毕业论文-基于摄像头的智能车路径识别方案概要
毕业设计基于图像传感器的自动循迹智能车
系统软件流程图
软件的开发工具和系统的调试
• 1.CodewarriorV4.7软件及其应用 • Codewarrior软件是Metrowerks公司开发的软件集 成开发环境及IDE(intergrated develop inviroment)，Freescale的单片机都可以在 codewarior IDE软件下进行开发，codewarrior IDE 为软件开发提供了一系列的工具
智能车系统的分析
• 1.系统模型总体框图
• 2.系统控制电源模块分析
• 3.系统软件模块的分析
• 从该结构图中可以看出，系统的软件模块主要有： • 1. 单片机系统的初始化，包括单片机系统时钟的初始化、 ATD模块的初始化、PWM模块的初始化、增强型时钟模 块的初始化，还有一些输入输出口的初始化； • 2. 图像信号的采集：通过对图像信号波形的学习，根据图 像信号的特点，采集有效图像信号； • 3. 图像信号的处理：将采集到的信号存储在单片机中，通 过对图像信号的分析和判断来识别路径，判断黑线中间位 置，判断道路是直线还是曲线，以及通过计算判断出曲线 的斜率，从而进一步的控制舵机的转角和驱动电机的转速。 • 4. 舵机转角的控制和电机转速的控制：通过控制PWM口 的信号输出可以实现对舵机转角和轮速的控制
研究课题：基于图像传感器的自 动循迹智能车系统设置
指导老师： 学生： 专业：车辆工程
智能车概述
• 智能车是一种轮式移动机器人，它能够自主进行路径识别、 决策规划以选择最佳的行驶状态，智能车集中运用了自动 控制、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多 个学科的知识。随着控制技术、计算机技术和信息技术的 发展，智能车在工业生产和日常生活中已扮演了非常重要 的角色。车辆智能化是汽车工业今后的发展趋势，也是人 们对安全性、智能化要求越来越高未来汽车的发展方向。 随着计算机技术和信息技术为代表的高新技术的发展，智 能车辆技术的研究将会有突破性的进展。智能车辆系统的 实用化是智能车辆发展的前进方向，适应性强、环境适应 性好的智能车辆将是研究的重点。
基于摄像头导航的智能车系统
基于摄像头导航的智能车系统【摘要】本文设计并研制了一种基于摄像头导航的智能车系统。
与采用特殊标志的循迹导航方式不同，本系统采取普通摄像头来采集外部信号，通过辨别设置在道路两旁不同颜色的路标，实现智能车的自动行驶功能。
研制的智能车系统可以实现左转，右转，入库等动作。
本文详细的介绍了该智能车系统的硬件结构以及软件算法思想。
【关键词】智能车系统摄像头导航颜色识别随着时代的发展，人们对车辆的安全性能日益重视，车辆的无人驾驶引起了广泛关注。
而实际上，无人驾驶汽车就是一种移动机器人，最早的研究动力是基于军事需求，人们为了减少战争中的伤亡以及寻找代替战士在危害场合执行任务。
它主要利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。
[1]无人驾驶汽车在先进制造业、自动化仓储、现代物流场、太空探索等领域有广阔的应用前景。
另外，自动导航车还可用于探险、危险品处理、导盲等。
有资料表明，在现代制造系统中，各种物流的传输时间占整个生产过程的80%-90%，物料传输与存储费用占整个零部件加工费用的30%-40%，可见，物流传输设备的自动化水平对整个制造系统的性能将有重要影响。
[2]而在无人驾驶技术研究中，导航系统是其重要的研究内容。
在导航系统的研究中，光电导航又是其中一个非常重要的研究方向。
本文设计并研制了一套基于普通摄像头导航的智能车系统，系统的给出了硬件结构以及软件算法，同时在现实中，运用实验车进行了验证。
1 智能车系统设计原理1.1 总体设计方案及功能要求为紧密结合实际生活，所设计智能车应可以完成包括左转、右转、直行和倒车等动作，同时可以进入指定位置的停车位。
所设计的智能车系统应具有优良的机械性能，同时还应该拥有良好的环境识别能力和较强的容错性，并能保持较快的速度运行。
因此智能车系统总设计方案包括以下两部分：（1）智能车控制器的硬件电路设计，根据设计要求，调整和改进智能车模的机械结构，使得机械性能和电子控制达到完美的统一，最大限度的发挥小车的性能；（2）结合良好的软件算法设计，使小车能够自适应多种可能出现的条件，智能选取合理的控制模式，做到转向准确、稳定，能够安全通过设定的道路。
基于摄像头循迹的智能汽车路径识别研究
一场图像的行数为 246 行， 要从中提取 40 行作 为本文智能汽车路径识别系统的有效处理行。 一场图 像的前 15 行为行消隐区， 16 行之后为有效行。 本文 以 17 行 作 为 图 像 信 号 采 集 的 第 一 行 。 由 于 OV7620 摄像头近处图像看的比较清楚， 远处图像看的比较模 糊， 为了能够更好的反映测试跑道的情况， 采取不等 间距采行法， 即行间隔从远处间隔 1 行采样到近处间 隔 6 行采样， 形成远处采集的行数多， 近处采集的行 数少， 最终所采集行数如表 1 所示。
X(k|k-1)的协方差还没有更新。 用 P 表示协方差：
P(k|k-1)=A×P(k-1|k-1)×AT+Q
(4)
式中： P(k-1|k-1)— ——X(k-1|k-1)对应的协方差；
AT— ——A 的转置矩阵；
Q— ——系统过程的协方差。
式 1、 式 2 是 卡尔曼滤波 5 个公 式当中的前两
个， 是对系统的预测。
对其中的几行进行判断即可， 本文选择判断三行， 这
样既可以减少图像噪点所带来的信号采集误差， 也可
以使单片机能够及时处理。 为了能够最大程度的采集
到测试跑道的信息， 本文对摄像头的高度和角度做了
大量的试验， 最后采用了摄像头的位置高度距地面
27cm， 并 且 同 地 面 之 间 成 一 定 角 度 如 图 2、 图 3 所
朱凤武, 于丰华, 韩雨, 雷宇桥, 胡玉杰. 基于摄像头循迹的智能汽车路径识别研究[J]. 中国农机化学报, 2013, 34(5): 256~259 Zhu Fengwu, Yu Fenghua, Han Yu, Lei Yuqiao, Hu Yujie. Path recognition algorithm for intelligent vehicle based on camera [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2013, 34(5): 256~259
毕业设计---基于光电传感器的自动循迹智能车系统设计
摘要新一代汽车研究与开发将集中表现在信息技术、微电子技术、计算机技术、智能自动化技术、人工智能技术、网络技术、通信技术在汽车上的应用。
智能汽车是是现代汽车发展的方向。
