毕业论文基于飞思卡尔单片机的智能车设计含外文翻译Word格式文档下载.docx

1、（9）撰写毕业设计论文，内容和格式按学校要求执行，（具体要求在学校教务网的下载专区下载：设计论文规范、格式模板、任务书、开题报告、成绩记录等9个文件）。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料主要参数：（1）赛道为普通白色板，宽度为60cm，赛道正中间为2.5cm的黑色普通胶带，铺设赛道地板颜色不作要求，它和赛道之间可以但不一定有颜色差别，跑道最小曲率半径不小于 50 厘米，跑道可以交叉，交叉角为 90 ，赛道有一个长为1米的出发区，计时起始点两边分别有一个长度10厘米黑色计时起始线，赛车前端通过起始线作为比赛计时开始或者结束时刻。（2）须采用飞思卡尔半导体公司的 8 位、 16 位处理器

2、（ 单核 ） 作为唯一的微控制器，推荐使用 9S12XS128 ，9S08AW60 微控制器；（3）比赛车模采用官方规定的本成品车模；（4）模型车的电源采用官方的7.2V/2000mA的电池，舵机采用制定的s3010；（5）车模改装完毕后，尺寸不能超过：250mm 宽和400mm长；参考资料： 1 谭浩强.C程序设计（第三版）.北京：清华大学出版社.2006.32 卓晴，黄开胜，邵贝贝.学做智能车挑战“飞思卡尔”杯.北京：北京航空航天大学出版社. 2007年3月3 刘瑞新主编 Protel DXP实用教程 北京：机械工业出版社.2003 4 王威等编著 HCS12微控制器原理及应用 北京:航空

3、航天大学出版社.20075 刘林，杨理，龙叶虹. 重庆邮电大学AUTO-2第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告.四、毕业设计（论文）进度表武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期12009.12.1-2010.2.1开题报告并指定任务书22010.2.2-2010.3.1学习单片机以及图像处理等相关知识32010.3.2-2010.3.31完成模块设计，确定硬件设计，初步编写系统程序42010.4.1-2010.4.29进行反复调试，确保软硬件的最佳结合点52010.5.1-2010.5.20整理资料，完成论文的撰写注：1.本任务书一式两份，一份

4、院（系）留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。2.“实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照武汉纺织大学毕业设计（论文）规范执行。武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称院系名称外经贸学院专 业电子信息工程班 级电信0621学生姓名胡智一、课题意义随着计算机技术、信息技术和控制技术的高速发展和广泛应用，智能控制技术取得了巨大的进展，而智能车正是最典型的一个例子，结合传感器技术和自动驾驶技术可以实现汽车的自适应巡航并把车开得又快又稳、安全可靠；汽车夜间行驶时，如果装上红外摄像头，就能实现夜晚汽车的安全辅助驾驶；它也可以工作在仓库、码头、工厂或

5、危险、有毒、有害的工作环境里，此外它还能担当起无人值守的巡逻监视、物料的运输、消防灭火等任务。在普通家庭轿车消费中，智能车的研发也是很有价值的，比如雾天能见度差，人工驾驶经常发生碰撞，如果用上这种设备，激光雷达会自动探测前方的障碍物，电脑会控制车辆自动停下来，撞车就不会发生了。这一切都预示着智能车有着极为广泛的应用前景。二、智能车的发展状况智能汽车，是一种集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统，集中地应用到自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，是典型的高新技术综合体，具有重要的军用及民用价值。上世纪五十年代，美国Barrett Electric

6、公司制造了世界上第1 台采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。20 世纪60 年代和70 年代初，AGV 仍采用这种导向方式。但是，20 世纪70 年代中期，具有载货功能的AGV 在欧洲得到了应用并被引入到美国。这些自动导向车主要用于自动化仓贮系统和柔性装配系统的物料运输。在20 世纪70 年代和80 年代初，AGV的应用领域扩大而且工作条件也变得多样化，因此，新的导向方式和技术得到了更广泛的研究与开发。在最近的10-15 年里，各种新型AGV 被广泛地应用于各个领域。单元式AGV主要用于短距离的物料运输并与自动化程度较高的加工设备组成柔性生产线。例如，自动导向

7、叉车用于仓贮货物的自动装卸和搬运；小型载货式AGV 用于办公室信件的自动分发和电子行业的装配平台。除此以外，AGV 还用于搬运体积和重量都很大的物品，尤其是在汽车制造过程中用多个载货平台式AGV 组成移动式输送线，构成整车柔性装配生产线。最近，小型AGV 应用更为广泛，而且以长距离不复杂的路径规划为主。AGV 从仅由大公司应用，正向小公司单台应用转变，而且其效率和效益更好。至此出现了智能车的概念。目前，智能车领域的研究已经能够在具有一定标记的道路上为司机提供辅助驾驶系统甚至实现无人驾驶。这些智能车的设计通常依靠特定道路标记完成识别，通过推理判断模仿人工驾驶进行操作。通常，智能车接受辅助定位系统

