厦门大学摄像头组-至善队-技术报告-2012第七届.doc

第七届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛 技 术 报 告 学 校： 厦门大学 队伍名称： 至善队 参赛队员： 吴铭鸿 叶增软 陈求兴 带队教师： 黄靖凯 丘腾海  关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、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 本文设计的智能车系统以Kinetis60微控制器为核心控制单元，通过CCD摄像头检测赛道信息，使用模拟比较器对图像进行硬件二值化，提取赛道两边的黑色边缘的中心线作为引导线，用于赛道路径判断；通过光电编码器检测模型车的实时速度，使用PID控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度，实现了对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。为了提高模型车的速度和稳定性，使用LABVIEW、MATLAB仿真平台、小型无线模块、液晶屏模块、键盘模块等调试工具，进行了大量硬件与软件测试。实验结果表明，该系统设计方案确实可行。  引言 飞思卡尔杯大学生智能汽车竞赛起源于韩国，自2006年引入我国以来已成功举行了六届，得到了各级领导及各高校师生的高度的评价。飞思卡尔杯大学生智能车竞赛为智能车领域培养了大量后备人才，为大学生提供了一个充分展示想象力和创造力的舞台，吸引着越来越多来自不同专业的大学生参与其中。 智能车竞赛是一项涵盖控制、模式识别、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科交叉的科技创意性比赛，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的长期的推动作用，并且本项赛事对进一步深化高等工程教育改革，培养本科生获取知识、应用知识的能力及创新意识，培养本科生从事科学、技术研究能力同样具有重要的意义，对于高校相关学科学术领域学术水平的提高也有一定的帮助。 飞思卡尔杯大学生智能车竞赛共有摄像头、光电、电磁三个组别，由三人一队参加比赛。参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等。制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，以用时的多少来决定比赛的成绩。  智能车整体设计 1.1系统结构框图 本队所设计的智能车是以飞思卡尔公司提供的32位微处理器Kinetis60为核心控制单元，通过CCD摄像头获取赛道路径，并对赛道两边的黑线进行提取得出赛道的中心，根据自身小车的姿态与赛道中心之间的偏差产生控制量，控制舵机进行转向。通过编码器实时反馈电机转速，并对小车进行速度控制。同时，我们也设计了一些调试模块以便对小车进行更加方便的调试。系统框图如图1-1-1所示： 1.2车模整体布局 飞思卡尔杯智能车在我国已经成功举办了六届，根据以往多届的经验，良好稳定的图像信息是摄像头组智能车稳定行驶的基础，高效可靠的控制算法是智能车飞速行驶的重中之重，优秀的机械架构是智能车驰骋赛道的有力保障，优良的辅助调试系统是高效率调试的前提，而其它部分则相对次要。本次比赛摄像头组采用了前几届用到过的A车模，相比于上届的C车模，提速空间更大。在整个小车制作的过程中，我们注重对车模的机械改造及加工，力求智能车的重心较低，重量分布较为均匀，系统结构稳固，具有一定的防撞击防护；硬件电路方面，力求电路构成简单，稳定性高，传感器的安装可靠，外界对系统电路的干扰小。小车的整体布局如图1-2-1所示 图1-2-1 小车整体布局 1.3车模结构参数 本次比赛摄像头组所用的车模为A型模型车，编号03-302-2，尺寸为27×16×8cm，有极好的调零装置，可以自由组装。A型模型车马达的编号为03-304-1，DC 7.2V 380马达，功率可达26.5W，是模型车完成竞赛任务的有力保障。伺服器为编号03-303-1，6V时扭力达6.5Kg.cm，动作速度0.16+/-0.02 sec/60°。 机械结构的安装与调整 2.1舵机的固定方式 原装车模的舵机为卧式安装，考虑到主板的安装方便以及车模转向性能，我们对舵机安装结构进行了较大的调整。比赛车模的转向是通过舵机带动左右横拉杆实现。舵机的转动速度和功率是一定，要想加快转向机构的响应速度，唯一的办法就是优化