第五届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技术报告
学校：南京理工大学
队伍名称：南理工摄像头1队
参赛队员：贾海鹏
黄芳勤
丁蕾
带队教师：郭健吴益飞
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第四届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛关保留、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：贾海鹏
黄芳勤
丁蕾
带队教师签名：郭健
吴益飞
日期：2010.08.10
目录
摘要............................................................. I 第一章引言 (1)
1.1研究背景 (1)
1.2智能汽车竞赛简介 (1)
1.3 本文结构安排 (2)
第二章智能汽车控制系统总体设计 (4)
2.1 系统工作原理 (4)
2.2 系统硬件结构 (4)
2.3 系统软件结构 (5)
2.4 本章小结 (4)
第三章模型车机械设计说明 (7)
3.1 赛车基本参数 (7)
3.2 车模机械结构调整 (7)
3.3 本章小结 (9)
第四章智能汽车控制系统硬件电路设计 (10)
4.1 硬件电路总体结构框图 (10)
4.2 核心控制模块 (11)
4.3 电源模块 (12)
4.4 路径识别模块 (16)
4.5 舵机驱动模块 (22)
4.6 速度传感器 (23)
4.7 本章小结 (25)
第五章图像处理和算法设计 (26)
5.1图像采集方案设计 (26)
5.2图像预处理算法设计 (27)
5.3赛道信息提取算法设计 (28)
5.4 路况判断算法设计 (29)
5.5 舵机控制算法设计 (29)
5.6 电机控制算法设计 (29)
5.7 本章小结 (30)
第六章系统调试 (31)
6.1 开发工具 (31)
6.2 硬件调试 (33)
6.3 本章小结 (36)
参考文献.......................................................... I 附录一：控制系统核心代码.......................................... I 附录二：模型车技术参数............................................ I
摘要
本文介绍了队员们在准备第五届“飞思卡尔”杯智能车竞赛过程中设计的基于视觉引导的智能汽车控制系统。智能车的车模采用大赛组委会统一提供的仿真车模，硬件平台采用带MC9S12DG128 处理器的S12 环境，软件平台为CodeWarrior IDE 开发环境。文中介绍了智能车控制系统的软硬件结构和开发流程。
整个智能车系统的设计与实现包括了车模的机械结构调整、传感器电路的设计与信号的处理、控制算法和策略优化、系统调试等多个方面。通过对比不同方案的优缺点，在保证提高智能赛车的行驶速度和可靠性，我们最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。
关键字：智能车，视觉引导，图像处理，路径识别
第一章引言
1.1 研究背景
1885年，德国工程师卡尔·本茨在曼海姆制造成世界上第一辆装有0.85马力汽油机的三轮车。而几乎同时，德国工程师戈特利布·戴姆勒也成功研制成一辆公认的以内燃机为动力的四轮汽车，因其使用重量轻、转速快的汽油发动机做动力,可以说是现代意义上的汽车。汽车从上世纪末诞生以来，已经走过了百年多的风风雨雨，从卡尔·本茨造出的第一辆汽车以每小时18公里的速度，跑到现在，竟然诞生了从速度为零到加速到100每小时公里只需要三秒多一点的超级跑车，汽车发展的速度是如此惊人！
汽车已然已经从一种实验性的发明转变为关联产业最广、工业技术波及效果最大的综合性工业。为了占领未来汽车市场，如今已有许多公司把各种先进技术和装备，如微型电子计算机、无线电通讯、卫星导航等技术、新设备和新方法、新材料广泛应用于汽车工业中，汽车正在走向自动化和电子化。汽车作为现代人类的交通工具，改变了人们的生活方式，推动了社会经济的发展和人类文化的进步，成为社会不可缺少的交通工具。
随着汽车保有量的日益增加，汽车也带来诸如环境污染、能源消耗、交通安全等社会问题，其中汽车道路交通安全问题尤为突出，世界上每年道路交通事故死亡约120万人。由于汽车事故不断出现，造成重大的社会危害，引起了世界各国的重视，汽车驾驶的安全问题已成为全球性的社会问题。
通常对车辆的操作实质上可视为对一个多输入、多输出、输入输出关系复杂多变、不确定多于干扰源的复杂非线性系统的控制过程。驾驶员既要接受环境如道路、拥挤、方向、行人等的信息，还要感受汽车如车速、侧向偏移、横摆角速度等的信息，然后经过判断、分析和决策，并与自己的驾驶经验相比较，确定出应该做的操纵动作，最后由身体、手、脚等来完成操纵车辆的动作。因此在整个驾驶过程中，驾驶员的人为因素占了很大的比重。一旦出现驾驶员长时间驾车、疲劳驾驶、判断失误的情况，很容易造车交通事故。
