飛思智能車技術(shù)報(bào)告競(jìng)速組光電大連理工mobius

第一 方案設(shè) 系統(tǒng)總體方案的選 系統(tǒng)總體方案的設(shè) 小 第二章機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu) 智能汽車車模的選 智能汽車傳感器的安 速度傳感器的安 線性CCD的安 車模傾角傳感 重心高度調(diào) 電路板的安 電池安 其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào) 小 第三章硬件電路方案設(shè) 單片機(jī)最小系統(tǒng)模 電源模 電池使 穩(wěn)5V電源模 穩(wěn)3.3V電源模 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模 串口通信模 第四章圖像信息處 圖像..............................................................................................................圖像數(shù)據(jù)輸出簡(jiǎn) 線性CCD工作時(shí) 圖像處 閾值的確定方法——軟件二值化處 第五章特殊賽道識(shí)別及處 中心引導(dǎo)線識(shí)別及處 中心引導(dǎo)線識(shí) 中心引導(dǎo)線處 識(shí)別及處 5.2.1識(shí) 5.2.2處 燈塔起跑線識(shí)別及處 燈塔起跑線識(shí) 十字識(shí)別及處 第六章控制策略研 PID控 車模平衡控 車模速度控 車模方向控 車模電機(jī)控 第七章開發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過 開發(fā)工 串口功 畫圖功 CCD顯示功 頭圖像功 頭圖像顯示功 調(diào)試過 第八章車模主要參 智能汽車外形參 智能汽車技術(shù)參 參考文 助項(xiàng)目，以飛思半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的16、32位單片機(jī)為控制模塊，通過32MK60DN512VLQ10作為主控制單元，運(yùn)用IAR軟件作為置雙電機(jī)，因此需要對(duì)兩個(gè)電機(jī)分別進(jìn)行速度檢測(cè)，方向PID控制。在電源模塊設(shè)計(jì)中，采用Linear公司線性穩(wěn)壓電源LT1529-5作為穩(wěn)壓5V輸出，為編供電；采用Linear公司LT1963作為穩(wěn)壓3.3V輸出，為單片機(jī)、線性CCD、串口通信模塊供電。運(yùn)用PID控制理論完成對(duì)車模平衡、速度、方向的控制；繼續(xù)沿用以往的循跡第一章系統(tǒng)總體方案的于平衡車的特殊性，車身在循跡前進(jìn)的過程中，必須保持車身的平衡。根據(jù)最基本保持車身平衡的基本原理，我們需要知道車身當(dāng)前的角度和角速度。因此在保持車身平衡方面，我們確定以數(shù)字加速度計(jì)作為角度傳感器，型號(hào)為MMA8451；陀螺儀作為角速度傳感器，型號(hào)為L(zhǎng)3G4200D。另外，車身轉(zhuǎn)向控制方面，也使用陀螺儀作為轉(zhuǎn)向反饋，測(cè)速方面，考慮到E車模本身的結(jié)構(gòu)，用以往的霍爾模系統(tǒng)總體方案的遵照本屆競(jìng)賽規(guī)則規(guī)定，智能汽車系統(tǒng)采用飛思的32位微控制器MK60DN512VLQ10單片機(jī)作為控制單元用于智能汽車系統(tǒng)的控制。線性CCD賽道信息，返回到單片機(jī)作為轉(zhuǎn)向控制的依據(jù)。加速度計(jì)返回的數(shù)字度傳感器。編返回的信號(hào)可以形成速度閉環(huán)，使用PID理論控制電機(jī)的轉(zhuǎn)小E車智能汽車車模的ED車模：E車輪距更大，在轉(zhuǎn)向E車模2.1E智能汽車傳感器的螺儀、加速度計(jì)）以及線性CCD。下面分別介紹這些傳感器的安裝。速度編我們采用了霍爾編，安裝方法如下圖2.2編安輪的負(fù)載，會(huì)嚴(yán)重影響行駛。調(diào)整的原則是：兩傳動(dòng)齒輪軸保持平行,齒輪間的如圖2.3所示。圖2.3CCD的安裝位置和重量，我們采用3D打印技術(shù)自行設(shè)計(jì)了輕巧的夾持組件,并采用了碳纖維管作為安裝線性CCD線性CCD鏡頭便于拆卸和維修。重心高度其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的小模型車的性能與機(jī)械結(jié)構(gòu)有著非常密切的聯(lián)系。良好的機(jī)械結(jié)構(gòu)是模型車提高速度的關(guān)鍵基礎(chǔ)。在同等的控制環(huán)境下，機(jī)械機(jī)構(gòu)的好壞對(duì)其速度的影響十分顯著。我們非常重視對(duì)智能汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，經(jīng)過大量的理論研究和實(shí)踐，我們小車的大部分質(zhì)量都集中在兩輪前后，達(dá)到降低重心的目的，從而提高了小車整體的穩(wěn)定性和可靠性。