光电组-北京邮电大学-pikachu-智能车技术报告
北京邮电大学实习报告-杨纯-2012210885
设计思路及详细实现过程：
任务一：掌握手工焊接技巧
1.认识电烙铁等焊接工具
2.掌握手工焊接5步法：准备施焊、加热焊件、送入焊丝、移开焊丝、移开烙铁
注意:（1）焊锡的量要充分，避免虚焊
（2）移开烙铁时向上轻提，使焊点光滑整齐，呈半弓形凹下。
（3）焊接时间不要太长，避免温度过高烧坏器件。
t1=0;
if(t2 >= 99000)
t2=0;
if(t0 >= 5)
t0=0;
PWML(pwml);
PWMR(pwmr);
}
void int0(void) interrupt 0
{
n_l++;
if(n_l >= 999)
n_l=0;
}
void int1(void) interrupt 2
(6)数码管显示：数码管显示函数，将得到的距离和时间通过数码管显示。
(7)小车定点停车后，蜂鸣器响。
以下小车图片：
实
习
成
绩
评
定
本人在实习项目中的具体工作：
1.焊接智能小车由我和队友共同完成。
2.使用KEIL程序对小车直行、定点、蜂鸣程序进行调试。主要编写定时器和中断函数。
3.编写左右轮占空比函数，调整小车直行。
#define t 1
uchar code seg_data[ ]
= {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff};//0~9的段码表,0x00为熄灭符
uchar data disp_buf[7] = {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//显示缓冲区
【第五届智能车技术报告】北京科技大学-光电一队技术文档解读
第五届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛技术报告学校:北京科技大学队伍名称:北京科技大学光电一队参赛队员:郭心尘黄丽雅徐佩林带队教师:张文明杨珏关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关于保留、使用技术报告和研究论文的规定,即:参赛作品著作权归参赛者本人,比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料,并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名:带队教师签名:日期:I目录引言 .................................................................................................................................. 1第一章方案设计 . ...................................................................................................................3 1.1系统总体方案的选定 . ...............................................................................................3 1.2系统总体方案的设计 . ...............................................................................................3 1.3 小结 . ........................................................................................................................... 5第二章智能汽车机械结构调整与优化 .............................................................................. 7 2.1智能汽车车体机械建模 ........................................................................................... 7 2.2 智能汽车前轮定位的调整 ...................................................................................... 8 2.2.1主销后倾角 . ..................................................................................................... 8 2.2.2 主销内倾角 . .................................................................................................... 8 2.2.3 车轮外倾角 . .................................................................................................... 9 2.2.4 前轮约束 . ........................................................................................................ 