【正文】 .......................................................................... 21 上位機(jī)調(diào)試單元 ...................................................................................... 23 第六章 總結(jié) .................................................................................................................... I 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ II 附錄 .............................................................................................................................. III 1 第一章 引言 智能汽車制作情況概 述 智能汽車 以 比賽組委會(huì)提供的 飛思卡爾 16位微控制 MC9S12XS128B為控制器，采用 CMOS傳感器進(jìn)行信息采集 、檢測(cè)車模的運(yùn)動(dòng)位置和運(yùn)動(dòng)方向 。對(duì)于 S12 芯片的寄存器設(shè)置和操作，參考了 飛思卡爾 的 S12用戶使用手冊(cè)。其中，第一章為引言部分，第二章主要介紹了小車的總體設(shè)計(jì) 方案以及車模的相關(guān)參數(shù) ，第三章對(duì)小車的硬件設(shè)計(jì)進(jìn) 行了詳細(xì)的介紹，其中包括機(jī)械改造，電路設(shè)計(jì)兩大部分，第四章對(duì) 小車的軟件設(shè)計(jì) 思想 和相關(guān)算 法 進(jìn)行介紹，第五章 詳細(xì)介紹了賽車系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的調(diào)試工具、軟件和各種調(diào)試手段和方法， 對(duì)小車的開(kāi)發(fā)調(diào)試等進(jìn)行 說(shuō)明，第六章敘述了我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決方法。其中 S12 單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分。 ：信息處理模塊包括信息處理和控制模塊，其核心是 MCU， MCU接收到采集來(lái)的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后作出判斷，并發(fā)出控制命令。 5. 人機(jī)交互模塊：該模塊包含了按鍵輸入與 LED顯示等功能模塊，其中按鍵用于調(diào)節(jié)小車的工作模式， LED顯示小車的一些當(dāng)前參數(shù)，便于實(shí)時(shí)觀測(cè)小車的運(yùn)行狀態(tài)。鑒于此，我們調(diào)整了小車的前輪主銷傾角，使之成為“八”字形，這樣就大大的增大了小車的前輪與地面的摩擦力。經(jīng)過(guò)第一節(jié) 全國(guó)大學(xué)生智能 汽 車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告 4 反復(fù)試驗(yàn)，我們將 差速調(diào)整到一個(gè)比較合適的程度。我們將 PP4 和 PP5 合成了一路 16 位的PWM 發(fā)生器，并由 PP5 輸出。在準(zhǔn)備過(guò)程中我們反復(fù)試驗(yàn)了若干的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，都沒(méi)有達(dá)到滿意的效果。 PP0和 PP1 合成 16 位的 PWM 發(fā)生器并由 PP1 輸出控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。我們采購(gòu)到了增量式的分辨率為 100 線的光電編碼器。光電編碼器的電路如 0圖 所示： 第三章 智能汽車硬件設(shè)計(jì) 7 圖 測(cè) 速模塊電路圖 賽道圖像采集模塊 攝像頭工作原理 攝像頭分黑白和彩色兩種，為減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)考慮賽道的特點(diǎn)：只需提取畫面的灰度信息，所以本設(shè)計(jì)中采用的是黑白攝像頭。