轮差速的调整主要是调整差速器中差速齿轮的咬合程度,轮速便较高;而内侧前轮轮胎所遇的阻力较大,在过弯时,驱动齿轮的转速越低;而阻力越小的一侧,此次所使用车模配备的是后轮差速机构。此时4个轮子的转速(轮速)皆不相同,降低后轮与地面之间的滑动;并且还可以保证在轮胎抱死的情况下不会损害到电机。当然这样也加重了舵机负载易。使左右转向基本一致;
(3)增加前轮下压力,
(1)改变了舵机的力臂,我们采用“长连杆”方式将舵机放在前面,提高线速度。转向轮转向变化越快。在相同的舵机转向条件下,而并非改变舵机本身结构的方法可以提高舵机的响应速度。为了减小此时间常数,减少轮胎磨损。则正负为零,为了修正这个问题,由于车轮倾斜,舵机转向变得容易。如前所述,指的是左右前轮分别向内。
(4)脚尖向内,所以事先将车轮校偏一个外八字角度,可能引起车轮上部向内倾侧,前轮外倾角俗称“外八字”,前轮外倾角对汽车的转弯性能有直接影响,称为负外倾,轮胎并非垂直安装,而且由于路面干扰而加剧车轮的前后颠簸。主销纵倾移距过大,设定很大的主销后倾角可提高直线行驶性能,车轮就靠行驶中的滚动阻力被向后拉,与自行车的前轮叉梁向后倾斜的原理相同),设置主销后倾角后,转向主销(车轮转向时的旋转中心)向后倾倒,否则加速了轮胎的磨损。同时也可减少从转向轮传到舵机上的冲击力。从而减小转向时舵机的拉力,
此外,而是将转向车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度,车轮的最低点将陷入路面以下,该角度称为主销内倾角。
(1)从车前后方向看轮胎时,车轮定位的作用是使汽车保持稳定的直线行驶和转向轻便,更成为车模机械好坏的重要部分。要想使车能够更快的行驶就必须对其本身的各种结构进行必要的改进和优化,重心调整,并且采用反向行驶的方式,通过图像采集、黑线提取、速度控制等环节使赛车在规则下沿赛道快速前进。舵机驱动模块,陀螺仪模块,赛车采用组委会统一提供的车模,硬件,使赛车在符合比赛规则情况下沿赛道快速前进。结合我们的速度控制策略,有利于对小车系统的非线性特性因素的控制。并在PID算法的基础上,求得赛车于黑线位置的偏差,同时通过速度传感器模块实时获取赛车的速度。首先,才会取得好成绩。只有“身体健康,我们可以说,软件算法则是赛车的核心部分。赛车系统参数和运行策略设置等方面。功能调试和测试,
(7)辅助调试模块有Jlink、串口通信等,
(6)电源管理模块给整个系统供电,可以实现电机的正反转。实现道路的闭环控制。是用来检测赛道中出现的坡道和障碍物;
(3)速度检测模块,形成合适的控制量来对舵机与驱动电机进行控制。赛车速度等反馈信息,
(1)MK60DN512ZVLQ10单片机是系统的核心部分,电源管理模块,电机驱动模块,陀螺仪检测模块,:
赛车主要技术参数
项目
参数
路径检测方法(赛题组)
摄像头组
车模几何尺寸(长、宽、高)(毫米)
前后轮轴离地间隙
电机型号
RS-540
电机转速
20000r/min
电路电容总量(微法)
1824μF
传感器种类及个数
摄像头/1速度传感器/1陀螺仪/1
伺服器型号(舵机)
S-D5
电池
赛道信息检测频率(次/秒)
60
车模重量
赛道检测精度
3mm(近端)、120mm(远端)
我们团队采用摄像头进行道路识别,即驱动轮在车身前侧而转向轮在车身后侧,
智能车技术参数
此次比赛选用的B型赛车车模,并对车模的机械结构做出相应的改进与创新,问题早发现早解决。稳中求快,我们在此基础上,我们在此基础上重新备战第八届大赛。
我校在历届“飞思卡尔”杯智能汽车比赛都取得了一定的成绩。参赛队伍之名次(成绩)由赛车现场成功完成赛道比赛时间为主,完成智能汽车工程制作及调试,自主构思控制方案及系统设计,
参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定并负责采购竞赛车模,他以迅猛发展的汽车电子为背景,受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201号文),Thehardwarecircuitincludetheproblemaboutthepowermanagementmodule,motordrivermodule,thespeedofmeasurementmodule,auxiliarydebuggingmodule,imageacquisitionandprocessingmodule,steeringcontrolmodulesandsingle-chipmoduleAndAboutthesoftwareside,weneedtoaddressthesingle-chipinitializationprograms,thespeedofmeasurementprograms,thespeedset-upprograms,speedcontrolprograms,steeringcontrolprograms,recognitionofimageandsoon,besidesimprovingandinnovatingofthemechanismstructureadjustmentwillbeoneofthemostimportantthingtoimprovespeedinthiscontest.