9 2.3 智能汽车部分结构安装及改造 ............................................................................ 10 2.3.1 智能汽车转向机构调整优化 ...................................................................... 10 2.3.2 智能汽车电机与中间齿轮箱调整 ............................................................. 12 2.3.3 轮胎的选用 . .................................................................................................. 13 2.4 其他机械结构的调整 . ............................................................................................ 14 2.5 小结 . ......................................................................................................................... 15第三章智能汽车硬件电路设计 . . (17)3.1主控板设计 (17)3.1.1电源管理模块 ............................................................................................... 17 3.1.2 电机驱动模块 ............................................................................................... 18 3.1.3 接口模块 . (20)III3.1.4 主控板设计 . (22)3.2智能汽车传感器模块设计 (22)3.2.1 光电传感器原理 .......................................................................................... 22 3.2.2 激光传感器的设计 ...................................................................................... 23 3.2.3加速度传感器的应用 ................................................................................... 24 3.3 舵机的测试和调试 . ................................................................................................ 24 3.4 小结 . ......................................................................................................................... 25第四章智能汽车控制软件设计 . . (27)4.1光电传感器路径精确识别技术 (27)4.1.1光电传感器路径识别状态分析 .................................................................. 27 4.1.2 光电传感器路径识别算法 . ......................................................................... 28 4.2 弯道策略分析 ......................................................................................................... 30 4.3 弯道策略制定 ......................................................................................................... 32 4.4 小结 . ......................................................................................................................... 33第五章开发工具、制作、安装、调试过程 . . (35)5.1 开发工具 (35)5.2 调试过程 (35)第六章模型车主要参数 .....................................................................................................37 6.1 智能汽车外形参数 . ................................................................................................37 6.2 智能汽车技术参数 . ................................................................................................ 37结论 ................................................................................................................................ 39参考文献 .......................................................................................................................... 41致谢 (43)IV引言全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为宗旨,鼓励创新的一项科技竞赛活动。
