【正文】 00000000000000000 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 附件 2： 程序說(shuō)明 主函數(shù)： void main(void) { //定義變量 chaopin()。 在整個(gè)比賽的準(zhǔn)備過(guò)程中，我們賽隊(duì)一直保持著良好的心理素質(zhì)。如果當(dāng)天我們不修改硬件，直接進(jìn)入調(diào)試階段，絕對(duì)能夠得到滿意的競(jìng)賽結(jié)果?？陀^原因固然存在，但是主觀方面則存在時(shí)間利用效率低的情況，在賽前沒(méi)有緊張感，往往是一個(gè)問(wèn)題花上一天時(shí) 間來(lái)解決。測(cè)試后證明，這種入庫(kù)方式不僅程序簡(jiǎn)單，而且非常穩(wěn)定，幾乎可以達(dá)到百分百的成功率。 比賽結(jié)束后，我們重新對(duì)入庫(kù)程序進(jìn)行了調(diào)試， 程序修改后，小車能夠達(dá)到理想的入庫(kù)效果，完成整個(gè)比賽的時(shí)間為 14秒（事實(shí)上，小車還是有提速空間的）。 通過(guò)國(guó)賽實(shí)地場(chǎng)地測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)的需要解決的問(wèn)題有： ① 照明不足的情況下 ，賽道信息提取會(huì)有一定的困難； ② 場(chǎng)地使用自然光照明，無(wú)濾光片的情況下無(wú)法分辨賽道； ③ 轉(zhuǎn)向過(guò)程中經(jīng)常踩線，需要調(diào)整轉(zhuǎn)向程序； ④ 入庫(kù)功能工作不穩(wěn)定； c） 根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，做了哪些 優(yōu)化設(shè)計(jì) 。 但是由于 到后來(lái) 時(shí)間 非常的緊張 ，入庫(kù)功能測(cè)試的時(shí)間很少，導(dǎo)致入庫(kù)功能非常不穩(wěn)定，有一定的失敗幾率，這為我們 這次 比賽時(shí)的失利埋下了伏筆。 最終完成后小車的照片如下 面三張照片 所示： 圖 21：正面 45176。因?yàn)橹绷麟姍C(jī)采用不同占空比的 PWM波調(diào)速， 而 在本方案中，電機(jī)是對(duì)策安裝的，前進(jìn)時(shí)左右兩輪的直流電機(jī)需要一個(gè)正轉(zhuǎn)，一個(gè)反轉(zhuǎn)， 在 同樣的 PWM 波占空比下，直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)速度可能不同，而這種速度差異往往由制造過(guò)程中的偶然因素影響，很難控制；而且，隨著電池耗電量的增加，驅(qū)動(dòng)能力下降，同一電機(jī)的在不同時(shí)間采用同樣占空比的 PWM 波控制，其轉(zhuǎn)速可能也是不一樣的。 3． 實(shí)物制作 與組裝調(diào)試 1） 器件與材料 本項(xiàng)目中，使用的主要硬件器材有： 圖 18：小車使用的主要零件 底盤采用的是 透明 PVC塑料板，具有質(zhì)量輕、韌性好的優(yōu)良特性；缺陷是耐沖擊力不夠，在發(fā)生碰撞時(shí)容易碎裂，同承重時(shí)易發(fā)生形變，底盤出現(xiàn)內(nèi)凹現(xiàn)象。 4 月 1 日 4 月 20 日：完成基本程序的編寫，拿到加工好的機(jī)械零件，組裝完成小車的各機(jī)械部件。 調(diào)整中用到的具體參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際情況多次試驗(yàn) 得到， 因?yàn)?不同光滑程度的賽道，其相同偏移量下要求的轉(zhuǎn)動(dòng)角度也不盡相同。 ① 偏軌調(diào)整： 小車偏軌調(diào)整示意圖如下，圖中的小車，左右輪為動(dòng)力輪組，驅(qū)動(dòng)小車向前運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小車出現(xiàn)了偏向左側(cè)的情況。如下圖所示： 圖 12：正常情況下賽道 信息采樣 示意圖 上圖中顯示的是最正常的情況，取到的 4 個(gè)點(diǎn)水平分布在圖像的中央，表明此時(shí)既無(wú)偏軌也無(wú)歪斜。如果一個(gè) 1的左邊和右邊都是 0，那么，就強(qiáng)行將這個(gè) 1 賦值成 0。而閾值的確定是基于大量實(shí)驗(yàn)觀察人工設(shè)定的，想讓小車做到自由閾值調(diào)整 幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。 為了獲得較高的轉(zhuǎn)速，需要按照一定的加速曲線逐漸加速，這樣才不會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，整個(gè)加速的過(guò)程一般在 之間。整個(gè)行進(jìn)過(guò)程如下圖所示： 圖 5： 小車行進(jìn)過(guò)程示意圖 小車入庫(kù)方案： 第一步：小車在平行過(guò)程中前方紅外避障管檢測(cè)到障礙物，此時(shí)小車開(kāi)始進(jìn)入入庫(kù)程序； 第二步：小車減速平行一小段距離后（這段距離由程序延時(shí)精確控制），在車庫(kù)前停下 ，前方攝像頭利用車庫(kù)前的紅色賽道調(diào)整身形。 