【正文】 機(jī)會 。 近年來視覺導(dǎo)航領(lǐng)域研究獲取的成就反映了視覺導(dǎo)航方式的巨大潛力。視覺導(dǎo)航是高級生物最常見的導(dǎo)航方式，視覺導(dǎo)航的重大突破，對于實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的高度智能化以及提高當(dāng) 前的科技水平都具有重大意義 。 1． 2 選題 研究的目的和意義 本文研究的是“智能小車的 自動識別方式的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) ” ,目的是 希望可以 發(fā)展智能汽車 的 電子自動控制系統(tǒng)。近年來 ,人們在享受汽車帶來便利的同時(shí) ,也開始擔(dān)心許多關(guān)于汽車的 安全問題 ,汽車保有量 ,道路擁堵 ， 事故頻發(fā)。根據(jù)美國國家公路交通安全管理局生產(chǎn)報(bào)告顯示 , 80%的碰撞和碰撞相關(guān)司機(jī)注意力不集中 有很大的關(guān)系 ,這可能是 因湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 為 疲勞駕駛 和 使用手機(jī)和其他分散注意力的因素 ,因此 ,安全控制變得越來越重要 。 安全、節(jié)能、環(huán)保、智能化和信息化是未來汽車的發(fā)展趨勢 。根據(jù) 最新的調(diào)查 報(bào)告 顯示 ，大多數(shù) 人們 最關(guān)心的是汽車的安全性 ，它比 其一輛汽車 的 娛樂和燃油效率更重要 ,汽車安全系統(tǒng)是最強(qiáng)勁的需 要 增 強(qiáng) 的 ， 傳感器系統(tǒng)是一個(gè) 可以 提高 汽車 碰撞檢測能力 和提高汽車穩(wěn)定性的系統(tǒng) 。國際汽車安全系統(tǒng)市場的發(fā)展 分為 主動和被動安全系統(tǒng) ,現(xiàn)在也向一體化的趨勢 發(fā)展 ?？梢娖嚢踩c控制車內(nèi)娛樂和導(dǎo)航信息系統(tǒng) 相關(guān)不大，車 身 才 是中國汽車電子產(chǎn)品的主要發(fā)展方向。總之 ， 作為消費(fèi)者在主動和被動 的要求 安全性能 的提高 ,安全已成為驅(qū)動 汽車 的設(shè)計(jì)和開發(fā) 的主要動力，智能， 敏感和自動駕駛車輛安全系統(tǒng)已經(jīng)成為 現(xiàn)在的 追求目標(biāo) ,各行各業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品的不斷 更新， 并提供技術(shù)支持 ， 從傳感器和模擬集成電路 ,先進(jìn)的微處理器 ,讓 自動控制的 車輛 安全 大大提高 。 “ 自動道路識別的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)智能車 ” 項(xiàng)目 ,是使用模型汽車 ,傳感器 ,單片機(jī) ,智能車的硬件電路。其核心是自動控制系統(tǒng) ,它是 用 傳感器和處理器 構(gòu)成的 ,可以根據(jù)其他車輛距離、速度和道路條件 ,自動調(diào)整速度 ,而不用司機(jī)干預(yù)。自動道路識別 智能車的設(shè)計(jì) ,提高車輛安全、舒適和駕駛效率 ,控制系統(tǒng)起著重要的作用。 第二章智能小車的系統(tǒng)總結(jié) 智能車系統(tǒng)構(gòu)成 本智能車控制系統(tǒng)采用摩托羅拉公司生產(chǎn)的 M C9S12DG l 28 的 16 位單片機(jī)作為核心控制單元，由安裝在車前部的光電傳感器及 CM O S 攝像頭負(fù)責(zé)采集信號，并將信號傳到核心控制單元進(jìn)行判別處理后，由 PW M 發(fā)生模塊發(fā)出 PW M 波，分別對舵機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行控制，完成智能車的轉(zhuǎn)向、前進(jìn)和制動。智能車后輪上還安裝有光電編碼器，用來采集車輪的轉(zhuǎn)速。智能車系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：中央處理器單元、道路識別單元、速度檢測單元、直流電機(jī)驅(qū)動單元、舵機(jī)驅(qū)動單元、調(diào)試電路模塊。 