智能车实验报告
电机驱动电路：
4、测速模块 在比赛中常用霍尔传感器来测速。如图 1 所示，在半导体薄片两端通以控制电流 I，
并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为 B 的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将
产生电势差为 UH 的霍尔电压，?它们之间的关系为 U=k ，d 为薄片厚度，k 为霍尔系数，
2、寻迹模块 寻迹模块是智能车系统的关键模块之一，所寻找的路径的好坏，将直接影响竞赛的结果， 我们采用的是光电传感器来寻找路径，光电传感器具有电路简单、信号处理速度快等特点。 因为在赛道中由黑色轨迹线和大面积的白色区域组成，则会使发光二极管发射的光线强度 不同，从而使接受到的光线强度不同，以此来指示小车前进。
红外传感器电路图：
3、驱动模块 电机驱动电路可以用 MOS 管搭建 H 桥驱动电路。采用 MOS 管构成的 H 桥电路，控制直
流电机紧急制动。用单片机控制 MOS 管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机 转速。这种电路由于 MOS 管工作在饱和截止状态，而且还可以选择内阻很小的 MOS 管，所以 效率可以非常高，并且 H 桥电路可以快速实现转速和方向控制。MOS 管开关速度高，所以非 常适合采用 PWM 调制技术。所以我们选择了用 MOS 管搭建 H 桥驱动电路。
宁波大学
创新性开放实验报告
题目
基于光电传感器的自动寻迹小车
学 号： 姓 名： 专 业： 指导教师：
目录
光电感应智能车................................................错误!未定义书签。
一、 硬件系统…………………………………………………………………………………错误!
（一） 主程序流程图.......................................................... 7
飞思卡尔智能车光电组技术报告
飞思卡尔智能车光电组技术报告一、智能车光电组概述智能车光电组是指智能车中的关键性能元件——光电传感器集合体。
它能对车辆运动状态、线路、红绿灯等信息进行感知，实现智能驾驶的基础。
智能车光电组主要包括红外线传感器、光耦传感器、光电限位传感器等。
这些传感器通过感知周围环境中的光电信息，将其转化为电信号，再与控制电路进行通信，完成车辆的控制和判断。
二、红外线传感器红外线传感器是智能车光电组中最常用的传感器之一，其主要作用是对赛道上各种异物或者障碍进行探测，从而实现自主避障。
红外线传感器有两种，一种是红外线避障传感器，主要检测前方是否有障碍物。
另一种是寻迹传感器，主要检测车辆行进轨迹及车轮边界。
这两种传感器都通过发射一束红外线，然后检测红外线反射信号的强弱，来判断当前道路状态。
智能车中多数采用两种红外线传感器的组合，一个用于永久性突出物体的检测和避障功能，一个用于寻迹，检测当前赛道行驶的状态。
这种组合方案在实际使用中既能够减小了智能车的体积，同时也能够同时满足避障和寻迹两种功能的需求。
三、光耦传感器光耦传感器主要是测量霍尔电压，电容电压，电阻电压等物理量，全局范围内掌握智能车行驶的状态，构成智能车控制系统的重要部分。
通过对各种物理量的感应，对智能车进行动态实时控制。
如针对车速问题，可以采用霍尔电压测量方法，对车辆运动状态进行简单的判断。
智能车中采用光电传感器和电路配合的方法，还可以实现车辆行驶过程中的速度随时控制和加速度调整。
四、光电限位传感器光电限位传感器是一种可以控制智能车极限运动状态的传感器。
传感器通过实时控制智能车运动状态，避免车辆因超出极限而出现事故。
光电限位传感器一般分为三种，分别是机械限位传感器、磁性限位传感器和光电限位传感器。
传感器固定在车架上，在车辆行驶过程中限定车辆的行驶限度，从而确保车辆的安全性。
五、结论智能车光电传感器组是智能车控制系统中的重要组成部分。
它通过对周围环境的感知和探测来确保车辆的安全和自主导航。
北京邮电大学-PICACHU技术报告
II
摘要
本文以第六届飞思卡尔智能车竞赛为背景,介绍了北京邮电大学智能车摄像头 PICACHU 组的同学进行赛车调试和改装的过程。比赛采用大赛组委会提供的 1:12 仿真车 模, 以 freescale 半导体公司的 MC9S12XS128 单片机为核心,通过摄像头检测车模视野范围内的路 况和赛车运动方向,结合相应算法完成路线识别和行进控制。 在摄像头识别路线方案当中,黑线的提取显得尤为重要。我们使用外部 AD 结合动态 阈值和区域搜索进行黑线的提取,经过大量的验证,证明可行可靠。为了在赛场可以脱离电脑 进行参数修改，我们开发了单片机片内 FLASH，以便使用键盘修改参数。 为提高赛车的稳定性和速度,我们降低了模型车重，以获得更好的加减速效果。摄像 头连杆使用碳纤维材料固定，稳定可靠。为更好的分析这些数据,我们 MATLAB 软件观测 摄像头采集的灰度图像，用于车模调试。在 进行大量的数据分析以及调试之后,证明该方案 可行有效。 关键字:飞思卡尔智能车 MC9S12XS128 单片机 FLASH 摄像头 PID