檢測(cè)方案： 考慮到檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)潛力與環(huán)境適應(yīng)能力。 研究出合適的小車的入庫(kù)方法，做到精確、穩(wěn)定入庫(kù)。運(yùn)用該輪組之后，小車無(wú)需車身旋轉(zhuǎn)就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎行駛。 設(shè)計(jì)一套具有較高識(shí)別性能的圖像采集濾波算法，能在較復(fù)雜的環(huán)境下采集出有用的信息。這樣，就 實(shí)現(xiàn) 了 弧形轉(zhuǎn)向。 電機(jī)控制方案： 采用 4 個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，分別通過(guò) 輸入脈沖頻率 控制 4 個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 如果小車不偏軌亦不歪斜，則攝像頭采集到的賽道圖像應(yīng)為一條居于正中的直線，如下圖所示： 圖 8：位置正常時(shí)小車采集的賽道圖像 如果發(fā)生偏軌，則直線會(huì)在圖像的上方或下方 ，如下圖所示 ： 圖 9：發(fā)生偏軌時(shí)采集到的賽道圖像 如果車身發(fā)生歪斜，則直線會(huì)在圖像的上方或下方，如下圖所示： 圖 10：小車發(fā)生歪斜時(shí)采集到的圖像 而在一般情況下，小車是既發(fā)生歪斜又發(fā)生偏軌的， 則采集到的圖像往往為兩種情況的疊加，以 下面這種情況為例，這就是小車既遠(yuǎn)離該側(cè)賽道又發(fā)生逆時(shí)針歪斜時(shí)采集到的圖像 ： 圖 11：偏軌和歪斜都發(fā)生時(shí)的一種情況 當(dāng)采集完一幀圖像 之后，還 要對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理， 然后判斷圖像特征，識(shí)別小車此時(shí)的身形狀態(tài)，這是一個(gè)頗為復(fù)雜的過(guò)程，涉及到的各種算法將在后文中詳細(xì)介紹。 這種方法的確可以將賽道信息分離出來(lái)，但是非常不穩(wěn)定： 首先，由于場(chǎng)地照明不同，小車在不同地點(diǎn)采集到的圖像中，地板的灰度值是有差異的，在較亮地區(qū)采集到的圖像中的賽道灰度值，和在較暗地區(qū)采集到的地板的灰度值可能是相同的。 上面只是簡(jiǎn)要介紹了插值法的基本思路， 具體的 差值 判斷方法 還請(qǐng) 詳見(jiàn)后面的程序介紹。 5） 狀態(tài)判定思路 經(jīng)過(guò) 前面所述的采集和濾波之后，我們已經(jīng)獲得包含準(zhǔn)確賽道信息的 01 矩陣（如附件1），接下來(lái)，我們需要根據(jù)矩陣，判斷出小車此時(shí)的狀態(tài)是否正常，是否發(fā)生歪斜或者偏軌。 此部分的具體細(xì)節(jié)請(qǐng)見(jiàn)下文中的“程序說(shuō)明”相應(yīng)部分。 小車歪斜 的程度不一樣， 前后方輪組 轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也不同 。這一點(diǎn)也和我們?cè)陧?xiàng)目實(shí)施期間對(duì)經(jīng)費(fèi)的使用沒(méi)有嚴(yán)格的計(jì)劃好有關(guān)，也是我們需要改正的方面 之一。 注：事實(shí)上，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，項(xiàng)目實(shí)際的進(jìn)度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于計(jì)劃的進(jìn)度。 在安裝時(shí)，首先將小車放置在賽道正中，保證小車無(wú)偏軌、歪斜現(xiàn)象。 在采用步進(jìn)電機(jī)之后，驅(qū)動(dòng)板換成了 4 個(gè)比較重的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 ⑤ 直行 轉(zhuǎn)向 平行功能綜合測(cè)試： 使小車多次轉(zhuǎn)彎通過(guò) 5 個(gè)路口，綜合測(cè)試直行、轉(zhuǎn)向等功能。包括順利直行、順利轉(zhuǎn)向和順利入庫(kù)等。 4．實(shí)物競(jìng)賽測(cè)試結(jié)果 1） 給出重要的 測(cè)試數(shù)據(jù) ，說(shuō)明并分析對(duì)比賽任務(wù)的 完成情況 ； 實(shí)物競(jìng)賽的過(guò)程中，入庫(kù)前的過(guò)程一切正常，符合之前調(diào)試的預(yù)期。這和我們 在 測(cè)試時(shí)的 實(shí)驗(yàn) 結(jié)果很不一樣 ，究其原因，我們覺(jué)得一方面是測(cè)試地點(diǎn)與比賽時(shí)的入庫(kù)地點(diǎn)光照條件不同，小車在入庫(kù)前的調(diào)整姿態(tài)過(guò)程中出現(xiàn)了判斷錯(cuò)誤；另一方面是車庫(kù)本事對(duì)小車的視覺(jué)系統(tǒng)造成了干擾，造成判斷失誤 。 