南京师范大学电自1队智能汽车竞赛技术报告Word格式文档下载.docx
《南京师范大学电自1队智能汽车竞赛技术报告Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南京师范大学电自1队智能汽车竞赛技术报告Word格式文档下载.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
software,isthemainsteeringgearcontrol,videosampling,gunsignalacquisition,speedcontrol,andthetopdecision-makingandcoordinationtoachievethebottomrealization.
Keyword:
Smartcars,MC9S12DG128processor,videosampling,speedcontrol
第1章引言1
1.1智能车研究背景1
1.1.1智能车的产生与发展1
1.1.2智能车研究方向1
1.2智能车比赛简介2
1.3智能车总体设计思路2
1.3.1智能车技术参数3
1.3.2智能车硬件电路4
1.3.3智能车软件控制5
第2章智能车机械结构调整6
2.1前轮调整6
2.2后轮差速调整7
2.3齿轮传动机构调整7
2.4舵机安装调整7
2.5其他机械结构调整8
第3章智能车硬件电路设计10
3.1硬件方案总体设计10
3.2摄像头11
3.2.1工作原理11
3.2.2视频分离电路12
3.3速度传感器14
3.4电机驱动电路16
3.5电源模块19
第4章智能车软件设计方案22
4.1图像采集与道路识别22
4.2控制策略23
4.2.1速度控制策略23
4.2.2舵机控制策略24
第5章结束语27
参考文献28
附件（程序）29
第1章引言
1.1智能车研究背景
1.1.1智能车的产生与发展
（1）它的研究始于20世纪50年代初美国BarrettElectronics公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统（AutomatedGuidedVehicleSystem，AGVS）。
（2）1974年，瑞典的VolvoKalmar轿车装配工厂与Schiinder－Digitron公司合作，研制出一种可装载轿车车体的AGVS，并由多台该种AGVS组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。
（3）由于Kalmar工厂采用AGVS获得了明显的经济效益，许多西欧国家纷纷效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在装配作业中成为一种流行的运输手段。
（4）20世纪80年代，伴随着与机器人技术密切相关的计算机。
电子、通信技术的飞速发展，国外掀起了智能机器人研究热潮，其中各种具有广阔应用前景和军事价值的移动式机器人受到西方各国的普遍关注。
1.1.2智能车的研究方向
（1）驾驶员行为分析（DriverBehaviorAnalysis） 任务：
研究驾驶员的行为方式、精神状态与车辆行驶之间的内在联系；
目的：
建立各种辅助驾驶模型，为智能车辆安全辅助驾驶或自动驾驶提供必要的数据，如对驾驶员面部表情的归类分析能够判定驾驶员是否处于疲劳状态，是否困倦瞌睡等；
（2）环境感知（EnvironmentalPerception） 主要是运用传感器融合等技术，来获得车辆行驶环境的有用信息，如车流信息、车道状况信息、周边车辆的速度信息、行车标志信息等；
（3）极端情况下的自主驾驶（AutonomousDrivingonExtremecourses） 主要研究在某些极端情况下，如驾驶员的反应极限、车辆失控等情况下的车辆自主驾驶；
（4）规范环境下的自主导航（AutonomousNavigationonNormalenvironment） 主要研究在某些规范条件下，如有人为设置的路标或道路环境条件较好，智能车辆根据环境感知所获得的环境数据，结合车辆的控制模型，在无人干预下，自主地完成车辆的驾驶行为。
（5）车辆运动控制系统（VehicleMotionControlSystems） 研究车辆控制的运动学、动力学建模、车体控制等问题；
（6）主动安全系统（Active，SafetySystems） 主要是以防为主，如研究各种情况下的避障、防撞安全保障系统等；
（7）交通监控、车辆导航及协作（TrafficMonitoring，VehicleNavigationandcoordination） 主要研究交通流诱导等问题；
（8）车辆交互通信（Inter－VehicleCommunication） 研究车辆之间有效的信息交流，主要是各种车辆间的无线通信问题；
（9）军事应用（MilitaryApplications）研究智能车辆系统在军事上的应用；
（10）先进的安全车辆（AdvancedSafetyVehicles） 研究更安全、具有更高智能化特征的车辆系统。
1.2智能车比赛介绍