8、提供的信息完成路径规划，如由GPS 等提供的地图，交通拥堵状况，道路条件等信息。三、本文的研究内容本课题设计一个基于飞思卡尔xs128单片机的能够自主识别道路并行驶的智能车模。在模型车的制作过程中，最关键的问题就是如何探寻黑线，如何施以合适的控制策略来确保小车沿黑线尽可能快速稳定前进。而探寻黑线的准确与否将直接影响小车行进的稳定效果，故而，设计出准确的寻线系统是该智能车制作过程中最重要的环节。而寻线一般有两种方案，即光电传感器和摄像头，光电传感器简单易行，抗干扰能力强，但是其探测距离较短，不能对前方道路信息作成很好的预测判断，而且单个光电传感器的功能有限，需要较多的传感器构成光电阵列来检测，这

9、样不仅增加了车辆的重量，不利于快速前行，而且也会使得小车过宽，严重影响其安全性。本课题采用摄像头，充分利用其探测距离长，道路可预测信息强的优点，对其采集到的道路信息进行分析处理，利用PID 算法实现对小车行进的控制。根据摄像头对黑白灰度值不同的分辨率采集赛道的黑色引导线信息，根据得到的每帧图像信息，判断小车偏离黑线的程度，并确定前方赛道是直道、弯道抑或是S道，再根据各种不同的赛道，予以相应的控制策略，基于“进弯减速，出弯加速”的原则，并且以直线方式冲过S 道以减少转弯浪费的时间，使小车能够提前准备转弯等动作，从而防止小车因为直道加速过大而使得转弯时速度难以减下来而冲出赛道，分析摄像头获得的图像

10、信息，读入速度传感器获得的速度，利用增量式PID 算法实现速度的闭环反馈控制。四、研究方法本课题的主要研究内容是：以模型车体为基础架构以FreescaleXS128为主控芯片，制作出具有自主道路识别、自动调速能力的自适应控制智能汽车，因此从以下几个宏观的方向做规划安排：1 .硬件设计小车的组装、系统优化摄像头与舵机安装方案设计电源模块、电机驱动模块，测速模块以及单片机模块的设计2 .软件设计视频采集与去噪方案的实现PID算法的研究与实现软硬件的统调五、参考书目1 王庆有.图像传感器应用技术M.北京：电子工业出版社.2003.2 卓晴，黄开胜，邵贝贝.学做智能车挑战“飞思卡尔”杯M.北京：北京航

11、空航天大学出版社. 2007.3 刘瑞新.Protel DXP实用教程M.北京：机械工业出版社.2003. 4 王威.HCS12微控制器原理及应用M.北京:航空航天大学出版社.2007.5 刘林，杨理，龙叶虹. 重庆邮电大学AUTO-2第二届全国大学生智能汽车竞赛技 术报告.R.重庆：重庆邮电大学，2007.6 李绍民.图像传感器在自主足球机器人中的应用R.辽宁：大连民族学院7 Freescale Semiconductor, Inc. MC9S12XS128 Device User Guide. 8 孙亮.自动控制原理M.北京：北京工业大学出版社. 1999.9 谭浩强.C程序设计（第三版）

12、M.北京：清华大学出版社.2006.10Freescale Semiconductor ,Inc. MC33886 datasheet 指导教师签名：2010年 月 日摘 要本文详细介绍了一套智能车的寻线设计方案。由总到分的先从整体上介绍了该系统的硬件和软件设计思想，继而细分各模块详尽介绍具体设计。该智能车系统以MC9S12XS128B 作为整个系统信息处理和发出控制命令的核心，基于摄像头采集的赛道信息，提取出黑线中心位置，并求得小车偏离黑线的程度，区分出道路形状，对此信息进一步处理以控制舵机的转向，通过速度传感器获得实时速度信息，利用增量式数字PID 控制算法实现闭环反馈控制。文章详细介绍了

13、图像采集模块、速度采集模块等信息采集模块和电机驱动模块和舵机驱动模块等动作执行模块的方案选取和电路设计原理，还介绍了系统调试方法策略。测试表明，该智能车能够很好的跟随黑色引导线，可以实现对应于不同形状的道路予以相应的控制策略，可快速稳定的完成的整个赛道的行程。关键字：Freescale； 单片机； 摄像头； 速度传感器； PIDABSTRACTThis article brings a complete model of intelligent car design which follows the black line closely and also describes the proc

14、ess of detail of the design. From the whole to detail, we introduce the design method of the hardware and software, and then we present every module of the model at large.The intelligent car system, with single-chip MC9S12DG128 as its information management and sending out control command center, us

