第十一届智能车基于视觉引导的智能汽车控制系统技术报告-南京理工大学紫金学院文档格式.docx

第十一届智能车基于视觉引导的智能汽车控制系统技术报告-南京理工大学紫金学院文档格式.docx

《第十一届智能车基于视觉引导的智能汽车控制系统技术报告-南京理工大学紫金学院文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十一届智能车基于视觉引导的智能汽车控制系统技术报告-南京理工大学紫金学院文档格式.docx（51页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

参赛队员签名：

带队教师签名：

日期：

摘 要

本文介绍了队员们在准备第十一届“恩智浦”杯智能车竞赛过程中设计的

基于视觉引导的智能汽车控制系统。

智能车的车模采用大赛组委会统一提供的

仿真 

车 

模 

， 

硬 

件 

平 

台 

采 

用 

带 

Cortex-M0+ 

处 

理 

器 

的KL26 

环 

境 

软 

为

IAREmbeddedWorkbench 

开发环境。

文中介绍了智能车控制系统的软硬件结

构和开发流程。

整个智能车系统的设计与实现包括了车模的机械结构调整、传感器电路的设

计与信号的处理、控制算法和策略优化、系统调试等多个方面。

通过对比不同

方案的优缺点，在保证提高智能赛车的行驶速度和可靠性，我们最终确定了现

有的系统结构和各项控制参数。

关键字：

智能车，视觉引导，图像处理，路径识别

目 次

第一章 引言 

......................................................1

1.1 智能车发展状况 

............................................1

1.2 智能汽车竞赛介绍 

..........................................1

第二章 系统总体设计 

..............................................3

2.1 工作原理 

..................................................3

2.2 硬件结构 

2.3 软件结构 

..................................................4

2.4 小结 

......................................................5

第三章 机械结构设计与实现 

........................................7

3.1 赛车基本参数 

..............................................7

3.2 

机械结构调整 

............................................... 8

3.3 小结 

.....................................................10

第四章 系统硬件电路设计 

.........................................11

4.1 核心控制器 

...............................................11

4.2 电源模块设计 

.............................................12

4.3 线性ccd模块 

...............................................14

4.4 舵机驱动模块 

.............................................16

4.5 编码器 

...................................................17

4.6 电机驱动模块 

.............................................18

4.7 小结 

.....................................................20

第五章 图像处理和路况判断设计 

...................................21

5.1 图像采集方案设计 

.........................................21

5.2 赛道信息提取算法设计 

.....................................23

5.3 路况判断算法设计 

.........................................24

5.4 舵机控制算法设计 

5.5 电机控制算法设计 

5.6 小结 

.....................................................25

第六章 系统调试 

.................................................26

6.1 软件调试平台 

.............................................26

6.2 硬件调试 

.................................................28

6.3 本章小结 

.................................................29

参考文献 

.........................................................30

附录一：

控制系统核心代码 

.........................................30

第一章 引言

1.1 智能车发展状况

智能车的发展是从自动导引车（Automatic 

Guided 

Vehicle,AGV）起步的。

AGV是指装有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护及各种移栽功能的运输车辆。

1913年，美国福特汽车公司首次将有轨导引的AGV代替输送机用到底盘装配上。

1954年，英国采用在地板下埋线，组成了电磁感应导向的简易AGVS。

AGVS（Automatic 

Vehicle 

System）是指自动导引车（AGV）和地面导引系统组成的、进行物料搬运等作业的光机电一体化的系统。

1955年，英国研制出了在生产线上实用的AGVS。

1959年，在美国首先出现了应用AGV的自动化仓库。

1982年，德国出现了第一辆无人叉车。

1985年，计算机通讯。

识别技术应用于AGVS。

在国内，北京起重机械研究所于1976年研制出了我国第一台AGV。

1999年起，中科院沈阳自动化研究所研制了客车装配AGV系统。

随着科学技术的发展，许多新技术都应用到AGV或AGVS上。

例如，激光技术的应用使AGV实现虚拟路径的导航和安全保护；

无线局域网的应用使AGV的调度实时性更强，是AGV调度技术的一场革命；

现场总线的应用使AGV的可靠性和可维护性得到提高，RFID的应用使AGV与地面系统的信息交互量更大。

自适应性更强。

同时，随着智能交通系统研究的深入，无人驾驶智能车辆的研究也越来越受到人们的关注。

1.2 智能汽车竞赛介绍

全国大学生“恩智浦”杯智能汽车竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的 

16 

位、32位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。

智能汽车的行驶控制一直以来是自动化、汽车等学科研究的目标，首届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车大赛以邀请赛的方式使更多的学校和同学有了探索的机会。

现在历经十一届，每一届都较前一届无论是速度还是稳定性都有新的突破。

大学生智能模型车竞赛是在恩智浦半导体公司资助下举办的大学生课外科技竞赛。

组委会将提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道，谁就是获胜者。

为了追求小车的高速和稳定的目的，人们对人工智能与机器人技术，汽车技术，自动控制技术各方面都进行了更广泛、更深入的层面展开研究,这样无疑对学术研究和生产应用都有很强的实际意义。

比赛涉及到的专业知识有自动控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，对学生的知识融合和实践动手能力的培养有重大的意义，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的长期推动作用。

1

45

第二章系统总体设计

第二章 系统总体设计

智能车系统的制作要求是能够自主识别路线，即在按规则专门设计的跑道

上自动识别道路行驶，要求最快跑完全程而没有冲出跑道，要求智能小车运行

又快又稳。

因此对于小车的控制系统来说稳定性和快速性是控制系统设计的两

个重要指标。

2.1 工作原理

根据需求分析，经过仔细研究，决定采用模块化设计。

智能汽车的硬件系统由核心控制模块（MCU）、电源管理模块、传感器模块、存储器模块、电机驱动模块、舵机驱动模块、人机接口模块、无线通讯模块组成。

智能车系统的工作原理示意图如图 

2.1 

所示：

图 

2.1 智能汽车系统工作原理示意图

智能汽车系统通过视觉传感器来检测前方的赛道信息，并将赛道信息发送给单片机。

同时，通过编码器构成的反馈渠道将车体的行驶速度及加速度信息传送给主控单片机。

根据所取得的赛道信息和车体当前的速度，主控单片机做出决策，并通过 

PWM 

信号控制直流电机和舵机进行相应动作，从而实现车体的转向控制和速度控制。

2.2 硬件结构

智能车控制系统从硬件上分为电源模块、传感器模块、信号处理模块、直

流电机驱动模块、转向伺服电机驱动模块和单片机模块。

2.3 软件结构

系统硬件位于底层，是整个系统的基础，系统软件结构则根据硬件和控制

需求来制定。

系统基本的软件结构如图2.3所示。

设置一个中断函数，然后单片机在中

断中开始采集图像、处理图像，同时测出电机速度，最后由所得到的数据对舵

机和电机进行控制并将相关数据通过无线模块发送出来。

控制周期为一次中断

的时间，为10ms。

图2.3 系统软件结构

2.4 小结

本章介绍了智能汽车控制系统的工作原理。

根据系统的需求简要给出了系

统的总体设计方案，并划分了系统的几个模块，。