受教育部高等教育司委托（教高司函[2005]201号文），高等学校自动化专业教学指导分委员会主办的“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛是在飞思卡尔公司资助下以HCS12单片机为主控微控制器芯片的模型车体的基础上进行设计，制作出具有自主道路识别能力的智能汽车，是教育部主办的全国大学生五大竞赛之一。
全国大学生智能汽车竞赛与己举办的全国数学建模、电子设计、机械设计、结构设计四大专业竞赛不同，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。
参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定并负责采购竞赛车模，自行采用16位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，完成智能汽车工程制作及调试，于指定日期与地点参加场地比赛。
参赛队伍之名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比赛时间为主，技术方案及制作工程质量评分为辅来决定
1.3智能车总体设计思路
1.3.1智能车技术参数
此次比赛选用的赛车车模采用1/10的仿真车模。
赛车机械结构只使用竞赛提供车模的底盘部分及转向和驱动部分。
控制采用前轮转向，后轮驱动方案。
具体车模数据如表1-1：
表1-1赛车主要技术参数
项目
参数
路径检测方法（赛题组）
摄像头组
车模几何尺寸（长、宽、高）（毫米）
290165265
车模轴距/轮距（毫米）
198146（后）137（前）
车模平均电流（匀速行驶）（毫安）
1500Ma
电路电容总量（微法）
1462uf
传感器种类及个数
摄像头
（1）速度传感器
（1）
新增加伺服电机个数
赛道信息检测空间精度（毫米）
1mm
赛道信息检测频率（次/秒）
50
主要集成电路种类/数量
LM1117/2MAX606/1
MAX603/1LM1881/1
车模重量（带有电池）（千克）
1.13
1.3.2智能车硬件电路
我们团队采用摄像头进行道路识别，赛车的硬件电路主要有七个部分组成：
MC9S12DG128最小系统板，图像采样处理模块，速度检测电路，电机驱动电路，舵机驱动模块，电源管理模块，辅助调试模块。
（1）MC9S12DG128最小系统板是系统的核心部分，负责接收赛道图像数据，赛车速度等反馈信息，并对这些信息进行恰当的处理，形成合适的控制量来对舵机与驱动电机进行控制。
（2）图像采样处理模块由S12的AD模块，外围芯片（LM1881）电路以及摄像头组成，是智能小车的“视觉系统”，用于获得前方道路情况以供单片机处理。
（3）速度检测电路由简易码盘，高速比较器以及S12的ECT脉冲捕捉功能构成，实现道路的闭环控制。
（4）电机驱动电路使用专用芯片MC33886并联搭建，可以实现电机的正反转。
（5）舵机驱动模块控制舵机的转向。
（6）电源管理模块给整个系统供电，保障系统安全稳定运行。
（7）辅助调试模块有BDM、串行通信、无线模块等，主要用于赛车系统的程序烧写，功能调试和测试，赛车状态监控，赛车系统参数和运行策略设置等方面。
本赛车系统的结构示意图1-2
图1-2系统的结构示意图
1.3.3智能车软件控制
系统硬件对于赛车来说是最基础的部分，软件算法则是赛车的核心部分。
如果把一辆车和一个人做个类比的话，我们可以说，赛车的硬件结构相当于人的身体;
赛车的软件算法相当于人的思想。
只有“身体健康，思想进步”，才会取得好成绩。
所以软件系统对于赛车来说至关重要。
首先，赛车系统通过图像采样处理模块获取前方赛道的图像数据，同时通过速度传感器模块实时获取赛车的速度。
然后S12利用边缘检测方法从图像数据中提取赛道黑线，求得赛车于黑线位置的偏差，接着采用PID方法对舵机进行反馈控制。
最终赛车根据检测到的速度，结合我们的速度控制策略，对赛车速度不断进行恰当的控制调整，使赛车在符合比赛规则情况下沿赛道快速前进。
设计赛车系统的软件结构如图1-3所示。
图1-3系统软件结构
注：
只有将上述硬件、软件部分进行有效的融合，进行充分的试验、测试和标定工作，才能使赛车具有一个相对良好的整体驾驶性能。
这也就是在接下来的各个分模块中需要做的工作。
第2章智能车机械结构调整
2.1前轮调整
前轮定位包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束四个内容。
车轮定位的作用是使汽车保持稳定的直线行驶和转向轻便，并减少汽车在行驶中轮胎和转向机件的磨损。
（1）从车前后方向看轮胎时，主销轴向车身内侧倾斜，该角度称为主销内倾角。
当车轮以主销为中心回转时，车轮的最低点将陷入路面以下，但实际上车轮下边缘不可能陷入路面以下，而是将转向车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度，这样汽车本身的重力有使转向车轮回复到原来中间位置的效应，因而舵机复位容易。
此外，主销内倾角还使得主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离减小，从而减小转向时舵机的拉力，使转向操纵轻便，同时也可减少从转向轮传到舵机上的冲击力。
但主销内倾角也不宜过大，否则加速了轮胎的磨损。
（2）从侧面看车轮，转向主销（车轮转向时的旋转中心）
升级会员 