大学生智能车比赛是智能汽车设计的一个实践平台，光电传感器的自动循迹智能车系统，采用光电传感器作为道路信息的采集传感器，单片机为控制系统的核心来处理信号和控制小车行驶。
MC9S12系列单片机在汽车电子控制领域得到广泛应用。
本课题就是利用Freescale的MC9S12XS128微控制器对智能车系统进行设计。
智能车系统设计包括硬件电路和控制软件系统的设计。
硬件系统使用专门软件Altium Designer设计。
硬件电路系统主要包括freescale单片机最小系统、电源管理系统、路径识别与检测系统、电机驱动系统。
而控制系统软件的设计主要包括单片机的初始化、PID控制算法、路径识别算法、舵机控制算法、速度控制算法。
软件设计是用Freescale公司的Codewarrior软件作为软件开发和仿真下载的平台。
最后完成了整个自动循迹智能车系统设计。
关键字：智能车；光电传感器；自动循迹；控制算法；PID;I基于光电传感器的自动循迹智能车系统设计ABSTRACTThe design of autoguiding smartcar system based onphotoelectric sensorN ew generation automobile development and researched focus on information technology, microelectronic technology, computer technology, intelligent automation technology, artificial intelligence technology, networking technology, communication technology and so on. The intelligent automobile is the direction in which the modern automobile developed.The university students intelligence vehicle competition is a practice platform in which intelligence automobile designed , we use the photoelectric sensor as gathering sensor to take path information , The microcontroller is used as the control system core ,and process the signal, and controls car to run . signal-chip microcomputer MC9S12 series be widespread utilized in the automobile electronic control domain. I use the Freescale microcontroller MC9S12XS128 to design the intelligent vehicle system. The design of intelligent vehicle system including hardware circuit and control software system. I adopt the software of electronics design Altium Designer to complete designing the hardware . Hardware circuit system mainly includes the freescale ’s Single-chip Microcomputer smallest system, the power source management system , the way recognition and the detecting system, the motor-driven system. But the control software system mainly includes Single-chip Microcomputer 's initialization, the PID control algorithm, the way recognition algorithm, the steering engine control algorithm, the speed control algorithm . It uses Freescale Corporation's Codewarrior as the software development ,the simulation and downloading…s platform in the software designing . Finally The design of auto track smartcar system based on photoelectric sensor is completed.Key words: Intelligent vehicle; photoelectric Sensor; auto track; Control algorithm ;PID；II摘要 (I)ABSTRACT ........................................................................................................................ I I 插图清单 (I)第1章绪论................................................................................................................. - 1 -1.1 毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）............................................. - 1 -1.2 毕业设计（论文）研究现状和发展趋势..................................................... - 2 -第2章控制系统整体方案设计................................................................................... - 3 -2.1 整体设计方案概述........................................................................................... - 