2） 優(yōu)點(diǎn)和不足 值得反思之處： 我們小組最終取得了一個(gè)優(yōu)勝獎(jiǎng)、一個(gè)理論方案獎(jiǎng)還有一個(gè)最亮風(fēng)格獎(jiǎng)。在這里，真心感謝光學(xué)慣性所的楊建華老師，小車有一個(gè)難題一直無(wú)法攻克，在前三個(gè)多月里，我們沒(méi)有找到合適的老師求助，比賽前半個(gè)月，我們通過(guò)與他的溝通終于找到了解決辦法。 幸運(yùn)的是，我們最終還是看到了 小車在賽場(chǎng)上馳騁的那一刻 ，因?yàn)槲矣幸粋€(gè)絕不輕言放棄的團(tuán)隊(duì)。 珍重！ 附件 1:圖像提取結(jié)果樣本 下圖所示的圖像，是一種小車既歪斜又偏軌時(shí)通過(guò)攝像頭所能看到的圖像。 //0x01010101 選擇捕捉模式 TFLG1 = 0xff。 EnableInterrupts。 start_straight()。 TIE=0x40。 dir1=0。 bj_change_speed(0x02,0x00)。 music=1。 //調(diào)整 } for(。 我們的掃描是在每一列上逐行掃描，該列掃描完畢則掃描下一列。rowec++) { if((deal[rowec][columnec]deal[rowec+2][columnec]=22)amp。 //記錄列值 columnec=column_max1。amp。 deal[rowec][columnec]=1。 deal[rowec][columnec]=0。columneccolumn_max2。columnec++){ if(deal[rowec][columnec4]==0amp。rowec++){ for(columnec=cailie[i]3。之后，對(duì)圖像矩陣進(jìn)行賽道信息的提取，在提取過(guò)程中我們采用從圖像底部向上掃描賽道的方法，避免了路口處多余賽道的干擾。 if((tiqu[3]tiqu[1]tiqu[2]+tiqu[0]10)||(tiqu[3]tiqu[1]tiqu[2]+tiqu[0]10)){angle=0。} } if(tiqu[2]==0){ if((tiqu[3]tiqu[1])2*(tiqu[1]tiqu[0])10||((tiqu[3]tiqu[1])2*(tiqu[1]tiqu[0])10)){angle=0。angle=0。 //角度偏移的提取 position=(a1+a2)/225。 adjust_straight_left(c2)。 //角度調(diào)整函數(shù)延時(shí)時(shí)間為調(diào)整量的 6倍，倍數(shù)關(guān)系通過(guò)分析單片機(jī)頻率和步進(jìn)電機(jī)保持頻率而得。 position=position+2。 } else if(angle=1){ c1=(angle)*6。 dir2=0。}// 原行進(jìn)方向的動(dòng)力電機(jī)減速 bj_change_speed(0x00,speedjia[i])。而且由于我們小車的行進(jìn)特點(diǎn)，小車在達(dá)到車庫(kù)前身形并不會(huì)很歪斜，故調(diào)整時(shí)間不會(huì)很長(zhǎng)，整 個(gè)入庫(kù)時(shí)間也是在可接受的范圍內(nèi)。 //入庫(kù)前采集圖像 findpianyi()。 減速矩陣 speedjian[]={0x00,0xff,0xee,0xcd,0xa0,0x75,0x65,0x55,0x4a,0x40,0x3d,0x3a,0x36,0x32,0x30,0x2f,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x23,0x22,0x21,0x20,0x20}。 bj_change_speed(0x01,speedjian[23i])。下面以右轉(zhuǎn)彎的程序?yàn)槔M(jìn)行詮釋： void turn_right(void) { uint8 i。 if(angle=1){ c1=angle*6。 //角度調(diào)整量小于 0，說(shuō)明向左偏，故順時(shí)針旋轉(zhuǎn)小車。 if(angle=1){ //當(dāng)角度偏移量為 3176。具體調(diào)整程序如下： if(judge==1){ //判斷是直行還是平行 if(re==0){ //判斷 為直行時(shí)作以下調(diào)整 if(position2){ //當(dāng)位置偏移 3cm以上時(shí) c2=position*7。 position=(a1+a2)/2+(a1a2)/425。position=0。} } if(tiqu[1]==0){ if(2*(tiqu[3]tiqu[2])(tiqu[2]tiqu[0])10||(2*(tiqu[3]tiqu[2])(tiqu[2]tiqu[0])10)){angle=0。為了避免此情況發(fā)生，我們采用了以下算法： if(correct==4){//當(dāng)采集到 4個(gè)點(diǎn)時(shí)，判斷 4個(gè)點(diǎn)是否近似成直 線分布，符合賽道為直線的情況。 } 橫向?yàn)V波算法濾除了第一列判斷賽道時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤所帶來(lái)的干擾及路口所帶來(lái)的干擾。i++){ for(rowec=0。rowec++){ for(columnec=4。rowecrow0。 } deal[rowec][columnec]=1。 deal[rowec