15、es image-sensor module based on camera to obtain lane image information, then abstract the black line on the contest lane, and calculates the position difference between the car and the black line, distinguishes the different shape of the lane, then we analyze and deal with the information farther t

16、o control the steering angle. This article introduces the scheme selection and the circuit design theory of the information collection module which comprises the image collecting module and speed collecting module and action executing module which includes the motor drive module and steer drive modu

17、le.The experimental evaluation indicates that the model car is able to follow the black line on the lane closely, realize the function that it executes corresponding control strategy toward different shape lane, and accomplishes the whole journey fast and steadily.Key words：Single-chip； micro camera

18、； speed sensor； PID 1 引言11.1 发展现状11.2 方案简介1 1.3 文章结构22 系统整体框架22.1 系统整体框架22.2 系统硬件参数32.3 车模外形43 模块的基本方案及论证43.1 图像采集模块 43.2 速度采集模块 53.3 电机驱动模块 63.4 舵机驱动模块73.5 电源管理模块 73.6 调试模块73.7 最终决策方案 74 机械结构调整8 4.1 总体机械结构 84.2 摄像头的安装 84.3 系统PCB 板的安装94.4 稳定性调整 94.4.1 主销后倾角94.4.2 前轮前束104.5 底盘抬高策略 104.5.1 后轮底盘升高104.5

19、.2 后轮位置的固定 114.5.3 前轮底盘升高115. 信息采集模块 115.1 摄像头及其采集电路设计125.1.1 摄像头简介125.1.2 摄像头的工作原理125.1.3 摄像头路径识别原理 175.1.4 摄像头的选取185.1.5 摄像头提取信号 195.1.6 摄像头的安装195.2 速度检测电路 206 执行模块电路设计 206.1 电机驱动电路 206.2 舵机 217. 电源模块227.1 总体电源电路 227.2 单片机等5V 稳压芯片的选择237.2.1 芯片的选择237.2.2 电路实现 237.3 CMOS 摄像头用电源247.4 舵机电源 248 系统软件设计2

20、58.1 概述 258.2 整体过程 258.3 MCU 简介 258.4 系统初始化268.4.1 摄像头初始化268.4.2 PWM初始化268.4.3 超频设置278.5 图像采集和黑线提取 278.5.1 图像采集278.5.2 黑线提取298.6 速度控制308.6.1 速度控制介绍308.6.2 简单沿线行驶策略318.6.3 最佳行驶路线策略318.6.4 速度获取339 开发工具、制作调试过程339.1 软件开发平台Codewarrior IDE339.1.1 Codewarrior IDE 功能介绍339.1.2 Codewarrior IDE 基本使用方法339.2 辅助调

21、试方法3510 结论35参考文献37附 录38外文资料55中文翻译64致 谢731 引言1.1 发展现状1.2方案简介按照课题要求，需要制作出一个能够自主识别道路并行驶的智能车模。那么在模型车的制作过程中，最关键的问题就是如何探寻黑线，如何施以合适的控制策略来确保小车在不违背比赛规则的前提下沿赛道尽可能快速稳定前进。而寻线一般有两种方案，即光电传感器和摄像头，光电传感器简单易行，抗干扰能力强，但是其探测距离较短，不能对前方道路信息作成很好的预测判断，而且单个光电传感器的功能有限，需要较多的传感器构成光电阵列来检测，这样不仅增加了车辆的重量，不利于快速前行，而且也会使得小车过宽，容易撞倒道旁边的

22、插杆，严重影响其安全性。本文采用摄像头，充分利用其探测距离长，道路可预测信息强的优点，对其采集到的道路信息进行分析处理，利用PID 算法实现对小车行进的控制。根据摄像头对黑白灰度值不同的分辨率采集赛道的黑色引导线信息，根据得到的每帧图像信息，判断小车偏离黑线的程度，并确定前方赛道是直道、弯道抑或是S道，再根据各种不同的赛道，予以相应的控制策略，基于“进弯减速，出弯加速”的原则，并且以直线方式冲过S 道以减少转弯浪费的时间，利用摄像头得到信息的预测方向，使小车能够提前准备转弯等动作，从而防止小车因为直道加速过大而使得转弯时速度难以减下来而冲出赛道，分析摄像头获得的图像信息，读入速度传感器获得的速度，利用增量式PID 算法实现速度的闭环反馈控制。1.3 文章结构本文详细介绍了智能车模型的设计方案，由总到分的先从整体上介绍了该系统的硬件和软件设计思想，继而细分各模块详尽介绍具体设计。第二章介绍了系统的整体框架；第三章分析和论证了各模块的选择方案；第四章介绍了系统机械结构的调整情况；第五章介绍了系统的信息采集模块；第六章介绍了执行模块的电路设计；第七章介绍了电源模块的电路设计；第八章介绍了系统软件设计；第九章介绍了开发工具、制作调试过程；第十章为全文结论。2 引言2.1 系统整体框架为