系統(tǒng)總體框圖如圖 21 所示 為了使智能車能夠快速行駛，單片機(jī)必須把路徑的迅 速判斷、相應(yīng)轉(zhuǎn)向電機(jī)的控制及直流驅(qū)動電機(jī)的控制結(jié)合在一起。否則會使小車偏離道路或彎路速度過快沖出道路。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 系統(tǒng)各部分的主要功能 系統(tǒng)主要包括以下部分 : （ 1） 中央處理器單元。使用飛 MC9S12DGl28B 型號的 16 位單片機(jī) （ 2） 道路的識別。智能汽車在行駛的過程中 ,汽車可以使用攝像機(jī)搜集道路的信息 ,反饋給單片機(jī)控制單元 ,控制單元在判斷黑線的位置 ,控制汽車的速度和轉(zhuǎn)向。 （ 3） 速度檢測單元。使用光電編碼器的驅(qū)動輪速度實(shí)時(shí)檢測，反饋信息控制。 （ 4） 直流電機(jī)驅(qū)動單元。根據(jù)速度檢測單元反饋信息 ,驅(qū)動直流電機(jī)的操作 ,加速 ,減速和停止。 （ 5） 伺服驅(qū)動單元。采取了一系列控制算法 ,通過攝像機(jī)的路面信息反饋 ,通過控制算法來計(jì)算控制單元調(diào)用，以便準(zhǔn)確地控制舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)使汽車。 （ 6） 電源模塊單元。電源模塊為系統(tǒng)其他模塊提供所需電源?？紤]的設(shè)計(jì)的基本參數(shù)如電壓范圍和電流容量 ,并考慮電源轉(zhuǎn)換效率 ,降低噪聲和防止干擾 ,電路簡單 ,可靠的電力供應(yīng)計(jì)劃是整個(gè)電路的基礎(chǔ)是穩(wěn)定的和可靠的操作。 （ 7） 調(diào)試電路模塊。用于汽車開發(fā)和調(diào)試工作 ,一方面 ,它可以顯示各種信息和控制電路的工作參數(shù) ,另一方面可以修改工作參數(shù) 智能小車的主要參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 280、 170、 375 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 1 系統(tǒng)使用一個(gè) Freescalel6 位單片機(jī) MC9S12DGl28B 作為 MCU ,使 系統(tǒng) 的 微控制器可靠性高 ,抗干擾能力強(qiáng) ,工作頻率多達(dá) 25 M H z,保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。 使 用數(shù)字 PID 控制器來控制直流電機(jī)驅(qū)動。 PID 控制器結(jié)構(gòu)簡單靈活 ， 根據(jù)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)可以調(diào)整參數(shù) ， 不 用 一個(gè)精確的數(shù)字模型 ， 可以獲得更好的控制性能。 3 系統(tǒng)控制模塊使用的方向模糊推理機(jī) ,模糊推理機(jī)是 Freescale 速度 12 系列單片機(jī)內(nèi)部資源。 4 系統(tǒng)硬件和軟件采用模塊化結(jié)構(gòu) ,根據(jù)需求方便添加或刪除功能。 5 為了提高系統(tǒng)的可靠性 ,系統(tǒng)采用的硬件和軟件抗干擾技術(shù) ,如 。光電隔離技術(shù) ,數(shù)字濾波技術(shù)、電磁兼容性分析 ,等實(shí)時(shí)監(jiān)控 ,低壓供電系統(tǒng)有自動關(guān)機(jī)功能。 總之 ,智能車輛控制系統(tǒng)在理論和實(shí)踐中 ,具有一定的創(chuàng)新點(diǎn) ,其功能完善 ,運(yùn)行穩(wěn)定 ,可靠性高 ,并提供了一個(gè)強(qiáng)大的輔助功能。 第三章智能小車硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 智能 小車 控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)第一步是設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng) ,因?yàn)橛布脑O(shè)計(jì)對 系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定 和 控制精度有重要作用。