【正文】 之用。所以，在選擇攝像頭時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)盡量選擇分辨率低的攝像頭。另一方面，現(xiàn)在市場(chǎng)上的攝像頭通常都在 300 線的分辨率以上，由此推得單行視頻信號(hào)的持續(xù)時(shí)間約為 20ms/300=66us 左右， AD 采樣單行視頻信號(hào)的點(diǎn)數(shù)約為[66/7]+1=10 個(gè)（不超頻情況下）。若使用分辨率為 640 線的攝像頭，則單 行的視頻信號(hào)所持續(xù)的時(shí)間約 20ms/640=31us， A/D 對(duì)單行的視頻信號(hào)所采集到的點(diǎn)數(shù)將不超過 [31/7]+1=5 個(gè)。例如， 對(duì)于 MC9S12DG128 的 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間在不超頻的情況下最短為 7us的情況下。 攝像頭的選擇 決定賽車圖像采樣模 塊實(shí)際橫向分辨能力的不是攝像頭橫向的像素?cái)?shù)，而是 AD 采樣單行視頻信號(hào)的點(diǎn)數(shù)。攝像頭每 秒掃描 25 幅圖像，每幅又 偶兩場(chǎng)，先奇場(chǎng)后偶場(chǎng)，故每秒掃描 50 場(chǎng)圖像。該區(qū)中有若干個(gè)復(fù)合消隱脈沖，其中有個(gè)遠(yuǎn)寬于（即持續(xù)時(shí)間長于）其它的消隱脈沖，稱為場(chǎng)同步脈沖，它是掃描換場(chǎng)的標(biāo)志。這樣相當(dāng)于，緊接著每行圖像信號(hào)之后會(huì)有一個(gè)電壓“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脈沖，它是掃描換行的標(biāo)第一節(jié) 全國大學(xué)生智能 汽 車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告 8 志。攝像頭連續(xù)地掃描圖像上的一行，則輸出就是一段連續(xù)的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)的高低起伏反映了該行圖像的灰度變化。視頻信號(hào)的電壓一般位于 之間。單板通常有三個(gè)端子：電源端、地端和視頻信號(hào)端（有的還多出一個(gè)端子，那是音頻信號(hào)端）。攝像頭主要由鏡頭、圖像傳感芯片和外圍電路構(gòu)成。這樣就能獲取光電編碼器 20ms 的發(fā)出的脈沖， 進(jìn)而根據(jù)齒輪的比例就能計(jì)算出小車的實(shí)際速度。因?yàn)樾≤嚥⒉粰z測(cè)車的前進(jìn)方向，所以我們只用了 XYZ 的中的一相。最后我們放棄了這種方案而改用信號(hào)比較整齊精確的光電編碼器來測(cè)速。電機(jī)的連接電第一節(jié) 全國大學(xué)生智能 汽 車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告 6 路如 圖 所示： 圖 驅(qū)動(dòng)模塊電路圖 測(cè)速模塊 好的控速效果是建立在精確的反饋的基礎(chǔ)上的，同時(shí)也是各種速度控制算法的基礎(chǔ)。我們用單片機(jī)的 PP2 和 PP3 分別接到驅(qū)動(dòng)芯片的 IN1 和 IN2 來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。后來我們用 MOS 管自己搭建了驅(qū)動(dòng)電路，效果也不是太理想 。舵機(jī)的電路連接圖 如下： 圖 舵機(jī)接口電路 驅(qū)動(dòng)模塊 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇直接影響小車的加速效果，智能車大賽的主要標(biāo)準(zhǔn)就是速度，因此驅(qū)動(dòng)芯片至關(guān)重要。舵機(jī)的標(biāo)稱電壓是 6V，但我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā) 現(xiàn) ：適當(dāng)?shù)?提高舵機(jī)的供電電壓可以明顯提高舵機(jī)的轉(zhuǎn)向速度與轉(zhuǎn)向力度 。 XS128 單片機(jī) 80PIN 共有 8 路可配置的 PWM 接口， PP0— PP7 其中兩個(gè)相鄰的接口可以合成一路 16 位的 PWM。 5 第三章 智能汽車硬件設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向模塊 轉(zhuǎn)向 舵機(jī)我們使用的是組委會(huì)提供的舵機(jī)，并加長了舵機(jī)的力臂。 差速的調(diào)整：差速的松緊程度在很大程度上影響著小車的過彎與加速特性，差速太松，小車在加速時(shí)容易打滑，差速太緊，小車再過彎時(shí)較為吃力。 舵機(jī)的改造：在初期的時(shí)候，我們將舵機(jī)平放， 但是隨之而來的問題是小車轉(zhuǎn)向遲鈍，并且左右的轉(zhuǎn)向不相等。 智能汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 小車前輪傾角的調(diào)整：我們?cè)谡{(diào)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn) ，增大輪胎與地面的摩擦力可以 大大減少小車在高速過彎時(shí)小車沖出賽道的幾率。 智能汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械結(jié)構(gòu)在很大程度上影響著小車的速度與轉(zhuǎn)向特性 ，包括小車的重心，前輪傾角，差速的松緊等。從而 整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)能夠形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，保證了小車的平穩(wěn)運(yùn)行。 ：在該模塊中基于信息處理之后的數(shù)據(jù)對(duì)小車采取相應(yīng)的控制側(cè)率來調(diào)節(jié)小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是小車平穩(wěn)快速的行駛。將處理得到的信息傳給單片機(jī)以采取相應(yīng)的控制決策。它負(fù)責(zé)接收賽道圖像數(shù)據(jù)、賽車速度 等反饋信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，形成合適的控制量來對(duì)舵機(jī)與驅(qū) 動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制。 