源模塊、圖像模塊、測(cè)速模塊、串口通信模塊、顯示模塊、SD卡模塊等部單片機(jī)最小系統(tǒng)本設(shè)計(jì)的控制器為飛思公司生產(chǎn)的32位單片MK60DN512VLQ10144MK60DN512VLQ10具有豐富的系統(tǒng)資源和方便的外部電路接口，其中包括32位處理單元，UART模塊，PIT定時(shí)中斷模塊，IIC模塊，RAM器，F(xiàn)LASH器，EEPROM器，F(xiàn)TM 圖3.1所示。圖 電源Ni-Cd(鎳鎘)電池，該類型電池具有高效的利用率和穩(wěn)定的1.5A，當(dāng)電流過高時(shí)，不僅不能提高電池性能，反而會(huì)損壞電池，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池起火、。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般在0.5到1.58V7V時(shí)，應(yīng)注意及時(shí)充電，電池過放會(huì)對(duì)其造成的損害，電壓低于6V會(huì)對(duì)電池造成性。由于編的額定工作電壓為5V，LT1529是LINEAR公司生產(chǎn)的高性能線性穩(wěn)壓，其使用方便，電路的設(shè)計(jì)原理如圖3.2所示。圖 穩(wěn)5V原理由于單片機(jī)的額定電壓為3.3V，線性CCD供電3.3V，串口通信、測(cè)速供電也均為3.3V，因此，將電壓穩(wěn)定在3.3V并給各模塊供電是必不可少的。電路的設(shè)計(jì)原理如圖3.3所示。圖 穩(wěn)3.3V電路原理電機(jī)驅(qū)動(dòng)2BTS7960H4MOS管的導(dǎo)平均電壓，達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速的目的，具體電路圖如圖3.4所示。圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理串口通信調(diào)車的過程中需要實(shí)時(shí)的觀察變量變化情況通過線在LiveWatch窗115200，傳輸速度更快，配合上位機(jī)觀察超調(diào)量，有助于調(diào)試PID參數(shù)，具體電路圖如圖3.5圖 串口通信原理TSL1401CCD來進(jìn)行圖像處理和識(shí)別。圖像TSL1401CL128×1的光電二極管陣列，相關(guān)128個(gè)像素，其中每一個(gè)具有光敏面積3,524.3平方微米。像間的間隔是8微米。操作簡(jiǎn)化內(nèi)部控線性CCD工作TSL1401線性傳感器驅(qū)動(dòng)程序比較簡(jiǎn)單，只需要MCU控制CLKSI兩個(gè)引腳安裝特定的時(shí)序發(fā)出方波信號(hào)AO引腳就會(huì)依次輸出128個(gè)像素點(diǎn)的模擬信以下TSL1401線性傳感器時(shí)序圖：圖 TSL1401線性傳感器時(shí)序圖像本屆比賽賽道類型新添中心引導(dǎo)線，較第九屆有所改變，由原來的長(zhǎng)方體路障改為三棱柱體路障，保留“小S”形彎道、十字路口及起跑線，坡道較往屆難中心引導(dǎo)線識(shí)別及開始結(jié)合車模本身循跡方觀察發(fā)中心引導(dǎo)線有如下有效信息：：1、雙邊2、較正常賽道相比，邊緣圖 中心引導(dǎo)線示意識(shí)別及5.2.1識(shí)案，嘗試其他方法。結(jié)合車模本身循跡方法，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，有如下有效信1、前一米內(nèi)，必定為直2、存在的地方，賽道寬度會(huì)大幅度減3、存在的地方，中線偏移很大，且邊的斜率會(huì)較直道部分斜率基于以上3條特點(diǎn)，加上范圍閾值的實(shí)際調(diào)試，的識(shí)別成功，誤判率低圖5.2示意5.2.2處PID參數(shù)燈塔起跑線識(shí)別及加1秒，所以起跑線的識(shí)別變得尤為重要，直接決定車的檔次。結(jié)合車模本身循跡方法，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，起跑線有如下有1、起跑線前后1米內(nèi)為2、燈塔信號(hào)為10k紅外脈沖基于以上2條特點(diǎn)，加上范圍閾值的實(shí)際調(diào)試，起跑線識(shí)別成功，誤判率很低5.3燈塔起跑線處十字識(shí)別及十字識(shí)點(diǎn)也特別明顯、簡(jiǎn)單，就是性CCD的圖像中，存在全白，也可以說是十字處PIDPID算法簡(jiǎn)PID控制技術(shù)，但是，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控制的。圖6.1為PID控制系統(tǒng)原理圖。圖 PID控制系統(tǒng)原理TI為積分時(shí)間，TDPID參數(shù)整被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定。于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。工程整定方法中的PID參數(shù)整定主要有臨界比例法、衰減法、反應(yīng)曲。