基于飛思卡爾單片機(jī)的智能車設(shè)計(jì)

摘  要

本文詳細(xì)介紹了一套智能車的尋線設(shè)計(jì)方案。由總到分的先從整體上介紹了該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)思想，繼而細(xì)分各模塊詳盡介紹具體設(shè)計(jì)。該智能車系統(tǒng)以MC9S12XS128B 作為整個(gè)系統(tǒng)信息處理和發(fā)出控制命令的核心，基于攝像頭采集的賽道信息，提取出黑線中心位置，并求得小車偏離黑線的程度，區(qū)分出道路形狀，對(duì)此信息進(jìn)一步處理以控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，通過速度傳感器獲得實(shí)時(shí)速度信息，利用增量式數(shù)字PID 控制算法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制。文章詳細(xì)介紹了圖像采集模塊、速度采集模塊等信息采集模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等動(dòng)作執(zhí)行模塊的方案選取和電路設(shè)計(jì)原理，還介紹了系統(tǒng)調(diào)試方法策略。測(cè)試表明，該智能車能夠很好的跟隨黑色引導(dǎo)線，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于不同形狀的道路予以相應(yīng)的控制策略，可快速穩(wěn)定的完成的整個(gè)賽道的行程。
關(guān)鍵字：Freescale； 單片機(jī)； 攝像頭； 速度傳感器； PID

ABSTRACT

This article brings a complete model of intelligent car design which follows the black line closely and also describes the process 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, uses 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 to 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 module.The experimental eva luation 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：Freescale；Single-chip； micro camera； speed sensor； PID

目    錄

1． 引言……………………………………………………………………………1
1.1 發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………………………………1
1.2 方案簡介………………………………………………………………………1
1.3 文章結(jié)構(gòu)………………………………………………………………………2
2． 系統(tǒng)整體框架………………………………………………………………2
2.1 系統(tǒng)整體框架………………………………………………………………2
2.2 系統(tǒng)硬件參數(shù)………………………………………………………………3
2.3 車模外形………………………………………………………………………4
3． 模塊的基本方案及論證…………………………………………………4
3.1 圖像采集模塊……………………………………………………………… 4
3.2 速度采集模塊……………………………………………………………… 5
3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊……………………………………………………………… 6
3.4 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊………………………………………………………………7
3.5 電源管理模塊……………………………………………………………… 7
3.6 調(diào)試模塊………………………………………………………………………7
3.7 最終決策方案……………………………………………………………… 7
4． 機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整………………………………………………………………8
4.1 總體機(jī)械結(jié)構(gòu)……………………………………………………………… 8
4.2 攝像頭的安裝……………………………………………………………… 8
4.3 系統(tǒng)PCB 板的安裝…………………………………………………………9
4.4 穩(wěn)定性調(diào)整………………………………………………………………… 9
4.4.1 主銷后傾角………………………………………………………………9
4.4.2 前輪前束…………………………………………………………………10
4.5 底盤抬高策略…………………………………………………………… 10
4.5.1 后輪底盤升高…………………………………………………………10
4.5.2 后輪位置的固定……………………………………………………… 11
4.5.3 前輪底盤升高…………………………………………………………11
5.  信息采集模塊…………………………………………………………… 11
5.1 攝像頭及其采集電路設(shè)計(jì)………………………………………………12
5.1.1 攝像頭簡介………………………………………………………………12
5.1.2 攝像頭的工作原理……………………………………………………12
5.1.3 攝像頭路徑識(shí)別原理………………………………………………… 17
5.1.4 攝像頭的選取…………………………………………………………18
5.1.5 攝像頭提取信號(hào)……………………………………………………… 19
5.1.6 攝像頭的安裝…………………………………………………………19
5.2 速度檢測(cè)電路…………………………………………………………… 20
6． 執(zhí)行模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………… 20
6.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路…………………………………………………………… 20
6.2 舵機(jī)………………………………………………………………………… 21
7.  電源模塊…………………………………………………………………22
7.1 總體電源電路…………………………………………………………… 22
7.2 單片機(jī)等5V 穩(wěn)壓芯片的選擇…………………………………………23
7.2.1 芯片的選擇………………………………………………………………23
7.2.2 電路實(shí)現(xiàn)………………………………………………………………… 23
7.3 CMOS 攝像頭用電源………………………………………………………24
7.4 舵機(jī)電源…………………………………………………………………… 24
8  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………………25
8.1 概述………………………………………………………………………… 25
8.2 整體過程…………………………………………………………………… 25
8.3 MCU 簡介…………………………………………………………………… 25
8.4 系統(tǒng)初始化…………………………………………………………………26
8.4.1 攝像頭初始化…………………………………………………………26
8.4.2 PWM初始化………………………………………………………………26
8.4.3 超頻設(shè)置…………………………………………………………………27
8.5 圖像采集和黑線提取…………………………………………………… 27
8.5.1 圖像采集…………………………………………………………………27
8.5.2 黑線提取…………………………………………………………………29
8.6 速度控制……………………………………………………………………30
8.6.1 速度控制介紹…………………………………………………………30
8.6.2 簡單沿線行駛策略……………………………………………………31
8.6.3 最佳行駛路線策略……………………………………………………31
8.6.4 速度獲取…………………………………………………………………33
9  開發(fā)工具、制作調(diào)試過程………………………………………………33
9.1 軟件開發(fā)平臺(tái)Codewarrior IDE………………………………………33
9.1.1 Codewarrior IDE 功能介紹…………………………………………33
9.1.2 Codewarrior IDE 基本使用方法……………………………………33
9.2 輔助調(diào)試方法………………………………………………………………35
10  結(jié)論…………………………………………………………………………35
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………37
附  錄……………………………………………………………………………38
外文資料…………………………………………………………………………55
中文翻譯…………………………………………………………………………64
致  謝……………………………………………………………………………73