3 -2.2 控制系统整体方案设计................................................................................. - 4 -2.2.1 模型车硬件整体方案设计...................................................................... - 4 -2.2.2 系统软件模块分析 ................................................................................. - 7 -2.2.3 控制算法设计方案 ................................................................................. - 8 -第3章单片机最小系统模块....................................................................................... - 9 -3.1 单片机以及最小系统简介............................................................................... - 9 -3.2 MC9S12XS128最小系统设计 ...................................................................... - 9 - 第4章电源管理模块................................................................................................. - 11 -第5章路径识别模块和测速检测模块..................................................................... - 13 -5.1 路径识别模块................................................................................................. - 13 -5.1.1 光电传感器 ........................................................................................... - 13 -5.1.2 光电传感器发射与接收电路设计 ....................................................... - 13 -5.1.3 路径识别传感器布局设计 ................................................................... - 14 -5.2 测速检测模块 .......................................................................................... - 16 -第6章电机驱动模块................................................................................................. - 19 -6.1 直流电机驱动模块......................................................................................... - 19 -6.1.1 电机的工作原理 ................................................................................... - 19 -6.1.2 MC33886介绍....................................................................................... - 21 -6.1.3 PWM信号控制电机的转速.................................................................. - 22 -6.2 舵机驱动模块............................................................................................... - 23 -第7章智能车软件的设计......................................................................................... - 29 -7.1 单片机初始化................................................................................................. - 30 -7.2 PID控制算法 ............................................................................................... - 32 -7.3 路径识别算法............................................................................................... - 34 -7.4 舵机控制算法............................................................................................... - 34 -7.5 速度控制算法............................................................................................... - 36 -I基于光电传感器的自动循迹智能车系统设计第8章开发制作与调试............................................................................................. - 38 -8.1 CodewarriorV4.7软件及其应用.................................................................. - 