三種方法各有其特點(diǎn)，每法所得到的控試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。PID1、預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作本系統(tǒng)的PID參數(shù)為通過上位機(jī)調(diào)試得來，具體調(diào)試方法為：先將PID參PID參數(shù)，直至觀察速度曲線發(fā)現(xiàn)其加時(shí)間很短，超調(diào)量很少，則說明此時(shí)的PID參數(shù)已經(jīng)基本比較合適，這樣就確定出適合本系統(tǒng)的一組PID參數(shù)。車模平衡2.0》電機(jī)，以此控制車體平衡?？刂乒ぷ髟砣鐖D6.2所示6.2角度PD車模速度PI控制車模速度，P為6.3速度PIPD車模方向線性CCD，所以只要使車子沿著賽道中線行駛就可以，這里采用PD控制，P起到直接跟隨的作用，D則消除振蕩，防止超調(diào)，起到穩(wěn)定的效果。車模電機(jī)不論是平衡控制、速度控制還是方向控制，最終都將以的形式賦給電機(jī)，all__L=Angle. -Speed. -Direction. all__R= - 開發(fā)串口功能7.11、普通查看接收功選擇串，和波特率。默認(rèn)串位所有可以使用的串口中號(hào)碼最小的，默認(rèn)波特率位115200（考慮速度和誤碼率確定為115200），然后選擇2、普通發(fā)送功顯示”功能，還可選擇“包含換行符”，“16進(jìn)制發(fā)送”功能。3、直接發(fā)送字節(jié)功4、藍(lán)牙調(diào)試功AT+NAME可以是英文或者數(shù)字組合。AT+NAME可以是英文或者數(shù)字組畫圖功能7.2//K60staticunsignedchari,j;staticunsignedshortintstaticunsignedcharsend_data[0][0]=(unsignedshortint)(10);send_data[0][1]=(unsignedshortint)(20);send_data[0][2]=(unsignedshortsend_data[0][3]=(unsignedshortint)(40);send_data[0][4]=(unsignedshortint)(-10);send_data[0][5]=(unsignedshortint)(-20);send_data[0][6]=(unsignedshortint)(-30);send_data[1][0]=(unsignedshortint)(100);send_data[1][1]=(unsignedshortint)(200);send_data[1][2]=(unsignedshortint)(300);send_data[1][3]=(unsignedshortint)(400);send_data[1][4]=(unsignedshortint)(-100);send_data[1][5]=(unsignedshortint)(-200);send_data[1][6]=(unsignedshortint)(-300);send_data[1][7]=(unsignedshortint)(-send_data[2][0]=(unsignedshortint)(10000);send_data[2][1]=(unsignedshortint)(20000);send_data[2][2]=(unsignedshortint)(30000);send_data[2][3]=(unsignedshortint)(40000);send_data[2][4]=(unsignedshortint)(-10000);send_data[2][5]=(unsignedshortint)(-20000);send_data[2][6]=(unsignedshortint)(-30000);send_data[2][7]=(unsignedshortint)(-//3.一下不用改了這三幅圖的字頭,start的前兩個(gè)字uart_putchar(uratn,'S');for(i=0;i<for(j=0;j<{}}CCD顯示功7.3CCD頭圖像功圖7.4頭圖像功能界頭圖像顯示功能調(diào)試

圖 通過IAR編譯軟件的調(diào)試功能，可以得到大量的信息，為智能汽車的調(diào)試提供了很大的幫助。在智能汽車的調(diào)試過程中，有針對(duì)性的開發(fā)一個(gè)便于人機(jī)交互的上位機(jī)系統(tǒng)，通過簡(jiǎn)單明了的可視化界面直觀的顯示智能汽車的狀態(tài)對(duì)調(diào)試有很大幫助。我們開發(fā)了用于監(jiān)測(cè)智能汽實(shí)時(shí)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大大提高了調(diào)試效率。智能汽車外形車長(zhǎng)：280mm；車寬：205mm；車高：220mm；車重智能汽車技術(shù)8.1車模軸距/輪距（毫米車模平均電流（勻速行駛）(毫安電路電容總量（微法0賽道信息檢測(cè)空間精度（毫米賽道信息檢測(cè)頻率（次/秒 雷霏霖,梁志毅.