参赛队员签名： 带队教师签名：
日
期：
I
目录
摘要 .......................................................................................................................................... III 第一章 引 言 ........................................................................................................................... 1 第二章 赛车整体设计 ............................................................................................................. 3 2.1 车模整体布局 ................................................................................................................ 3 2.2 硬件结构参数 ................................................................................................................ 4 第三章 机械改造设计 ............................................................................................................. 9 3.1 舵机架构设计 ................................................................................................................ 9 3.2 底盘设计...................................................................................................................... 10 3.3 传感器的安装 .............................................................................................................. 11 第四章 系统硬件设计与实现 ............................................................................................... 13 4.1 电源电路设计 .............................................................................................................. 13 4.2 视频信号处理电路设计 .............................................................................................. 14 4.3 驱动电路设计 .............................................................................................................. 16 4.4 液晶与键盘电路设计 .................................................................................................. 16 4.5 核心板设计 .................................................................................................................. 17 第五章 软件设计 ................................................................................................................... 19 5.1 5.2 5.3 5.4 软件设计总思想...................................................................................................... 19 黑白阈值计算.......................................................................................................... 21 速度信息提取.......................................................................................................... 21 转向及速度控制算法.............................................................................................. 22
电子工艺实习-智能车
北京邮电大学实习报告学生实习总结：✓实验任务要求●熟悉使用焊接工具（电烙铁，吸锡器等），了解焊接所用材料（焊料，助焊剂，阻焊剂等），正确使用电烙铁，熟练掌握手工焊接技术，按照正确的焊接操作手法进行反复练习，知道什么是高质量的焊点，保证焊点的质量，学会手工拆焊技术。
●用电路板焊接一个二极管的闪烁电路，进行基本的调试并验收。
●进行智能小车的焊接，安装，组装和调试，加上外观的设计，实现智能小车的测速，定点停车，时间显示和终点显示路程等功能。
✓实验的设计思路●智能测速小车是通过单片机STC90C52RC进行控制的，主要分为秒表计时和光电计数两个部分。
秒表计时是利用单片机的内部定时器来实现，利用晶体的振动频率来计时，因此比较准确；光电计数是利用单片机的两个外部中断，光电模块的外部触发中断来实现计数。
●瞬时速度的计算是通过光电模块测得的脉冲数，加上码盘上的孔数，求得车轮转动的圈数（脉冲数/20）；再加上前面测得的秒表数，就可以求出来小车的瞬时速度了。
●定点停车是通过编程来实现的，在程序中设定小车的圈数，便可以实现定点停车。
●让智能小车实现走直线，这个需要调节左右轮的占空比，并调整并固定万向轮即可实现走直线。
✓详细实现过程●常用工具和耗材：焊接常用工具：电烙铁，吸锡器。
其他常用工具：烙铁架，尖嘴钳，圆嘴钳，剥线钳，刻刀，镊子，剪刀，十字螺丝刀，平头螺丝刀。
焊接所用材料：焊料(锡丝），助焊剂（松香）。
●基本技能（焊接技术）：焊接技术是我们做智能小车所要掌握的第一步，能够进行熟练的焊接技术可以保证电路板的完整性和电路的导通，同时保证了美观，这个对于智能小车的最初基础制作是至关重要的。
拆焊技术大体上是和焊接技术相反的一种技术，在遇到错误的焊接时，必要的时候为了电路的可串联性，就要进行拆焊。
就是将已经固定在电路板上的元件再次拆下来，同时务必保证电路板不被损坏。
●简单的二极管闪烁电路用电路板焊接一个二极管闪烁电路，需要考虑的是整个电路的排布问题和二极管正负极问题，同时也是对焊接技术的一次检验。
智能汽车竞赛光电组技术报告
第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告摘要本智能小车以MC9S12XS128MAL单片机为核心，辅以电源模块、传感器模块、电机控制模块和运行调试模块，通过感应赛道两边的黑线进行路径检测，从而实现智能寻迹。
本系统将直立小车的运动控制任务分解为三个基本控制任务：车模平衡控制、车模速度控制和车模方向控制。
这三个基本控制任务都通过相应的PID 算法来实现。
其中，车模平衡控制利用陀螺仪和加速度传感器这两个传感器来测量车模的倾角，通过PD算法控制两个电机的正反转保持车模直立平衡状态；车模速度控制利用编码器测速，通过PID算法控制电机的转速来实现车轮速度的控制；车模方向控制利用线性CCD来检测跑道的黑线路径，通过PD算法控制两个电机间的差速实现车模的转向控制。
此外，为了提高调试的方便性，我们还设计了液晶按键模块和应用了无线传输模块以及上位机软件。
关键字：MC9S12XS128MAL；平衡控制；速度控制；方向控制；PID目录第一章引言 11.1 智能车竞赛简介 11.2 内容结构安排 2第二章系统整体方案设计 32.1 系统供电电路 32.2 电机与驱动模块 32.3 车模直立检测与控制 32.4 车速检测与调节 42.5 车模方向控制 42.6 系统整体设计方案结构图4 第三章机械结构设计 53.1 车模的改装 53.2 车模上各模块的安装 5 3.2.1 电池的安装 53.2.2 主控板的安装 63.2.3 驱动板的安装 6图3-2-3 驱动板安装图 6 3.2.4 编码器及CCD的安装 6 3.2.5 陀螺仪及加速度计的安装 7 第四章硬件电路设计 84.1 主控芯片84.2 系统供电模块 84.2.1 5V稳压电路84.2.2 3V稳压电路94.3 电机驱动模块 94.4 角度检测模块 104.4.1 陀螺仪104.4.2 加速度计114.5 速度检测模块 114.6 路径检测模块 134.7 系统调试模块 134.7.1 拨码开关134.7.2 液晶按键模块144.7.3 无线通讯模块14第五章软件算法设计 155.1 数字PID 155.1.1 比例（P）控制155.1.2 积分(I)控制155.1.3微分（D）控制165.2 车模直立检测与控制165.2.1 卡尔曼滤波165.2.2 车模直立控制（PD调节器）17 5.2.3 车模直立控制程序175.3 车速检测与调节195.3.1 车模速度控制（PID调节器） 19 5.4 车模方向控制 215.4.1 车模方向控制（PD调节器）21 5.4.2 车模方案控制程序215.5 特殊路况的处理225.5.1 路障的处理225.5.2 白色背景的处理225.6 调试工具235.6.1 虚拟示波器245.6.2 CCD调试工具24第六章主要技术参数26第七章总结27参考文献28附录A 部分源程序代码I 附录B 原理图 XVIII第一章引言1.1 智能车竞赛简介为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201号文，附件1)，由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办全国大学生智能汽车竞赛。
飞思卡尔智能车红外传感器技术报告