38 -8.2 BDM for S12的使用.................................................................................... - 43 -结论和展望................................................................................................................... - 44 - 致谢........................................................................................................................... - 45 - 参考文献....................................................................................................................... - 46 - 主要参考文献摘要....................................................................................................... - 48 - 附录A ........................................................................................................................... - 50 -II插图清单图2-1 系统信息的控制流程图....................................... - 4 - 图2-2 智能车控制系统整体结构图................................... - 5 - 图2-3 系统硬件结构图............................................. - 6 - 图2-4 系统软件结构............................................... - 7 - 图3-1 最小系统原理图和PCB图.................................... - 10 - 图4-1 电源系统结构框图.......................................... - 11 - 图4-2 LM7805电路图.............................................. - 12 - 图4-3 LM7806电路图.............................................. - 12 - 图5-1 光电传感器的基本组成...................................... - 13 - 图5-2 单对红外传感器电路图...................................... - 14 - 图5-3 红外探测布局的PCB图...................................... - 16 - 图5-4 霍尔原理.................................................. - 17 - 图5-5 霍尔测速电路图............................................ - 18 - 图6-1 H桥式电机驱动电路......................................... - 20 - 图6-2 H桥电路驱动电机顺时针转动................................. - 20 - 图6-3 H桥电路驱动电机逆时针转动................................. - 21 - 图6-4 MC33886电机驱动原理图..................................... - 22 - 图6-5 舵机工作原理示意图........................................ - 24 - 图6-6 舵机输出转角与控制信号脉宽之间关系........................ - 25 - 图6-7 不同占空比的PWM波形控制的转向伺服电机状态图.............. - 26 - 图6-8 转向伺服电机控制方法图.................................... - 27 - 图6-9 舵机转角控制模块程序流程图................................ - 28 - 图7-1 光电传感器方案主程序流程图................................ - 29 - 图7-2 典型PID控制结构.......................................... - 33 - 图7-3 舵机控制流程图............................................ - 35 - 图7-4 速度控制流程图............................................ - 37 - 图8-1 CodearrierV4.7 创建新的工程窗口........................... - 40 - 图8-2 CodearrierV4.7的工程的初始设置窗口........................ - 41 - 图8-3 CodearrierV4.7的编译窗口.................................. - 42 -图8-4 BDM的PCB原理图........................................... - 43 -I第1章绪论自动循迹智能车是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多种功能于一体的综合系统。
基于摄像头的智能车路径识别方案
基于摄像头的智能车路径识别方案摘要：智能车硬件平台开采用飞思卡尔 16 位微控制器 MC9S12DG128 为核心的控制单元，由清华大学飞思卡尔嵌入式系统研发中心提供的开发板MC9S12EVKC 单片机最小系统板，并在此基础上自行完成的外围硬件电路设计；软件开发环境使用Metrowerks 公司为 MC9S12 系列单片机专门提供的全套开发工具 CodeWarrior IDE。
文中介绍了智能车的系统总体结构，软硬件模块及开发流程。