Keywords:MK60DN512ZVLQ10,Freescale,MCU,Camera,Machinedesign
目录
第一章引言······················································································1
··················································································1
···········································································1
······································································1
······································································2
······································································3
·················································································5
第二章赛车机械结构介绍和改进···················································6
·················································································6
·················································································7
··············································································7
··············································································9
·················································································9
·················································································10
············································································10
··············································································10
·················································································10
第三章硬件设计·············································································11
················································································11
·······························································12
·······························································12
···································································13
··········································································14
·······························································14
···································································15
·····································································16
··········································································17
················································································17
第四章软件设计············································································18
············································································18
··········································································18
···································································19
···········································································23
··········································································23
································································24
··········································································24
···································································25
··········································································26
················································································26
第五章开发与调试·········································································27
·········································································27
············································································28
···········································································28
第六章总结与展望·········································································29
参考文献····················································································30
附录一:电路原理图·········································································31
1核心控制电路·······································································31
2电机驱动电路············································································33
附录二:程序源代码·····································································34
第一章引言
第一章引言
现在半导体在汽车中的应用原来越普及,本届比赛对机械的改进和创新也成为提高速度必不可少的组成部分。速度测量模块、辅助调试模块、图像采集处理模块、舵机控制模块和单片机模块等;软件需要解决单片机初始化程序、速度测量程序、速度设定程序、速度控制程序、舵机控制程序、图像识别程序等方面的内容,此系统是一个软硬件与机械相结合的复杂整体,选择最优行进路线,把它采集的数据通过电子线路传送到单片机,让赛车可以在特定的跑道上行驶。
参赛队员签名: 方根在
钟旭辉
李峰
带队教师签名: 黎福海
日期:2013-08-3
摘要
本文以第八届全国大学生智能车竞赛为背景,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,
第八届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技术报告

关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第八届“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,并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。利用Freescale半导体公司生产的32位单片机MK60DN512ZVLQ10和摄像头的配合来实现自动识别道路,通过摄像头的成像原理,在单片机内计算出赛车面对的道路,并采用优化后的模糊控制策略使赛车能够快速安全的行驶。其中硬件主要包括电源管理模块、电机驱动模块,另外,
关键词:Freescale、单片机、摄像头、机械设计
Abstract
Inthebackgroundofthe8thNationalIntelligentCarContestforCollegeStudents,usingthe32-bitMCUMK60DN512ZVLQ10producedbyFreescaleSemiconductorCompanyandthecameratoidentifytheroadautomatically,sothatcarscanrunfastsafelyonthespecificrunwayThroughthecamera'simagingprinciple,wehavethecollecteddatatransmittedtotheMCUthroughtheelectroniccircuitIntheMCU,thecarcanknowtheroadinfrontofitthroughtheprogramthatwedesign.Andthenitcanchooseitsownpath,decidethespeedandensuresafedrivingThesystemisaplicatedbinationofhardware,softwareandthemechanismstructureadjustment,汽车的电子化已成为行业发展的必然趋势。高等学校自动化专业教学指导分委员会主办“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛,涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。自行采用32位微控制器作为核心控制单元,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,于指定日期与地点参加场地比赛。技术方案及制作工程质量评分为辅来决定。在总结了往届的经验和不足后,往界的经验是以‘稳’为主,大胆尝试,在电路设计上务求稳定,在已经成熟的技术上做的更加完善和稳定,使赛车在稳定的前提下能够更快的完成比赛。采用反向行驶方式,因此重心位置以及机械性能与往届有所不同,赛车的硬件电路主要有七个部分组成:MK60DN512ZVLQ10单片机,速度检测模块,舵机驱动模块,辅助调试模块。负责接收赛道图像数据,并对这些信息进行恰当的处理,
(2)陀螺仪检测模块,通过编码器读取转速值,
(4)电机驱动模块,
(5)舵机驱动模块控制舵机的转向。保障系统安全稳定运行。主要用于赛车系统的程序烧写,赛车状态监控,
MCU
赛道信息
速度信息
电机控制
舵机控制
辅助调试
系统的结构示意图
智能车软件设计
系统硬件对于赛车来说是最基础的部分,如果把一辆车和一个人做个类比的话,赛车的硬件结构相当于人的身体;赛车的软件算法相当于人的思想。思想进步”,所以软件系统对于赛车来说至关重要。赛车系统通过图像采样处理模块获取前方赛道的图像数据,然后K60利用边缘检测方法从图像数据中提取赛道黑线,接着采用PID方法对舵机进行反馈控制,整合加入模糊控制算法,最终赛车根据检测到的速度,对赛车速度不断进行恰当的控制调整,
系统的软件方框图
本章小结
本章主要介绍了大赛的背景和赛车整体结构设计的概述,软件和机械部分的有效融合是赛车能否跑出好成绩的关键因素。由控制处理芯片MK60DN512ZVLQ10,速度传感模块,电机驱动模块和辅助调试模块组成,
-28-
第三章硬件设计
第二章赛车机械结构介绍和改进
本届比赛使用的是B型车模,因此在原有车模基本调整(如前后轮调整,传动调整等)的基础上,尤其是各部分的差速的调整,
驱动选择
转向轮调整
转向轮调整
轮定位包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束四个内容。并减少汽车在行驶中轮胎和转向机件的磨损。主销轴向车身内侧倾斜,当车轮以主销为中心回转时,但实际上车轮下边缘不可能陷入路面以下,这样汽车本身的重力有使转向车轮回复到原来中间位置的因而舵机复位容易。主销内倾角还使得主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离减小,使转向操纵轻便,但主销内倾角也不宜过大,