智能 小車 系統(tǒng)主要由中央處理器單元 ,路徑識別單元和速度檢測單元 、直流電機(jī)驅(qū)動單元 ,伺服驅(qū)動單元 等部分組成 。智能車系統(tǒng)的硬件模塊如圖 3 1 所示。 以 下是 對 智能 小車 模塊進(jìn)行 的 詳細(xì)設(shè)計(jì)。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 智能車系統(tǒng)的硬件模塊如圖 所示 電路的主要器件 ? 電源管理模塊 ： 電池 和 穩(wěn)壓芯片 ◆ 控制模塊 ： 目標(biāo)板 和 系統(tǒng)微控制器 ◆ 路徑識別模塊 ： 攝像頭 和 轉(zhuǎn)換器 ◆ 后輪驅(qū)動和速度檢測模 ： 直流電機(jī) 和 直流電機(jī)驅(qū)動芯 以及 轉(zhuǎn)向舵機(jī)模塊舵機(jī) ◆ 電源電壓檢測模塊 ： 光電耦合芯片 和 運(yùn)算放大器 ◆ 輔助調(diào)試模塊 ： 紅外遙控器 電源的設(shè)計(jì) 電源管理模塊 的 設(shè)計(jì)是汽車電源 為 汽車控制器 和 執(zhí)行器 以及 傳感器工作提供可靠的電力供應(yīng) ， 目前市場上 出現(xiàn) 的充電電池有鎳鎘電池 和 鎳氫電池 和 鋰離子電池 和 堿性電池 以及 密封鉛酸電池幾類 等 。 因?yàn)?鎳鎘電池 有價(jià)格 低 、 成熟的技術(shù) 、 簡單的電路 、 瞬時(shí)大電流供應(yīng)能力的優(yōu)勢 、 所以就 占領(lǐng)了大部分的市場 ， 所以我 也就 選擇 了 國內(nèi)鎳鎘可充電電池當(dāng)選 了 智能 小車的電源。 電源管理模塊的 主要 功能是對電壓 進(jìn)行 調(diào)整 ， 其他模塊提供所需的鎳鎘充電電池供電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí) ， 需要考慮基本參數(shù) 有 電壓范圍和電流容量和 電源噪聲以 及 防止干擾 的 優(yōu)化。電源 的好壞可以影響 整個(gè)硬件電路的穩(wěn)定。 電路的系統(tǒng)控制 智能單片機(jī) 系統(tǒng)控制模塊 是 用汽車 Freescale 發(fā)射增強(qiáng)的 16 位單片機(jī) MC9S12DGl 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 28 b,這個(gè)系列的單片機(jī)主要 是 用于工業(yè)控制 的， 特別是在汽車 領(lǐng)域的 應(yīng)用 更加 廣泛。 這一 系列單片機(jī)的 優(yōu) 點(diǎn)是 加大了 I / o 模塊和特殊工業(yè)控制通信模塊。 S12 系列 的 單片機(jī)的中央處理器 CPU12 是 由 運(yùn)算器的算術(shù)邏輯單元 和 控制單元 以及 寄存器 組成的 。 CPU 的 總線頻率是 8mH z， 內(nèi)部 的 操作速度 一般 可達(dá) 到 25mHz。 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MC9S12DGl28B 作為 S12 系列的單片機(jī)，內(nèi)部 結(jié)構(gòu)特是 非常 多的，一般可以有 如下 結(jié)構(gòu) (1) 時(shí)鐘和復(fù)位模塊 ： PLL 和 CO P (2) 存儲器 ： 2KB EEPROM 和 8KBRAM (3) 兩個(gè) 8 路 A／ D 轉(zhuǎn)換器 ： 具有外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換 的 功能 (4) 增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器 ： 16 位 計(jì)數(shù)器 和 8 個(gè)輸入或輸出通道 以及兩個(gè) 8 位脈沖計(jì)數(shù)器 (5) 8 路 PW M 通道 ： 可編程周期以及占空比 、 8 位 8 路／ 16 位 4 路 PWM、 獨(dú)立控制各路 PW M 的周期和占空比 、 中間對齊和左對齊輸出 、 頻率范圍寬的可編程時(shí)鐘選擇邏輯 和 緊急時(shí)刻快速關(guān)閉輸出 (6) 串行接口 ： 兩個(gè)異步串行通信模塊 和 1 個(gè) IIC 總線接口 14 (7) 3 個(gè) 1M／ S， CAN2． OA， CAN2． 