第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告
为了降低和避免交通事故的发生，提高汽车驾驶的安全性，很多发达国家已经开始关注自主驾驶智能车辆的研究，智能汽车已成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力。智能汽车是一种正在研制的新型高科技汽车，不需要人去驾驶，是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高科技综合体。
对智能汽车的深入研究，对于汽车行业的发展、交通事故的减少，以及道路交通的有效管理和一些未知领域的研究探索都具有非常重要的意义。智能汽车的出现，除了能降低高发的交通事故，方便道路交通的管理，也给人类对未知世界的探索提供了便利。如在沙漠、戈壁等条件恶劣的环境下，可利用无人驾驶汽车去探险，避免了人驾车去探险的危险；当然，在一些超出人类生理承受极限的环境下，如海底、其他宇宙星体等领域，智能汽车的优势更加明显，它可以代替人类完成人类不能亲自去完成的工作；在未来军事中，智能汽车的引入，对减少人员的伤亡，也有着不可小觑的意义。
1.2 智能汽车竞赛简介
教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办全国大学生数学建模、电子设计、机械设计和结构设计四大竞赛的基础上，决定委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛。
比赛由国家教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办，飞思卡尔半导体公司协办。智能汽车竞赛所使用的车模是一款带有差速器的后轮驱动模型车，由组委会统一提供。比赛跑道为表面白色，中心有连续黑线作为引导线，黑线宽为25cm。比赛规则限定了跑道宽度60cm和拐角最小半径50cm，赛道具体形状在比赛当天现场公布。各参赛队伍在严格遵守比赛规则的条件下，在车模前面安装光电传感器或CCD，并设计了电机驱动、转向舵机控制以及控制算法，以简洁但功能完美为出发点，以稳定为首要条件，以追求在最短的时间内
第一章引言
跑完全程，并能检测赛道的起跑线。比赛限制使用的传感器数量不得超过16个，总电容容量不得超过2000微法，电容最高充电电压不得超过电池电压。这样，就提供了一个相同的比赛平台，使各个参赛队从检测和控制的角度来解决这个问题。参赛队伍必须仔细研究车模的数学模型和控制方案，将车模的潜力尽可能多地发挥出来。
1.3 本文结构安排
本文以第五届全国大学生智能汽车竞赛为背景，为了保证智能汽车能够具有迅捷的速度、远而清晰的前瞻以及较高的灵敏度与稳定性，从软硬件方面对系统进行了优化。本文结构安排如下：
第一章，引言。
第二章，智能汽车控制系统总体设计。
第三章，模型车机械设计说明。
第四章，智能汽车控制系统硬件电路设计。
第五章，图像处理和算法设计。
第六章，系统调试。
第二章智能汽车控制系统总体设计
智能车系统的制作要求是能够自主识别路线，即在按规则专门设计的跑道上自动识别道路行驶，要求最快跑完全程而没有冲出跑道，要求智能小车运行又快又稳。因此对于小车的控制系统来说稳定性和快速性是控制系统设计的两个重要指标。
2.1 系统工作原理
根据需求分析，经过仔细研究，决定采用模块化设计。智能汽车的硬件系统由核心控制模块(MCU)、电源管理模块、传感器模块、存储器模块、电机驱动模块、舵机驱动模块、人机接口模块、无线通讯模块和放电器模块组成。
智能车系统的工作原理示意图如图2.1所示：
图2.1智能汽车系统工作原理示意图
智能汽车系统通过视觉传感器来检测前方的赛道信息，并将赛道信息发送给单片机。同时，通过编码器和加速度传感器构成的反馈渠道将车体的行驶速度及加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及加速度信息，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。
2.2 系统硬件结构
智能车控制系统从硬件上分为电源模块、传感器模块、信号处理模块、直
第二章智能汽车控制系统总体设计
流电机驱动模块、转向伺服电机驱动模块和单片机模块。
系统总体结构如图2.2所示：
图2.2智能汽车控制系统总体设计框图
2.3 系统软件结构
系统硬件位于底层，是整个系统的基础，系统软件结构则根据硬件和控制需求来制定。
系统基本的软件结构如图2.3所示。
第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告