電源接的電壓要視具體的單板而定，目前一般有兩種規(guī)格， 69V 或 912V。當(dāng)掃描完一行，視頻信號(hào)端就輸出一個(gè)低于最低視頻信號(hào)電壓的電平（如 ），并保持一段時(shí)間。場(chǎng)同步脈沖標(biāo)志著新的一場(chǎng)的到來(lái)，不過(guò)，場(chǎng)消隱區(qū)恰好跨在上一場(chǎng)的結(jié)尾和下一場(chǎng)的開(kāi)始部分，得等場(chǎng)消隱區(qū)過(guò)去，下一場(chǎng)的視頻信號(hào)才真正到來(lái)。一般而言，攝像頭分辨率越高，單行視頻信號(hào)持續(xù)的時(shí)間也越短，在 AD轉(zhuǎn)換時(shí)間不變的情況下， AD 對(duì)單行視頻信號(hào)所能采樣的點(diǎn)數(shù)也越少。由此證明了，攝像頭的分辨率越高，盡管可提高縱向分辨能力，卻會(huì)減少單片機(jī) AD 采樣單行信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，削弱了橫向分辨能力。在本智能車定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，我們?cè)谑袌?chǎng)上所能找到的最低分辨率的攝像頭就是采用 1/3 OmniVision CMOS 為傳感芯片的攝像頭，其分辨率為 320線。引腳 3 為場(chǎng)同步信號(hào)輸出端，當(dāng)攝像頭信號(hào)的場(chǎng)同步脈沖到來(lái)時(shí)，該端將變?yōu)榈碗娖?，一般維持 230us，然后重新變回高電平。之所以選用帶中斷的 I/O 口是因?yàn)?，行同步信?hào)持續(xù)時(shí)間較短，為了不漏檢到行同步信號(hào)，若使用普通 I/O 口，則只能使用等待查詢的方式來(lái)檢測(cè)到行 同步信號(hào)，這會(huì)浪費(fèi)不少M(fèi)C9S12XS128 的 CPU 資源。接奇 偶場(chǎng)同步信號(hào)時(shí)，用中斷的方式來(lái)判斷換場(chǎng)的發(fā)生同樣是很方便的。 13 第四章 智能汽車軟件設(shè)計(jì) 智能車軟件系統(tǒng)總體流程圖 智能車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體框架如圖 所示： 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化圖 像 信 息 采 集 速 度 信 息 采 集判 斷 賽 道 變 化 趨 勢(shì)及 小 車 位 置判 斷 小 車 穩(wěn) 定 性小 車 方 向 控 制 小 車 速 度 控 制控 制 舵 機(jī) 控 制 電 機(jī)P I D 算 法加速減速剎車制動(dòng) 圖 智能小車軟件框架流程圖 賽道識(shí)別 對(duì)于智能小車而言賽道識(shí)別是關(guān)鍵 環(huán)節(jié)，賽道識(shí)別的好壞直接影響小車的運(yùn)行狀態(tài)， 是比賽能否取得良好成績(jī)的關(guān)鍵。 2. 圖像不清楚時(shí)丟失半邊邊界的情況很多，對(duì)起跑線識(shí)別造成困難。大多數(shù)的濾波算法在濾除噪聲的同時(shí)，也降低了邊緣的強(qiáng)度。針對(duì) 本次比賽賽道的特點(diǎn)同時(shí)考慮到單片機(jī)的片內(nèi)資源，因?yàn)橹悄苘嚨倪\(yùn)行環(huán)境是比 賽賽道，背景和前景區(qū)分明顯，且背景簡(jiǎn)約，并且比賽場(chǎng)地的光線的影響較小 ，前景于背景相對(duì)明顯 。 指引線 信息提取 對(duì)進(jìn)行二值化后的圖像提取指引線是很容易的，只要判斷該點(diǎn)的值即可判斷該點(diǎn)是白點(diǎn)還是黑點(diǎn)，然而由于 40*48 的圖像尺寸較大，若全圖搜索效率太低，無(wú)法在 20ms 算法周期內(nèi)完成。 識(shí)別步驟如下： 1. 首先判斷當(dāng)前場(chǎng)的有效行數(shù)，當(dāng)有效行的個(gè)數(shù)過(guò)小時(shí)，全場(chǎng)掃描尋找起始線，當(dāng)有效行的個(gè)數(shù)大于 20時(shí)，利用中間一行到車模最近一行之間進(jìn)行尋找起始線。