基于CMOS傳感器OV7620采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技YUANQuan,ZHANGYunZhou,WUHao,etal.FuzzyControlResearchInTheCoursesOf2010:764-767.SmartCar[C].AdvancedComputerControl(ICACC),Shenyang,2010:292-297. 附錄A：程序源代碼#include"include.h"longintstructCarAngleAngle=structCarSpeedSpeed=structCarDirectionDirection={0,0,0,0,0,0,0,{0}};structCarStartLineStartLine=structVerticalImagestructImagestructImageImage3;structCrosscross={0,0,0};structObstaclestructRightAnglerightangle={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};floatAdNum=0;//電壓值void{AdNum5.3*3.3*ad_once(ADC0,SE18,ADC_8bit)/256.0;//電壓值{{{ Parameters_On_LCD(1 }{{}if(Image2.SingleWayflag[0]==1||rightangle.Disflag==1||obstacle.flag!=0||cross.Flag!=0)}}}void{staticfloata_sin_old=0,a_sin_new=0;staticfloata_cos_old=0,a_cos_new=0;if(a_cos<0)}void{staticfloatdt=0.005;m_angle= m_angle= //得到Gyro_value=(float)(Get_Gyro(10,'Y')-Gyro_value_OFF);angle_speed=(-1)*k_Gyro*Gyro_value;mG_delta=(m_angle-G_angle)/tg;G_angle+=(angle_speed+mG_delta)*dt;//得到PID}voidCapture_Image(unsignedinthang)//{int for(i=hang-1;i>=0;i-- for(j=Lie-1;j>=0;j--)for(i=0;i<hang;i++)for(j=0;j<Lie;{Image[i][j]=(unsignedchar)(FIFO_Data);}}voidLCD_Draw_Image(unsignedinthang)//T={intfor(i=0;i<hang;i++)for(j=0;j<Lie;j++)if(j%2==0)}voidLCD_Draw_Imageline(unsignedcharPixel[],unsigned{staticunsignedcharImageLine[320];unsignedinti;staticintblack_L_line[hang]=(int)(black_L[hang]/2.0);if(black_L_line[hang]<0)black_L_line[hang]=elseif(black_L_line[hang]>320)black_L_line[hang]=319;centre_line[hang]=(int)(centre[hang]/2.0);if(centre_line[hang]<0)centre_line[hang]=elseif(centre_line[hang]>320)centre_line[hang]=319;black_R_line[hang]=(int)(black_R[hang]/2.0);if(black_R_line[hang]<0)black_R_line[hang]=elseif(black_R_line[hang]>320)black_R_line[hang]=319;{LCD_SetPos(i,i,239ImageLine[i],239ImageLine[i]);if(Pixel[i*2]>ImageLine[i]=ImageLine[i]=LCD_SetPos(i,i,239ImageLine[i],239ImageLine[i]);}}voidSend_Image_to_Demok(unsignedint{inti,j;for(i=0;i<hang;i++){for(j0;jLie;j/demoktools{} for(j0;jLie;j else } }voidSend_Image_to_(unsignedint{inti,j; for(i=0;i<hang;i++){for(j=0;j<Lie;{uart_putchar(UART3,'');}} }voidSend_Image_Line(unsignedchar{int for(i=0;i<Lie;i++){uart_putchar(UART3,'');} }voidSend_Array_Int(unsignedint*Array_Int,unsignedint{int for(i=0;i<num;i++){uart_putchar(UART3,'');} }void{gpio_init(PORTE,26,GPO,LOW);//buzzer //LCD端口設(shè)置為輸出 //LCD顯示屏初始化FALSEL3G4200D ID1=mma8451 