基于圖像處理技術(shù)的智能車設(shè)計

摘  要
智能車系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)第三屆全國大學(xué)生智能車競賽的技術(shù)要求而完成。該系統(tǒng)主要包括微控制器模塊、電源管理模塊、路徑識別模塊、電機驅(qū)動模塊、轉(zhuǎn)向舵機控制模塊、速度采集模塊以及輔助調(diào)試模塊等。
該智能車系統(tǒng)以Freescale16位單片機MC9S12DG128作為系統(tǒng)微控制器，采用CMOS攝像頭作為路徑檢測傳感器，通過邊緣檢測與邊緣跟蹤相結(jié)合的方法提取賽道中的黑色引導(dǎo)線信息，通過自制的速度傳感器實時獲取小車速度，能夠根據(jù)前方的路徑信息及其當(dāng)前的運動狀態(tài)，采取相應(yīng)的控制策略，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向與速度控制。本文將詳細(xì)介紹智能車各單元的設(shè)計與制作，其中包括小車的機械結(jié)構(gòu)調(diào)整、硬件控制電路各模塊的實現(xiàn)，以及軟件控制算法各模塊的設(shè)計等。另外，在文中還將對智能車制作過程中所采用的軟件開發(fā)平臺CodeWarrior IDE及其使用方法，以及一些輔助調(diào)試工具等進(jìn)行簡要介紹。

關(guān)鍵詞：智能車系統(tǒng)  圖像采樣  速度傳感器  控制策略  Freescale16位單片機
Abstract
According to technical requirements of the third National University Intelligent Vehicle Tournament, we design the intelligent vehicle control system. The system is composed of microprocessor module, power management module, path recognition module, motor driver module, servo control module, speed detection module and debugging accessorial module etc.
The vehicle system, with the Freescale16-bit single-chip MC9S12DG128 as its control microprocessor, using image sensor module based on CMOS camera to obtain route image information, then abstract the black lead line on the contest lane by edge detection method and edge follow method. The vehicle also uses a speed sensor made by ourselves to obtain the real time speed. It will give the proper turning angle and speed according to the prescient route information and the current state of itself. In this paper, we will describe the design and execution of all the module which is used in the vehicle system in detail, including the adjustability of the vehicle mechanism structure, the accomplishment of hardware control circuit, the design of software control method etc. In addition, we will introduce the software CodeWarrior IDE and some other debugging accessorial tools briefly, which is used to design the vehicle system.

Key words：Intelligent vehicle system  Image sampling  Speed sensor  Control strategy Freescale16-bit single-chip
 
目  錄
第1章  前言 1
1.1  背景介紹 1
1.2  路徑識別方案概述及比較 1
第2章  智能車系統(tǒng)總體概述 3
2.1  智能車系統(tǒng)組成 3
2.2  系統(tǒng)各模塊的組成及其功能介紹 4
第3章  智能車機械結(jié)構(gòu)調(diào)整 5
3.1  前輪定位 5
3.2  舵機安裝調(diào)整 6
3.3  后輪齒輪傳動機構(gòu)調(diào)整 6
3.4  攝像頭安裝 6
第4章  智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計方案 8
4.1  單片機MC9S12DG128B的最小硬件系統(tǒng) 8
4.1.1  MC9S12DG128B的內(nèi)部資源介紹 8
4.1.2  時鐘電路 10
4.1.3  復(fù)位電路 10
4.1.4  智能車設(shè)計中所使用單片機資源規(guī)劃 11
4.2  電源管理模塊 11
4.2.1  5V電源模塊 12
4.2.2  6V電源模塊 13
4.2.3  9V電源模塊 13
4.3  圖像采集模塊 14
4.3.1  攝像頭工作原理 14
4.3.2  信號分離電路 15
4.4  速度檢測模塊 17
4.4.1  速度檢測方案比較 17
4.4.2  直射式光電傳感器速度檢測方案 18
4.5  轉(zhuǎn)向控制模塊 19
4.5.1  舵機的機械結(jié)構(gòu) 20
4.5.2  舵機的工作原理 20
4.5.3  舵機控制 20
4.6  電機驅(qū)動模塊 22
4.6.1  MC33886簡介及其特點 22
4.6.2  MC33886的工作方式 23
4.6.3  電機控制電路 24
4.7  輔助調(diào)試模塊 25
4.7.1  狀態(tài)顯示模塊 25
4.7.2  在線調(diào)試模塊 27
第5章  智能車系統(tǒng)軟件設(shè)計方案 28
5.1  圖像采集模塊 28
5.1.1  圖像采集軟件方案分析 29
5.1.2  圖像采集軟件方案設(shè)計 29
5.1.3  圖像采集模塊初始化 30
5.2  引導(dǎo)線識別模塊 31
5.2.1  常用引導(dǎo)線識別方案介紹 31
5.2.2  引導(dǎo)線識別軟件設(shè)計 32
5.3  速度采集模塊 36
5.3.1  速度采集軟件設(shè)計 36
5.3.2  速度采集模塊初始化 37
5.4  轉(zhuǎn)向控制模塊 37
5.5  速度控制模塊 39
5.5.1  PID控制介紹 39
5.5.2  速度控制軟件設(shè)計 40
5.6  輔助調(diào)試模塊 42
5.6.1  狀態(tài)顯示模塊 42
5.6.2  圖像數(shù)據(jù)傳輸模塊 43
第6章  系統(tǒng)開發(fā)與調(diào)試 44
6.1  軟件開發(fā)平臺介紹 44
6.2  Codewarrior IDE基本使用方法 45
第7章  結(jié)論與展望 47
7.1  結(jié)論 47
7.2  展望 47
參考文獻(xiàn) 49
致  謝 50
附  錄 51
附錄A  外文資料翻譯 51
附錄B  模型車主要參數(shù) 63
附錄C  智能車整體電路圖 64
附錄D  智能車系統(tǒng)程序源代碼 66