智能汽車系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)框圖如圖 所示： 信 息 采 集 模 塊 信 息 處 理 模 塊 控 制 決 策 模 塊圖 像 信 息 采 集速 度 信 息 采 集圖 像 數(shù) 據(jù) 處 理確 定 舵 機(jī) 轉(zhuǎn) 角確 定 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速執(zhí) 行 模 塊舵 機(jī) 操 作電 機(jī) 操 作人 機(jī) 界 面按 鍵 輸 入 L E D 顯 示 圖 系統(tǒng)框圖 根 據(jù) 攝 像 頭 方 案 設(shè) 計(jì) ， 賽 車 共 包 括 六 大 模 塊 ： 控 制 處 理 芯 片 MC9S12XS128，信息模塊，信息處理模塊，控制決策模塊，執(zhí)行模 塊。 2 第二章 智能汽車系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 在本次的飛思卡爾第四屆智能汽車的比賽中，要求參賽隊(duì)伍設(shè)計(jì)的智能汽車具有自動(dòng)循跡的功能，能夠在 黑白兩色 的跑道上 沿黑色指引線 快速穩(wěn)定的行駛。 本文結(jié)構(gòu) 技術(shù)報(bào)告以智能汽車的設(shè)計(jì)為主線，包括小車的構(gòu)架設(shè)計(jì)、硬 件設(shè)計(jì) 、軟件設(shè)計(jì) ，以及控制算法研究等，分為六章。 由于采用 CMOS傳感器，為方便設(shè)計(jì)采用視頻同步信號(hào)分離芯片 LM1881[10]；對(duì)于采集到的視頻信號(hào)， 劉立萍，吳立德 [4]闡述了動(dòng)態(tài)閾值與靜態(tài)閾值的優(yōu)缺點(diǎn)，鑒于賽道的特點(diǎn)兼顧單片機(jī)的運(yùn)行速度及內(nèi)部資源我們采取靜態(tài)閾值發(fā)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分割后二值化；基于應(yīng)駿 ，葉秀清 [5]提出的提取算法我們采用對(duì)賽道進(jìn)行邊緣提取。 文獻(xiàn)綜述 針對(duì)本次飛思卡爾智 能汽車比賽，主要存在的技術(shù)問題就是如何涉及智能小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)是小車輕便、 運(yùn)動(dòng)是受到的阻力小 、轉(zhuǎn)彎時(shí)中心平穩(wěn) 、 尋線，及采取何種控制策略保證智能小車在不違背比賽規(guī)則的前提下盡可能跑得快。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選用 MC33886,同時(shí)使 用 MC9S12XS128B單片機(jī)的 PWM模塊 、運(yùn)用 PID控制算法 ，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向和電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ， 完成對(duì)智能汽 車運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的閉環(huán)控制 。 I 第四屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生 智能汽車競(jìng)賽 技術(shù)報(bào)告 學(xué)校： 哈爾濱理工大學(xué) 隊(duì)伍名稱 : Thunder 參賽隊(duì)員： 孫嘉瑞 黃文忠 牛淑艷 帶隊(duì)教師： 李雙全 II 關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解第二屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽關(guān)保留、使用技術(shù)報(bào)告和研究論文的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會(huì)和飛思卡爾半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁上收錄并公開參賽作品的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車的視頻、圖像 資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會(huì)出版論文集中。 參賽隊(duì)員簽名： 帶隊(duì)教師簽名： 日 期： III 第一章 引言 .................................................................................................................... 1 智能汽車制作情況概述 ...................................................................................... 1 文獻(xiàn)綜述 ........................................................................................................... 1 本文結(jié)構(gòu) ........................................................................................................... 1 第二章 智能汽車系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) ............................................................................ 2 設(shè)計(jì)要求 ............................................................................................................ 2 智能汽車系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ....................................................................................... 2 智能汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................................................... 3 智能汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ..................................................................................... 3 第三章 智能汽車硬件設(shè)計(jì) ............................................................................................... 5 轉(zhuǎn)向模塊 ..........................................