图2.3系统软件结构
2.4 本章小结
本章介绍了智能汽车控制系统的工作原理。根据系统的需求简要给出了系统的总体设计方案，并划分了系统的几个模块，。
第三章模型车机械设计说明
为了使车能够更稳定的高速运行，我们对这次比赛车模进行了系统的分析。今年的车模精度不是很高，因此要尽量在规则允许范围内改造车模，提高车模整体精度是很必要的。另外，我们在实际调试中发现，前轮的束角和主销倾角对车的高速运行下的稳定性影响很大。高速运行下舵机的转动速度对车转向的灵活程度也起到了根本性的作用。此外，由于摄像头是外加的传感器，良好的固定方案能最大限度发挥它的前瞻远，视野广的特点。所以，在整车的机械结构方面我们进行了三方面改进：转向机构改进、摄像头设计安装和前轮束角调整。
3.1 赛车基本参数
此次比赛所用赛车车模是由深圳博思公司提供的1/28仿真车模，具体车模数据如表3.1所示：
表3.1车模参数
赛车机械结构只使用竞赛提供车模的底盘部分及转向和驱动部分。控制采用前轮转向，四轮驱动方案。车模改装是我们的第一步工作，在严格遵守比赛规则对车模要求的前提下，车模进行重装和改装。
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图3.1车模整体外观图
3.2车模机械结构调整
3.2.1 摄像头的安装
摄像头的安装位置应合适选取。安装位置太低，会导致视域不够广阔，影响寻线的有效范围；安装位置太高，导引线会变得过窄而无法被检测到，而且赛车系统会因重心抬高而稳定性变差。安装位置合适的一个标准是：在此位置的拍摄范围能满足控制的需要。
3.2.2前轮倾角调整
前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。前轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束等4 个项目决定，反映了转向轮、主销和前轴等三者在车架上的位置关系。
主销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正。角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱。
主销后倾是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。它使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复
第三章模型车机械设计说明
到原来的中间位置上。由此，主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。
前轮外倾角对汽车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。
3.2.3PCB板安装
电路板是这个系统的核心，如何正确的设计和安装是智能车取得良好成绩的关键。我们分别制作了电机驱动板和人机接口板，这样一来，电路板的性能比较稳定而且重量比较轻，保证了智能车能快速稳定的跑完全程。
同时，主控板与各个执行单元的接口也是应该考虑的因素，所以要尽可能照顾到相应模块的接口方向，使接插线的连接不出现交叉或缠绕的现象。
根据小车实际的运行过程可以看出，各执行部件与主板的接口都很恰当，接插线没有缠绕和交叉，该方案达到了良好的效果。
3.3 本章小结
本章对模型车车体的优化调整进行了介绍。根据汽车理论的基本知识，通过原理分析，对车体姿态参数进行了多方面的调整与优化，并取得了良好的效果。
第四章智能汽车控制系统硬件电路设计
本系统硬件电路的设计目标为：可靠、高效、简洁。可靠性是系统设计的第一要求，我们对电路设计的所有环节都进行了电磁兼容性设计，做好各部分的接地、屏蔽、滤波等工作，将高速数字电路与模拟电路分开，使本系统工作的可靠性达到了设计要求。高效是指本系统的性能要足够强劲。简洁是指在满足了可靠、高效的要求后，为了尽量减轻整车重量，降低车体重心位置，应使电路设计尽量简洁，尽量减少元器件使用数量，缩小电路板面积，使电路部分重量轻，易于安装。
4.1 硬件电路总体结构框图
图4.1硬件电路总体组成结构框图
第四章智能汽车控制系统硬件电路设计
硬件电路总体组成结构如图4.1所示。
整个智能车控制系统是由三部分组成的：S12为核心的最小系统板、主板、电机驱动电路板。
4.2 核心控制模块
单片机最小系统板使用MC9S12XS128单片机。该芯片采用5V供电，功能强大，总线频率高达40MHz。芯片含有丰富的片内设备，包括128K的Flash存储器，8K的RAM，8K的EEPROM，两路串行通信接口（SCI），一路串行外围接口（SPI），八路定时器通道，两个（80引脚为一个）八路可调转换精度的A/D口，八路PWM 输出，91（80引脚为59）个离散数字I/O口，一个MSCAN模块。该单片机适合于在汽车电子中的应用，成为很多车载电子设备的控制芯片。其功能模块如图4.2所示。