ID2= //1ms的定時(shí)器pit_init_ms(PIT0,1);enable_irq(68);gpio_init(PORTB,7,GPO,}voidBuzzer_Ring_ms(unsignedint{}{gpio_init(PORTC,7,GPI,LOW);gpio_init(PORTC,5,GPI,LOW);gpio_init(PORTC,3,GPI,LOW);gpio_init(PORTC,1,GPI,LOW);gpio_init(PORTB,23,GPI,LOW);gpio_init(PORTB,21,GPI,LOW);gpio_init(PORTB,19,GPI,LOW);gpio_init(PORTB,17,GPI, }void{Gyro_value_OFF=8;angle_P=angle_D=speed_Goal=0;speed_Goal_init=sw*2;speed_P=100;speed_I=Dir_P=2;Dir_D=_Dead_L=_Dead_R=}void{FTM__init(FTM0,CH3,10000,2000);//左FTM__init(FTM0,CH1,10000,2000);//gpio_init(PORTA,29,GPO,LOW);//DIR_Lgpio_init(PORTB,3,GPO,LOW);//DIR_Rgpio_init(PORTA,27,GPO,HIGH);//EN_Lgpio_init(PORTB,2,GPO,HIGH);}void{gpio_init(PORTD,13,GPO,HIGH);{}}#include"include.h"#include"8X16.h"#include"GB1616.h16*16#include"GB3232.h32*32voidLCD_PORT_init(){gpio_init(PORTE,7,GPO,HIGH);//csgpio_init(PORTE,10,GPO,HIGH);gpio_init(PORTE,8,GPO,HIGH);gpio_init(PORTE,6,GPO,HIGH);gpio_init(PORTE,9,GPO,HIGH);}void{}voidLCD_init(unsignedchar{

Software mand(0xC0);//Powercontrol mand(0xC1);//Powercontrol //VCMcontrolwrite_data(0x3e);//對(duì)比度調(diào)節(jié) //VCMcontrol2write_data(0x86);//-- //MemoryAccessControlwrite_data(0xE8); //DisyFunctionControl //3G FunctionDisable curveselected //SetG //SetG //ExitSleep //Disyon} mand(unsignedchar{}voidwrite_data(unsignedchar{}voidwrite_word(unsignedint{}void{}voidLCD_SetPos(unsignedintx0,unsignedintx1,unsignedinty0,unsignedint{}unsignedintbColor){LCD_PutChar8x16(x,y,c,fColor,bColor}voidLCD_PutString(unsignedintx,unsignedinty,unsignedchar*s,unsignedintfColor,unsignedintbColor){unsignedcharl=0;while(*s){if(*s<{}{}}}

voidLCD_PutChar8x16(unsignedintx,unsignedinty,unsignedcharc,unsignedintfColor,unsignedintbColor){unsignedintfor(i=0;i<16;i++){unsignedcharm=Font8x16[c*16+i];{}}}voidPutGB1616(unsignedintx,unsignedinty,unsignedcharc[2],unsignedintfColor,unsignedintbColor){unsignedinti,j,k;LCD_SetPos(x,x+16-1,y,y+16-1);for(k=0;k<64;k++)if{{unsignedshortm=codeGB_16[k].Msk[i];{}}}}}voidPutGB3232(unsignedintx,unsignedinty,unsignedcharc[2],unsignedintfColor,unsignedintbColor){unsignedinti,j,k;LCD_SetPos(x,x+32-1,y,y+32-1);((codeGB_32[k].Index[0]==c[0])&&(codeGB_32[k].Index[1]==c[1])){for(i=0;i<128;i++){unsignedshortm=codeGB_32[k].Msk[i];for(j=0;j<8;j++){{}else}}}}}voiddsp_single_colour(unsignedint{unsignedinti,j;forfor(j=0;j<320;j++)}voidDraw_single_line(unsignedcharaxis,unsignedintline,unsignedint{unsignedin