按工程师的行为逻辑学习——“电子线路设计”工程实践项目技术报告学校：北京工业大学队伍名称：小绵羊队参赛队员：郭玮马智伟谢兆鹏指导教师：王卓峥日期：2014年7 月10 日目录引言 (1)第一章方案设计 (2)1.1 系统总体方案的选定 (2)1.2 系统总体方案的设计 (5)1.3 小节 (5)第二章机械结构设计与优化 (6)2.1 车体的改造 (6)2.2 舵机的固定 (6)2.3 轮胎的选择 (7)2.4 传感器的工作原理与安装 (8)2.4.1 红外传感器的工作原理 (8)2.4.2 红外传感器的布局 (8)2.5 编码器的安装 (9)2.6 重心的调整 (9)第三章硬件电路设计与制作 (10)3.1 核心板 (10)3.2 循迹模块 (10)3.3 电源与驱动单元 (12)3.4 PCB板的绘制 (14)第四章算法与软件设计 (17)4.1 舵机控制 (17)4.2 电机控制 (18)4.3 PID算法 (18)第五章安装、调试、测试过程 (20)5.1 车模的安装 (20)5.2 LCD12864屏幕 (21)5.3 PID参数的整定 (23)5.4 硬件参数调试 (24)第六章性能参数分析及结论 (25)6.1 智能车外形参数 (25)6.2 器件选择 (25)6.3 自我分析 (26)6.3.1 优势与特点 (26)6.3.2 不足与改进措施 (26)第七章项目总结 (27)参考文献 (28)致谢 (29)附录（电路图及有关设计文件） (30)附录1 总电原理图 (30)附录2 印刷电路板图 (31)附录3 元器件清单 (32)附录4 程序清单 (33)引言为了鼓励电子信息工程专业的学生能够利用工程师的思维去考虑问题和解决问题，学校举办了此次智能车比赛，让我们自主制作智能车，从选择方案，购买配件，中期调试以及最后的成品均按照工程师的思维去考虑，真正的进行一次深入的体验。
本文主要介绍了本次智能循迹小车比赛本组的总体方案设计，模块化设计、制作过程以及软件驱动、系统联调的过程。
第十一届智能车技术报告_杭州电子科技大学信息工程学院
第十一届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：杭州电子科技大学信息工程学院队伍名称：杭电信工冠电6队参赛队员：顾耀挺夏帮锋王策带队老师：李金新余皓珉摘要本文介绍了杭州电子科技大学信息工程学院的队员们在准备此次比赛中的工作成果。
智能车的硬件平台采用带MK60DN512ZLQ10单片机的K60微控制器，软件平台为Keil开发环境，车模采用大赛组委会提供的C型仿真车模。
文中介绍了本次我们的智能车控制系统软硬件结构和开发流程，整个智能车涉及车模机械调整，传感器选择，信号处理电路设计，控制算法优化等许多方面。
车模以MK60DN512ZLQ10单片机为控制核心，以安装在车身上的线性CCD为循迹传感器，用L3G4200D陀螺仪采集角度，采用ST188检测起跑线，以编码器检测速度信息。
整辆车的工作原理是先将小车的控制周期中提取出几个时间片，在相应的时间片分别控制车体，由线性CCD传感器采集赛道信息到单片机，再由单片机读取信号进行分析处理，运用我们自己的软件程序对赛道信息进行提取并选择最佳路径，采用PID增量式算法对电机的精确控制从而实现小车在赛道上精彩漂亮的飞驰！关键字：恩智浦智能车,MK60DN512ZVLL10,线性CCD,PID控制目录第一章引言 (1)第二章系统硬件电路设计 (2)2.1硬件电路整体架构框图 (2)2.2单片机外围电路设计 (2)2.3电源部分电路设计 (3)2.4电机驱动电路设计 (4)2.5小车调试模块 (6)2.6主板电路设计 (6)2.7硬件电路部分总结 (7)第三章机械架构调整 (8)3.1前轮定位的调整 (8)3.1.1主销内倾 (8)3.1.2后倾角 (8)3.1.3内倾角 (9)3.1.4调整方法 (10)3.2舵机的安装 (11)3.3后悬挂的改善 (12)3.4编码器的安装 (12)3.5线性CCD的安装 (13)第四章第四章软件设计 (14)4.1软件控制程序的整体思路 (14)4.2赛道边缘提取 (14)4.2.1跳变法提取赛道边缘 (14)4.2.2丢线的处理 (15)4.3赛道元素识别 (15)4.3.1十字的识别处理 (15)4.3.2小S的识别与处理 (15)4.3.3障碍的识别处理 (16)IV第一章引言4.3.4坡道的识别处理 (16)4.3.5起跑线的识别处理 (16)4.4控制策略 (16)4.4.1舵机控制 (16)4.4.2电机控制 (17)4.4.3速度控制 (17)4.4.4差速控制 (17)第五章智能车调试说明 (19)5.1软件开发工具 (19)5.2现场调试 (20)上位机 (20)第六章车模参数 (21)6.1车模主要技术参数 (21)6.2电路中芯片的种类及数量 (21)第七章总结 (22)第八章致谢 (23)第九章参考文献 (24)第一章引言飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，涵盖了机械、模式识别、电子、电气、传感技术、计算机、自动化控制、汽车理论等多方面知识，从一定程度上反映了当代大学生综合运用所学知识和探索创新的精神。
北航计控实验--飞思卡尔小车实验报告
成绩《计算机测控系统》实验报告院（系）名称自动化科学与电气工程学院专业名称自动化学生学号学生姓名指导教师董韶鹏2018年06月同组同学实验编号03组一、实验目的1．了解计算机控制系统的基本构成和具体实现方法。
2．学会使用IAR软件的基本功能，掌握K60单片机的开发和应用过程。
3．学会智能小车实验系统上各个模块的使用，掌握其工作原理。
二、实验内容1、了解各模块工作原理，通过在IAR环境编程，实现和演示各个模块的功能。
2、编写程序组合各个模块的功能，让小车能够沿着赛道自行行使。
三、实验原理小车的主板如下图所示：主板上包括Freescale MK60DN512ZVLQ10核心板，J-Link下载调试接口，编码器接口，电机驱动接口，舵机接口，CCD结构等主要功能模块接口，无线模块接口，蓝牙模块接口，OLED接口等主要功能模块和相应的辅助按键和电路。