其中重点介绍摄像头的硬件电路的设计，摄像头输出数字信号的采集,视频图像信号处理及控制系统硬件电路设计,速度与转向控制算法，以及包括调试中遇到的问题的解决方法。
关键字：智能车，摄像头，视频数据采集，路径识别，速度与转向控制Intelligence Car Based On Digital Camera Abstract：In this article, article present the embedded systems design results of Wuxi professional collage of science and technology zhenze motorcade working during the period of preparing the fourth session of the Freescale Intelligence Car Competition, Including hardware design, software design of smart car. the hardware platform of the smart car bases on S12 development board which features MC9S12DG128 micro-controller, Freescale Embedded Systems, Tsinghua University R & D Center provides the development board of the smallest single-chip system board MC9S12EVKC, And on this basis to the completion of the external hardware circuit design software development environment software development used Code warrior IDE as its tool, which is Metrowerks Corporation technically provide a complete set of development tools to MC9S12 series of single-chip.This article introduces the intelligent car systems architecture, software and hardware modules and development process, Which focuses on Camera hardware circuit design, Camera output digital signal collection, Video image signal processing, Control system hardware circuit design, speed and direct control algorithm, As well as the solution of problem in debugging.Key Word: Intelligent car, Camera, Video Sample Collection, Speed and Direct Control目录第一章绪论 (3)1.1课程意义 (3)1.2课题背景 (3)1.3任务 (4)第二章硬件系统设计 (5)2.1单片机主要元件介绍 (5)2.1.1 摄像头的介绍 (5)2.2硬件总体框图 (6)2.2.1 电源、稳压电路 (7)2.2.2 单片机控制板 (9)2.2.3 测速电路 (10)2.2.4 摄像头电路 (10)2.2.5 舵机电路 (11)2.2.6 软件方案选择电路 (11)2.2.7 电机驱动电路 (12)2.2.8 调试电路 (13)第三章软件系统设计 (14)3.1软件总体框架 (14)3.2图像采集与处理 (14)3.2.1 采集方法 (14)3.2.2 路径识别 (17)3.3速度和方向的控制 (21)3.3.1 PID算法介绍 (21)3.3.2 闭环控制 (23)谢辞 (24)参考文献 (24)第一章绪论1.1 课程意义通过智能车的软硬件设计，较为深入的了解嵌入式设计，提升自己的知识层面，拓展自己的思维，增强自己的动手能力，提高团队协作能力，为以后向嵌入式方向发展打下一定的基础。
基于摄像头识别路径的智能车系统设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｓ ｍａ ｒ ｔ ｃ ａ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ － ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｐ ａ ｔ ｈ ｒ ｅ ｃ ｏ ｇ ｎｉ ｔ ｉ ｏ ｎ
ＧＡＯ Ｙｕ ｎ － ｂ ｏ， Ｊ Ｉ Ｃｏ ｎ ｇ，ＨＡＮ Ｐ ｅ ｎ ｇ － ｗｕ
ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ，ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｔ ｈ ｒ ｅ ｓ ｈ —
测试结果表明 ， 自适 应动态阈值 图像处理算 法在智 能车路径识 别 中具 有明显 的优 势， 通 过该算 法对 图像 进行 有效
的处 理， 可 以增加智 能车对路径 的跟随性 能．
关 键 词 ：智 能 车 ；路 径 识别 ；动 态 阈 值
Байду номын сангаас
中图分类号 ： ＴＰ ３ ９ １
文献标识码 ： Ａ
第３ ９卷 第 ６ 期
２ ０ １ ３ 年 １ ２月
兰
州
理
工
大
学
学
报
Ｖｏ Ｌ ３ ９ Ｎｏ ． ６
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
Ｊ ｏｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
（ Ｋ６ ０ ）ｗａ ｓ ｔ ａ ｋ ｅ ｎ ａ ｓ ｋ ｅ ｒ ｎ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ，ａ ｎ ｄ Ｂ ｌ ｕ ｅ ｔ ｏ ｏ ｔ ｈ Ｃｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ
基于图像识别的智能小车系统设计-毕业论文
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---绪论1.1 课题背景目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。