0B 兼容模塊 MC9S12DGl28b 是 支持在線編程 的 ,也就是 在線寫作 和 抹去 以及 網(wǎng)上下載程序。在線編程的 一個(gè) 原則是 ： 單片機(jī) 的 芯片 CPU 有能力寫在芯片 內(nèi) 、刪除操作 ,用戶必須以一串口命令發(fā)送給單片機(jī) ， 單片機(jī)編程接口除了 可以 完成 ash 的抒寫、 擦除 等 功能 ， 也可以用 做 應(yīng)用程序 的 調(diào)試 ,還 可以在應(yīng)用程序 中進(jìn)行 運(yùn)行 時(shí)，隨時(shí)的 訪問 CPU 寄存器的值 ，比如內(nèi)存的瞬態(tài)信息 ,這被稱為后臺調(diào)試模式。此外 ,監(jiān)控通過 BDM 寫 入 ,然后 還 可以從BDM， 通過 RS 下載程序和調(diào)試 。 單片機(jī)的硬件 設(shè)計(jì) (1)時(shí)鐘電路。單片機(jī) 的 系統(tǒng)操作需要電源和時(shí)鐘 這兩個(gè)基本的條件 。 在這兩個(gè)條件中 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是 最 重要的。 不過 單片機(jī)內(nèi)部 的 時(shí)鐘電路 也還是 不如使用外部晶體振動穩(wěn)定性 ， 使用 16MHz 外部晶體中的單片機(jī)外部晶體的輸入接口 EXTAL 和晶體 ，在 利用MC9S12DG128b 內(nèi)部壓控振蕩器和鎖相環(huán) (PLL)的頻率增加到 25 M H z， 做單片機(jī)內(nèi)部總線時(shí)鐘。 (2)串口 RS. 232 驅(qū)動電路。通過 轉(zhuǎn)換芯片 ， 單片機(jī) 也 可以用異步串行通信協(xié)議 和 PC 的通信 的 。 級別轉(zhuǎn)換芯片可以實(shí)現(xiàn) TTL 和 之間的轉(zhuǎn)換 ， 再通過九個(gè)核心串行端口和電腦溝通。在智能 小車 控制系統(tǒng) 可以 電腦通過 下載一個(gè)程序控制主板 (3)復(fù)位電路。單片機(jī)復(fù)位電路集成電力 ， 但使用特殊的復(fù)位電路使系統(tǒng)上電復(fù)位更加可靠。智能 小車 控制系統(tǒng)主電路 中是 外部復(fù)位電路和 RC 電路使用按鈕 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 (4)電源電路。單片機(jī) M C9S12DG l 28B 的供電是靠外部的 +5V 電源。其電路已在電源管理模塊中說明。單片機(jī)芯片內(nèi)部使用 3V 電壓，較低的片內(nèi)電壓使 CPU 運(yùn)行速度快，功耗低；較高的 I／ O 電壓有利于抗外界干擾。 (5)BDM (BackgroundDebugMod 卜后臺調(diào)試模式 )調(diào)試接口。 BDM 頭接口是接 BDM 調(diào)試工具的，向單片機(jī) MC9S12DGl28B 下載程序，進(jìn)行在線調(diào)試。 BDM 是單片機(jī)最根本的調(diào)試方式 n” 。 15 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 (6 單片機(jī)運(yùn)行模式的選擇。 MC9S12 系列單片機(jī)有兩種工作模式 ,分別是單片的操作模式和操作模式的擴(kuò)張。 單片機(jī) 操作模式是最常用的 M C9S12 系列單片機(jī)的操作模式。單片機(jī) 操作模式分為普通單模和特殊 兩種 ,普通單模是運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)使用模式 ,特殊的單模指 BDM 調(diào)試模式。在這里插入 BDM 頭時(shí) ,可以輸入特殊的單模 。當(dāng)不插入 BDM 自動進(jìn)入普通單模。擴(kuò)展操作模式允許通過外部 CPU 總路線擴(kuò)展 RAM 和 I / O 等。 單片機(jī) M C9S12DG l28B 內(nèi)有足夠 的 存儲器資源，所以在智能車控制系統(tǒng)中只需要工作在單片運(yùn)行模式 。 見 表 3． 1 可知單片機(jī) 的 工作模式 PE5=MODA PE6=MODB BKGD=MODC 工作狀態(tài) 0 0 0 特殊模式， 允許 BDM 0 0 1 普通單片模式