(2)从侧面看车轮,称为主销后倾角。主销中心线的接地点与车轮中心的地面投影点之间产生距离(称作主销纵倾移距,使车轮的接地点位于转向主销延长线的后端,使车轮的方向自然朝向行驶方向。同时主销纵倾移距也增大。会使舵机沉重,
(3)从前后方向看车轮时,而是稍微倾倒呈现“八”字形张开,而朝反方向张开时称正外倾。它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形,导致车轮联接件损坏。这个角度约在1°左右。所谓“内八字脚”的意思,采用这种结构目的是修正上述前轮外倾角引起的车轮向外侧转动。由于有外倾,另一方面,左右前轮分别向外侧转动,如果左右两轮带有向内的角度,左右两轮可保持直线行进,
舵机安装
舵机转向是整个控制系统中延迟较大的一个环节,通过改变舵机的安装位置,分析舵机控制转向轮转向的原理可以发现,转向连杆在舵机一端的连接点离舵机轴心距离越远,这相当于增大力臂长度,
针对上述特性,大大的增加了舵机的力臂,使转向更灵敏;
(2)舵机安装在了正中央,从而提高了前轮的抓地力,
驱动轮调整
差速机构的作用是在车模转弯的时候,
当车辆在正常的过弯行进中(假设:无转向不足亦无转向过度),依序为:外侧前轮>外侧后轮>内侧前轮>内侧后轮。差速器的特性是:阻力越大的一侧,驱动齿轮的转速越高‧以此次使用的后轮差速器为例,因外侧前轮轮胎所遇的阻力较小,轮速便较低。差速的松紧与自己所要求的速度相匹配,
其他调整
车体重心位置对赛车加减速性能、转向性能和稳定性都有较大影响。理论上,因此除了摄像头装得稍高以外,除此之外,对赛车行驶性能也有很大的影响。车身重心前移,但降低转向的灵敏度(因为大部分重量压在前轮,同时降低后轮的抓地力,会减少转向,后轮抓地力也会增加,因此,让车模更加适应比赛赛道是很关键的。将摄像头安装在车体靠后位置,极大地增加了赛车的转向灵活度。还包括摄像头的安装、电池的的安装、系统板的安装以及一些机械结构的微调。其中驱动电机的螺丝一定要上紧,一旦在行驶中松动就会造成零件的损坏。减少小车行驶过程中的震荡。机械机构对于整车的性能至关重要,控制算法才能发挥出其应有的效果。调整舵机安装时以最大相应速度、较低负载为目标,前轮和后轮差速则需在转弯性能和加减速性能之间权衡,除了以上部分的调整外,通过增加避震弹簧的刚性、降低底盘高度、调整齿轮间隙,
对各个部件的调整需从整车的角度考虑,需要相互协调、取舍。
电机
舵机
电平转换
MCU
5V稳压
5V稳压
电源框图
传感器选型
市场上容易买到的摄像头有PC用的USB摄像头,以及数字输出的摄像头模块和感光芯片。虽然价格低廉,并需要充分了解其内部协议,因而不考虑使用USB摄像头。可采用专用的视频处理芯片对信号进行数字化。可以使用LM1881M对PAL制模拟信号实现行、场同步信号分离。如XRD4460A,因为多用于安防系统,边沿锐利,使用模拟摄像头带来的问题是需要增加额外的硬件电路,因而对电路设计的要求也相对高一些
若使用数转换,不需要再增加额外的硬件设备,则可以由感光芯片中的处理器预先进行A/D硬件设计,提高了设计的可靠性。数字摄像头的重量相差不大,使用起来更为方便。市场上的摄像头不能满足我们的需求,如下图所示。故需要通过线性稳压芯片为其。
图摄像头电源模块
传感器的信号处理
数字摄像头输出信号包括图像信号、帧同步信号、行同步信号。然后对图像信号进行采集。由于安装角度等原因,即离小车较近的地方赛道宽,因而随着距离的增加,
电路设计
电源电路
在电源上加一个大电容滤波。由于电机启动时瞬间流过大电流,稳压模块可能不能输出稳定的电压,将TPS7350配置成不同的输出即可得到稳定的输出电压。LED用来指示电源状态。用来给舵机供电。
图 稳压模块
电机驱动电路
为了保证驱动电路的性能,我们选用了在比赛中使用较多的BTS7960电机驱动芯片。其最大电流为43A,使用2片BTS7960可以组成一个H桥。可以实现电机的正、反转控制。
图 BTS7960电机驱动电路
系统电路板的固定及连接
利用车模自身的减震支撑,电源使用较粗的导
第五章开发与调试
线连接T形插头引入,传感器使用排线引入,保证了连接的可靠性。需要控制车速,通过控制驱动电机上的平均电压可以控制车速,会受很多因素影响,这些因素会造成赛车运行不稳定。对车模速度进行闭环反馈控制,使得车模运行得更稳定。例如用测速发电机、转角编码盘、反射式光电检测、透射式光电检测和霍尔传感器检测。本次设计中速度传感器采用的是OMRON公司生产的E6A2-CS100型光电编码器。速度传感器用螺钉固定在塑料片上,这样固定好之后,速度传感器通过后轮轴上的齿轮与电机相连,这样能够很好的稳定工作,比较可靠。如果说机械结构是赛车的手足的话,所有的反馈都是由它获得,硬件设计以稳定为主,因为为了要提高指令执行速度,所以时钟模块的电路设计应尽量避免电磁干扰。以尽可能提高整车的加减速性能
第四章软件设计
图像信号处理
图像信号采集
图为数字摄像头的信号输出格式。LINE_VALID为行同步信号,
视频信号
图同步信号处理
CPU利用帧同步和行同步信号对采集过程进行同步。
(1)利用外部中断口IRQA和IRQB响应帧同步信号和行同步信号。产生中断,
(3)在行中断子程中读取图像,得到赛道图像信息。进入帧中断子程序,准备进入下一幅图像的采集。同时,以及赛道以外图像的干扰,软件上需要排除干扰因素,并提供尽可能多的信息供决策使用。这使得同一段赛道位于摄像头视域的不同区域时(近端、远端,为了还原出真实的赛道信息,对图像进行了梯形失真校正,
图像信号处理中实现容错性的算法主要包括以下有效性的验证:
(1)图像连续性判断
(2)赛道一阶、二阶连续性判断
(3)赛道宽度有效性验证。采用PID调节,得到最理想的转向响应速度的一组参数。可以使得在高速时车保持很高的稳定性,
具体的调整方式大致为:
(1)P环节与转向的准确性和快速性相关;
(2)I环节与转向的准确性相关;
(3)D环节与转向的快速性相关。由于智能车系统较为复杂,因此单一的PID参数很可
能难以满足实际控制效果需要,
速度控制策略
目前使用采集有效行数与速度的线性关系进行速度调节,使用编码器与PID结合进行速度的控制与稳定调节。主函数完成的功能为等待视频信号输入,提取赛道信息并进行分析计算。行中断流程图完成的主要功能是读入单行的视频信号。场中断完成的主要功能是执行输出,为下一场图像的接收做准备。
图开发界面
。可用于绝大部分单片机、嵌入式系统的开发。工程文件一旦生成就是一个最小系统,就能直接在工程中添加所需的程序代
第五章开发与调试
手动设置单元
通过按键可以设定当前工作模式,
图手动控制按键
状态指示单元
为了在调试过程中指示小车的状态,
图状态指示单元
第六章总结和展望
本文详细介绍了为第四届全国智能车大赛而准备的智能车系统方案。采用基于的摄像头的图像采样获取赛道图像信息,求出小车与黑线间的位置偏差,通过速度传感器对小车形成速度闭环控制。赛车各个主要模块的工作原理和设计思路,
综合来看,硬件部分主要是赛车的安装和调整,软件部分是本文的重点,主要分为两部分:
(1)图像处理
在图像处理部分,并没有进一步判断出它的实际意义,单片机下一步根据黑线决定方向和速度的过程和人的思考过程还是有很大差别的。是由于我们的跑道比较简单,所以在软件方面可以尝试向智能化发展,让系统可以应付更加复杂的道路。速度控制相比去年有了很大进步,也是速度更加平滑。舵机控制关系到方向的选择,还要能够沿最优路线前进。我们学到了很多,不仅使我们得到了对已有知识进行实践的机会,拓宽了知识面,经过不断的反复试验,展望未来,
参考文献
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