世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。
智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。
它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。
智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。
智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备:1)计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作。
2)摄像机，用来获得道路图像信息。
3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物等信息。
智能车辆作为移动机器人的一个重要分支正得到越来越多的关注。
1.2 国内外发展现状及趋势智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。
同遥控小车不同，遥控小车需要人为控制转向、启停和进退，比较先进的遥控车还能控制其速度，而智能小车，则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。
国外智能车辆的研究历史较长。
它的发展历程大体可以分成三个阶段：第一阶段 20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。
1954年美国BarrettElectronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）。
摄像头智能车论文文
25
二值化：
1、静态阀值：大概在0X21左右，单片机不用计算，实验调 试直接调试出来的值，适应光线环境差，误差大 2、动态阀值：根据光线自动调整阈值 ，适应光线能力强， 效果好具体的思想是找出每一行的最大值和最小值，将其 相加然后再乘上一个系数作为改行的阀值。因此整场的信 号每一行都会有一个区分赛道黑白的阀值，从而很好地能 区分出赛道。
for(i=0;i<38;i=i+1)
{ max1=picture[i][0]; min1=picture[i][0]; for(j=1;j<100;j++) { if(picture[i][j]>max1) max1=picture[i][j]; if(picture[i][j]<min1) min1=picture[i][j]; } fa1=(max1+min1)/lap; //lap为实验室调试出来的比例系数 }
XS12 8单片 机
数字 摄像 头
编 码 器
舵机
后轮驱动电 机
14
单片机最小系统电源
舵机电源
15
10U/35V
C42
摄像头电源
VCC50
无线模块电源
C39
0.1uF
1
3
LM1117-3.3
U
5
G
I
N
N
D
O
O
U
U
T
T
4
2
VCC33
10U/35V
C40
16
电机驱动的设计
左电机驱动 右电机驱动
51单 片机
模拟SPI通信
NRF24L01 无线模块A
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基于摄像头的智能车路径识别方案摘要：本文按照第四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛的技术要求，经过一段时间的资料的采集与样本电路的参照，本文主要介绍了车模的系统设计原理，系统软件，与方案简介。
在硬件电路的设计与实现中，描述了最小系统设计，电源模块，并且着重描述数字摄像头OV6620，在软件系统设计中，讲述了时钟模块，ECT模块，图像采集以及图像处理等内容，经过实践证明，这些理论方案都可以得到证明，能使汽车稳定快速运行。
关键字：智能车；摄像头；电源模块；图像采集The identification of intelligent vehicle path of program is based on CameraAbstract:This article in accordance with the 4th "flying to Karl" Cup National University SMART Car Invitational technical requirements for the time of the information gathering and sample circuits in the light of this article introduces the car model system design principles, system software, and the programme profile. On the hardware circuit design and implementation, describes the minimum system design, power supply, with emphasis on described digital camera OV 6620 in software design of the system on the clock module, ECT modules, image acquisition and image processing, the practice has proved that these theories programmes can be proved that auto steady and rapid operationKeywords: SMART cars; camera; power supply; image acquisition目录前言 4第1章系统设计概述 51.1系统设计原理 51.2系统软件 61.3方案简介 6第2章硬件电路的设计与实现 72.1最小系统板设计 72.2电源模块 82.2.1 5v电源 92.2.2 6V电源 92.3数字摄像头OV6620 102.3.1 OV6620简介 102.3.2 OV6620 和普通摄像头的对比 102.3.3 OV6620管脚说明 112.3.4 OV6620图像采集 11第3章软件系统设计 143.1 时钟模块 143.2 ECT模块 143.3 图像采集 163.4 图像处理 173.4.1 二值化算法 175.4.2 黑线提取流程 19结论 21致谢 22参考文献 23附录A 24前言智能汽车，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。