在本次实验中我们主要使用的接口为编码器接口，CCD接口，舵机接口，电机驱动接口，OLED接口来控制小车运行，采用7.2V电池为系统供电。
我们采用512线mini 编码器来构成速度闭环控制，采用OV7725来进行赛道扫描，将得到的图像二值化，提取赛道信息，并以此控制舵机来进行转向。
四、实验步骤4.1车架及各模块安装4.1.1小车整体车架结构车模的整体结构如上图所示，包含地盘，电机等，为单电机驱动四轮车。
车模为但电机驱动，电机安装位置如下：4.1.2摄像头的固定和安装摄像头作为最重要的传感器，它的固定和安装对小车的影响是十分巨大的，摄像头的布局和安装取决于系统方案，反过来又会影响系统的稳定性与可靠性以及软件的编写。
我们的车模为四轮车，所以摄像头架在车子的中间部分，介于电池和舵机之间，这样节省空间而且也不会让重心偏移太大，而摄像头的角度也很有讲究，角度低的时候能看到很远的赛道信息，但是图像较为模糊，不适合图像处理的编写，角度较高是，能看到的图像信息较少，但是分辨率明显更好，在程序的编写中，我们发现摄像头视野的宽广往往直接影响赛道信息提取的精准度。
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第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：北京邮电大学队伍名称：Pikachu参赛队员：陈炳辉曹家浩李俊佐带队教师：戴志涛1技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名：陈炳辉曹家浩李俊佐带队教师签名：戴志涛日期：2014.8目录第一章设计概览 (1)1 设计概述 (1)1.1 整车设计思路 (1)1.2 车模整体造型 (2)图1.2车模整体造型 (2)第二章硬件设计 (3)2 硬件设计 (3)2.1 机械结构 (3)2.1.1 舵机改装 (3)2.1.2 电池固定 (3)2.1.3 电机定位 (4)2.1.4 底盘固定 (4)2.1.5 差速调节 (4)2.2 硬件电路 (4)2.2.1 电源设计 (4)2.2.2 驱动电路设计 (5)2.3 线性CCD (6)第三章系统软件设计 (7)3 软件设计 (7)3.1 程序整体设计 (7)3.2 赛道边缘提取 (8)3.2.1 固定阈值法 (8)3.2.2 动态阈值OTSU算法 (9)3.2.3 单行黑线提取算法 (11)3.2.4 四点提取法 (12)3.3 赛道路况判定 (13)3.3.1 人字弯 (13)3.3.2 坡道 (16)3.3.3 十字弯 (17)3.3.4 小S弯 (18)3.3.5 起跑线 (18)3.3.6 障碍 (19)3.4 控制策略 (20)3.4.1 PID算法引入 (20)3.4.2 舵机控制 (21)3.4.3 电机控制 (22)第四章调试工具 (22)4 调试工具 (22)4.1 软件开发工具 (22)4.2 上位机 (23)第五章总结 (24)第六章车模参数 (25)参考文献 (26)附录 (27)1第一章 设计概览1 设计概述1.1 整车设计思路智能车主要由三个部分组成：检测系统，控制决策系统，动力系统。
其中检测系统采用TSL1401线性CCD ，控制决策系统采用MK60作为主控芯片，动力系统主要控制舵机的转角和直流电机的转速。
整体的流程为，通过CCD 来检测前方的赛道信息，并将赛道信息发送给单片机。
同时，通过光电编码器构成的反馈渠道将车体的行驶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信息，由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。
图1.1 智能车系统总体结构框图CCD编码器控制决策系统动力系统 赛道信息 速度信息 PWM1.2车模整体造型我们车模的整体设计简洁，轻便，可靠。
如下图：图1.2车模整体造型第二章硬件设计2硬件设计2.1机械结构2.1.1舵机改装舵机直接控制小车的转向，因此舵机安装及调整对小车转向性能有巨大影响。
首先考虑的是舵机左右位置的精准定位。
左右不对称就可能导致车模左转右转性能的差异，这种差异直接导致小车在连续的大s中累计偏左或偏右的误差，路径变差。
我们适当加长了舵机连片的长度，使其动态响应性能有所提升。
过长的连片会使舵机力臂加长，转向吃力。
采用自制的十字塑料片压紧连片，既可精确定位也可减轻重量。
如图2.1.1：图2.1.1舵机安装2.1.2电池固定电池的固定我们直接使用热熔胶粘住。
为了尽量降低重心，我们的电池是紧贴车底盘的。
如下图图2.1.2电池安装2.1.3电机定位电机的定位主要影响前轮的齿轮动力传动。
必须调整电机传动轴与轮轴平行，且要调整好合适的齿轮间距，否则会导致齿轮磨损严重，并发出刺耳的噪声。
加上适当的润滑油能让齿轮的磨合更好。
2.1.4底盘固定由于小车行驶道路比较平整，车模位置有限，我们没有使用悬挂装置。
但是我们发现底盘连接要有一定的刚性裕度，过硬的连接会导致车模转向时前轮上下震动，转向困难。
前轮使转向轮，为了让舵机转向更加灵活，在尽量降低重心的同时，使前轮部分地盘略高于后轮地盘，即让重心稍微偏后，达到既能使重心降低，又能使舵机转向灵活的目的。
2.1.5差速调节差速是决定车模转向的灵活性和直线加速的迅猛性的重要环节。
我们发现过紧的差速使转弯变的迟钝，在高速情况下容易侧翻。
当然，差速过松的情况下转弯甩尾。
2.2硬件电路2.2.1电源设计小车电源主体分为4部分-核心板、CCD、电机驱动、舵机。
电机直接使用电池电压给驱动供电。
而sd-5舵机需要7v电压，CCD需要5v供电，故采用了超低压差线性稳压芯片lt1963。
它的最低压差为0.5v，芯片稳压输出电压可通过两个电阻调节。
而核心板k60工作电压3.3v，我们采用市场上价格低廉，技术成熟的tlv1117-3.3v稳压芯片。