當(dāng) 前 行 標(biāo) i 最 大 值 ？返 回 值 為 0是 否 第 一 次 找 到 ？ 定 時(shí) 4 秒 鐘返 回 值 為 1R o a d _ M i d [ i ] = 1 2 ?當(dāng) 前 列 標(biāo) 在 0 與R o a d _ M i d [ i ] + 1 3之 間是否否當(dāng) 前 列 標(biāo) 在R o a d _ M i d [ i ] 1 3與 最 大 值 之 間是否否是是否是 圖 尋找起始線流程圖 交叉線雖然也是一種特殊情況，但由于我們是通過(guò)邊緣檢測(cè)法對(duì)黑線進(jìn)行提取的，它并不會(huì)被檢測(cè)到。路況變化的越劇烈，擾動(dòng)的幅值越大，對(duì)小車運(yùn)行時(shí)的超調(diào)量也越大。為了兼顧穩(wěn)定和快速，在小車控制的基本原則是位置控制結(jié)合速度控制，盡量提高直道速度，適 當(dāng)降低彎道速度，為提高車模運(yùn)行速度即穩(wěn)定性，必須計(jì)算指引線的各個(gè)參數(shù)。結(jié) 束該 行 是 否 連 續(xù) ？是行 標(biāo) i + = 1 。 曲率半徑的計(jì)算 最終以 10 行黑線信息作為彎、直道的判斷算法依據(jù)，下面簡(jiǎn)單介紹一下該算法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法可以得到在彎道中 Curvature 數(shù)值一般都大于 10，偶爾在切線位置處出現(xiàn)小于 10 的情況，但是作為彎道的判斷已經(jīng)足夠了，而且隨著曲率半徑的減小 Curvature 的 值也會(huì)相應(yīng)的增大。 控制算法 的實(shí)現(xiàn) 對(duì)于舵機(jī)的控制，我們采用了 P 控制算法，以小車前方某一行坐標(biāo)與中心線的偏差作為反饋，配合我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得到的公式，得到舵機(jī)的轉(zhuǎn)角。經(jīng)過(guò)隊(duì)員們的一致探討與不斷實(shí)踐，我們采用了BangBang + PID 的控制算法。 21 第五章 開(kāi)發(fā)流程 經(jīng)過(guò)對(duì)智能小車進(jìn)行硬件、軟件設(shè)計(jì)介紹以后，接下來(lái)介紹對(duì)以上算法進(jìn)行開(kāi)發(fā)和軟硬件聯(lián)調(diào)的過(guò)程。 CodeWarrior for S12 是面向以 HC1和 S12為 CPU的單片機(jī)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件包。不但可以實(shí)時(shí)觀察賽車的各項(xiàng)參數(shù)， 還可以在線修改智能車的各項(xiàng)參數(shù)。由于 S12 芯片處理能力的限制，所以需要選擇合適的攝像頭型號(hào)，然后根據(jù)其視頻信號(hào)的特點(diǎn)選擇 1881 作為其信號(hào)分離芯片。 2. 彎直道路況信息判斷。從而做到彎道、直道的速度和轉(zhuǎn)向準(zhǔn)確可靠控制 但是由于時(shí)間有限，系 統(tǒng)中尚存在許多問(wèn)題有待改進(jìn)： 1. 抗干擾處理。雖然實(shí)現(xiàn)了斜率和曲率的計(jì)算，但是其精度仍然不夠理想，特別是在能夠識(shí)別的路徑比較段的情況下，計(jì)算出的數(shù)據(jù)與實(shí)際有很大的偏差。本系統(tǒng)采用了雙閉環(huán)加前饋的控制方法，這在控制算法中是比較復(fù)雜的，實(shí)際應(yīng)用也驗(yàn)證了效果的良好，但是仍然存在不盡如人意的地方。 /*8 位的分辨率 采樣前電容不充電 */ ATD0CTL2 = 0X20。 /*單通道，連續(xù)模式 */ } /*查詢方式進(jìn)行一次 AD 轉(zhuǎn)換 */ unsigned char Get_Ad(void) { unsigned char Ad_val。 Clr_Ad_Flg。(12) /*啟動(dòng)小車 */ /*函數(shù)聲明 */ void Pwm_Set()。 ATD0CTL1 = 0X00。 /*第二階段 4 時(shí)鐘模式， ATD 時(shí)鐘 20M ,轉(zhuǎn)換時(shí)間 */ ATD0CTL5 = 0X20。 /*等待轉(zhuǎn)換完成 */ VI Ad_val= ATD0DR