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。
本文内容的安排如下所示：第一章引言本章主要介绍了Freescale 车模竞赛的基本情况，智能汽车的发展状况。
第二章系统整体框架本章对系统硬件模块方案和软件控制方法进行了选择与论证。
第三章机械结构的安装与调整本章对机械结构的安装与改进，各个模块的安装技巧作了详细的介绍。
第四章硬件电路的设计与实现本章主要介绍了自行设计的基于飞思卡尔单片机的最小系统板的设计、电源模块、摄像头模块和速度传感器模块的设计与实现。
第五章软件系统设计与实现本章软件系统各模块的设计思路作了详细的介绍。
特别介绍了图像处理中的各种技巧、PID 控制策略的应用和起跑线识别算法的设计等问题。
第六章开发工具及其调试本章对开发工具与调试方法作了简单介绍。
结论对整个参赛过程中的经验与教训作了总结。
第1章系统设计概述1.1系统设计原理电机驱动模块MC9S12XS128图像采集模块硬件电路是整个系统的基础，下面是我们的硬件电路原框图：舵机驱动模块速度采集模块速度采集模块速度采集模块图1.1整体框架1.2系统软件开始系统的软件流程图1.2初始化图像采集图像处理舵机控制电机控制图1.2系统流程图1.3方案简介在本次比赛中，组委会提出了3种单片机可供选择MC9S12XS128，MC9S12DG128和9S08AW60.我们选择了总线频率较高的MC9S12XS128作为主控芯片，并且自己制作了最小系统板。
图像采集我们经过对比最终选择了CMOS的OV6620作为图像采集传感器。
将图像采集来后，为了减小干扰首先我们对整幅进行了二值化，然后利用跟踪边缘的算法对黑线进行提取。
最终使得黑线的变化更加平稳。
提取出黑线后，我们采用了模糊控制与PD控制相结合的方式对舵机进行控制，让小S直接冲过去，大S尽量内切，最大难度的发卡弯沿线通过。
在硬件方面，我们为了使电路更加简化，自己制作了最小系统板，使得单片机，电源，电机驱动等模块集中到了一块最小的系统板上。
第2章硬件电路的设计与实现硬件电路主要包括：电源模块，驱动模块与调试模块。
电源模块主要包括单片机电源，编码器电源，摄像头电源，舵机电源等等。
驱动模块主要包括电机驱动和舵机驱动。
调试模块主要包括BDM下载和串口的设计。
2.1最小系统板设计我们采用了MC9S12XS128芯片作为主控芯片，参考了组委会提供的系统板的原理图，自行设计了最小系统板和外围器件的电路，同时为了尽可能的减小板子的质量与大小，我们没有将串口设计到最小系统板上，而是另外做了一块USB转串口的电路板。
原理图如图2.1和2.2图2.1最小系统板原理图引脚功能介绍：PORTB： LED状态指示PORTM：摄像头数据采集口PORTK：模式选择口PP1：舵机控制PP2：电机控制口PP3：电机控制口TXDO：串口通讯RXDO：串口通讯2.2电源模块为了保证各个部件的正常工作，电源的供给是十分主要的，需要对配发的标准车模用蓄电池进行电压调节。
单片机系统，摄像头，车速传感器电路等各个电路的工作电压不同，需要想办法来使得电压满足各自的要求，一种办法是利用升压或降压的芯片来达到它们的要求，另一种方法是利用双电源供电的方法，来实现自己各模块的不同需求，由于电路的模块较多，该方案中需要升压或降压芯片，实际应用中，我们确定采用升压降压芯片等来实现对各个模块的供电需求，而且，再电路设计中，考虑到由于电机驱动所引起的电源不稳定，在电源输入端，各芯片电源引脚都加入滤波电路。
如图2.3所示电源模块的组成摄像头图2.3电源模块的组成框图2.2.1 5v电源市场上常用的5V芯片有LM2940，LM7805，LM2575，LM2596其中LM2940和LM7805转换效率低（40%）输出波纹小，而且稳定，对于电源要求比较高的元件适合。
LM2575和LM2596转换效率高（75%~80%）输出波纹大，可能会让单片机出现重启。
所以我们选择前者而LM2940比LM7805压差小，而且更加稳定因此我们选择LM2940作为5V稳压芯片。
原理图如图2.4所示图2.4 5V稳压电路原理图2.2.2 6V电源舵机的响应速度与其电源电压有关。
因此，为了获得更快的响应速度，舵机的供电采用其工作上限电压+6V，舵机的工作电压4-6V，因此为了稳定起见我们给舵机也做了稳压电路，期间的选择的是LM2941.原理图如图2.5图2.5 舵机电源6V2.3数字摄像头OV66202.3.1 OV6620简介（1）、OV6620需要稳定的5V电压供电，和系统板上的供电电源兼容。
（2）、NAL制，每秒25帧，一帧两场，那么每秒就有50场。
意味着20MS就有一副图像产生。
356x292pixels,理解为：有292行，一行有356个点。
（3）、视野和可视距离：这个和镜头的选择有关，据我测试，f=3.6MM时视野应该有25度左右，f越大视场越小。
可视距离需要调节镜头焦距。
经我测试可视距离可以看到十几米，毕竟像素值只有10万多，用单片机读可以看到3-4M的距离。
这里解释一下为什么用单片机读会打折扣，因为线宽度只有2.5CM，太远了黑线会很细，采点之后就分辨不出是噪音还是有用信号了，在1米左右时，黑线宽度可用8个点表示。
（4）、内部有IIC可编程。
可以调整摄像头的参数，比如最大灰度，对比度，暴光率控制等等。
其本质是SCCB协议。
（5）、数据格式-YCrCb 4:2:2,GRB 4:2:2,RGB;电子曝光/增益/白平衡控制；内部自动图像增强，亮度，对比度，伽马，饱和度，锐度，加窗等。
最重要的是不需AD，不需1881.当然玩一下他的模拟输出一可以，VTO管脚就可以当普通的模拟摄像头用。
2.3.2 OV6620 和普通摄像头的对比模拟的优势比较明显：便宜，程序有现成的。
缺点：消耗MCU 资源，功耗大，取点个数少，需要做12V的供电模块（最近有队伍说把摄像头上的5V稳压芯片取下来飞飞线就可以直接用5V供电），外围处理电路多，还要1881。
数字的优点就是避免了模拟的缺点。
行场同步中断信号有现成的，而且消隐区也十分有规律。
可以用示波器对比一下模拟的和数字的，数字的信号非常漂亮，非常稳定。
这对于图像采集来说是十分有利的。
最终我们选择了数字摄像头OV6620。
OV6620的管脚分布样子如图2.6和2.7所示：2.3.3 OV6620管脚说明图2.6管脚分布图图2.7 OV6620像头PIN1-PIN8 灰度信号输出接口Y0-Y7PIN11 SCCB数据接口SDAPIN12 奇偶场同步信号FODDPIN13 SCCB数据时钟SCLPIN14 行中断信号HREFPIN16 场中断信号VSYNPIN18 像素同步信号PCLK(也叫TCLKPIN32 模拟信号输出接口VTO这里仅说明可能需要用到的管脚，模拟摄像头无非也就这几个信号，重要的是，模拟摄像头的信号线需要分离，这当然会给图像的采集带来本可以避免的干扰。