电源模块如图：图2.3 3.3v稳压图2.4 5v稳压图2.5 6v稳压2.2.2驱动电路设计我们采用MOS管构成的两个半桥电路搭建的h全桥驱动电机正反转，比传统的BTS7960芯片更适合电机驱动。
它具有过压过流过热等保护，驱动电流可达120A，满足光电车对频繁加减速的渴望。
电路如图：图2.6 驱动电路设计2.3线性CCD我们采用TSL1401线性CCD。
该CCD有良好的动态特性，在车子高速行驶时，光线捕捉比较清晰，但是它需要额外的一块AD转换模块，也增加了主板的开销。
第三章系统软件设计3软件设计3.1程序整体设计如图所示，为系统软件整体结构框图，主要包括：系统参数的手动调节；CCD数据采集与处理模块；陀螺仪传感器模块；路径判别模块；舵机控制模块；电机控制模块。
图3.1 程序整体设计框图系统接通电源后，首先进行初始化；并通过系统参数的手动调节，使系统能够按照场地状况快速调整稳定、快速的运行；然后通过线性CCD 采集数据，并进行处理；同时，电机测速模块测得模型车当前的运行速度，反馈给系统；最后，经路径判别模块判断当前赛道路径信息和车模速度值并作出相应的处理，来控制电机和舵机的运行。
3.2 赛道边缘提取智能小车要想稳定、快速的运行，对于赛道边缘的提取至关重要。
在赛道边缘提取上，我们尝试了多种不同的方法，并根据实际验证和理论，分析出了常见边缘提取方法的优劣，最后，我们结合前人的经验提出了自己的边缘四点提取算法。
3.2.1 固定阈值法该方法主要是根据场地实际情况，通过观察黑线和白线阈值设定一固定阈值。
假设通过ADC 采样之后得到的黑线值为x ，白线值为y ，则设定一固定阈值yz 为:yz =x +y 在以后智能车的运行中，值大于yz 的点判定为白点小于yz 的点判定为黑点。
之后的边缘提取如下：由于TSL1401线性CCD 每次采集的点数为128个点，首先初始化中线mid=64，并设第i 个点的值为Pixel[i]。
从上一次找到的中线开始，依次向左巡线，当满足如下情况时认为找到左侧边缘，将i 赋值给左线left ：{Pixel [i +1]>yzPixel [i ]≥yz Pixel [i −1]<yz0<i ≤mid依次向右巡线，当满足如下情况时认为找到右侧边缘,将i 赋值给right ：{Pixel [i −1]>yzPixel [i ]≥yz Pixel [i +1]<yzmid ≤i <128则中线为：left+rigℎtmid=该方法的优势主要在于实现简单、时间复杂度低（仅为O(n)），然而由于实际赛场的光照环境比较复杂，存在光强不均匀、强光反射等情况，该算法对赛场的适应性不够好，易引起误判。
3.2.2动态阈值OTSU算法与固定阈值法不同的是，为了更好的适应赛场的光照环境，将阈值改成随光照强度变化而变化。
目前较为成熟的算法有OTSU算法。
OTSU算法是由日本学者OTSU于1979年提出的一种对图像进行二值化的高效算法。
对于一幅图像，设当前景与背景的分割阈值为t时，前景点占图像比例为W0，均值为U0，背景点占图像比例为W1，均值为U1。
则整个图像的均值为U = W0*U0+W1*U1。
建立目标函数g(t)=W0*(U0-U)2+W1*(U1-U)2，g(t)就是当分割阈值为t时的类间方差表达式。
OTSU算法使得g(t)取得全局最大值，当g(t)为最大时所对应的t称为最佳阈值。
OTSU算法又称为最大类间方差法。
最大类间方差意味着错分概率最小。
其C语言代码如下：u8 otsu(u8 *p){u32 g,max=0;u16 total=0,total_low=0;u8 u0=0,u1=0,count=0,tr=0,cnt=0;u8 pc[256]={0};u8 j;for(j=5;j<=122;j++){pc[*(p+j)]++;total+=*(p+j);}for(j=0;j<=254;j++){cnt=pc[j];if(cnt==0)continue;//优化加速count+=pc[j];total_low+=cnt*j;u0=total_low/count;u1=(total-total_low)/(118-count);g=((u32)(u0-u1)*(u0-u1))*((count*(118-count)))/16384;if(g>max){max=g;tr=j;}if(count>=118)break;//优化加速 122-5+1}return tr;}根据该函数，每次CCD采集数据之后可将分割阈值yz设定为:yz=otsu(Pixel)之后的边缘提取同3.2.1。
该算法的主要优点是对赛道光照环境依赖性较低，适应性较好，劣势是该算法运算量较大，时间复杂度略高，在智能车高速运行时要求ＭＣＵ的处理速度足够快，而且当赛道只有白线时，由于“余弦效应”影响，该算法也会给出一个阈值，从而误判为黑线。
而且当赛道同一条直线上光照强度并不是太均匀时，不能准确提取出黑线。
如图3.2所示(光强数据取自体育馆灯正下方，该体育馆的光照条件是镁光灯)：图3.2 OTSU计算阈值图3.2.3单行黑线提取算法该算法由第二届全国大学生“飞思卡尔”智能车竞赛冠军上海交大摄像头组参赛队提出。
图3.3 单行提取图由于黑色赛道和白色地板之间的色差交大，直接反映在图像数据中就是大于一个黑白色阈值。
通过实验可以基本上确定该阈值的大小，根据现场光线的变化影响会有略微的变化。
但是该阈值基本上介于22~30之间。
因为可以通过判断相邻数据点的差是否大于该阈值，作为边沿提取算法的依据和主要参数。
该算法的主要过程为：从最左端的第一个有效数据点开始依次向右进行，第line为原点，判断和line+3的差是否大于阈值，如果是则将line+3记为i，从i开始判断在接下来的从i+3到最该行最末一个点之间的差值是否大于阈值，如果大于则将line+line2+2的坐标赋值给黑线中心位置。