图4.2 MC9S12XS128单片机功能模块示意图
MC9S12XS128单片机有112引脚和80引脚两种型号，前者比后者多出8位AD口和其他的一些引脚资源。基于模块化设计的思想，这里专门设计了单片机子板，以便维护和更新。同时，参考数据手册，对单片机的外围电路进行了详细的设计，高质量的实现了去耦、旁路与隔离等作用，保证了其稳定性能。在对小车各个模块进行逐一分析后，确定了单片机的引脚分配。
引脚分配如表4.1：
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表4.1：最小系统引脚分配
4.3 电源模块
本系统全部硬件电路的电源由7.2V、2A/h的可充电镍镉电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压和电流容量不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。各模块供电如图4.3：
图4.3系统供电分析图
第四章智能汽车控制系统硬件电路设计
这里考虑到人机接口板所需电流为1A，而单片机等芯片要求电流不高，所以采用两块5V稳压芯片分别供电。由图可知，从电压上看，系统的供电电压分为+12V、+7.2V、+6V、+5V和+3.3V几个档。从功率上看，系统的电源又可以分为信号电源和功率电源两部分。功率电源为电机驱动模块和舵机供电，信号电源则为余下的部分供电。
4.3.1 5V电源
由上述分析，5V电源选取两种电源稳压芯片，一种要求纹波小，电流在1A 以下，工作稳定，给单片机等芯片供电；另一种要求电流在1A座右，输出电流纹波没有太高要求，专门为人机接口板的数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片供电。
由于整个系统中+5V电路功耗较小，为了降低电源纹波，我们首先使用串联型稳压电路，另外，后轮驱动电机工作时，电池电压压降较大，为提高系统工作稳定性，必须使用低压降电源稳压芯片。
为了提高电源的利用率，我们进一步选择DC/DC电源稳压电路。DC/DC是开关型稳压电路，它的优点是电路结构简单，对电源的高频干扰有较强的抑制作用、效率高，输入电压的范围宽，输出电压，电流的纹波值较小。
此外，本系统选用LM2940为人机接口板的数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片供电。LM2940也是常用的高性能线性稳压芯片之一，它的工作压差较小，只要输入电压达到6V以上就可以稳定输出5V电压，同时它的输出电流为1.5A，满足人机接口板的1A要求。连接如图4.4所示：
图4.4 LM2940电路原理图
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4.3.2 6V 电源
由舵机的技术规格可知，其工作电压为4-6V 。由于提高舵机的工作电压可以缩短舵机的反应时间，所以选择其工作电压的上限6V 来供电。与5V 电源苛刻的性能要求相比，6V 电源的性能指标要宽松一些，故其选型也比较容易，这里采用国家半导体公司的低压差线性稳压芯片LM1117-ADJ 来实现。
LM1117-ADJ 的输入电压最大可达20V ，工作温度范围为-65℃到150℃。本文选用的是贴片封装SOT-223，体积轻巧，使得布局更加灵活。LM1117-ADJ 的输出电流最大可达800mA ，此时其工作压差为1.2V ，基本可以满足要求。对LM1117-ADJ 可以使用一个外部可变电阻使其输出电压在1.25V 到13.8V 之间调整，然而舵机所需的电压值已经确定，加之电位器的封装尺寸较大，故这里用一个固定阻值电阻来代替电位器。查阅数据手册知输出电压计算公式如下：
2
1
(1)OUT REF R V V R =+
（4.1） 式中，REF V 为基准电压 1.25V ，2R 为变阻器的阻值。这里使1R =120Ω，
2R =470Ω，这样， 470
1.25(1)120
OUT
V =+
=6.15V 。电路连接如图4.5所示。
图4.5 LM1117-ADJ 电路连接图
4.3.3 3.3V 电源
系统中，无线通信模块和加速度传感器需要3.3V的供电。由于其电压值较低，故很容易满足而不必考虑电压被拉低的情况。这里采用同样来自于国家半导体公司的LM1117-3.3，电路如图4.6所示。
图4.6LM1117-3.3电路连接图
4.3.4 12V电源
CCD摄像头需要12V电压供电。34063是一种用于DC－DC电源变换的集成电路，应用比较广泛，并且廉价易购，输出电压范围从0-40V，所以采用MC34063A对摄像头进行供电，MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。
特点：
*能在3.0-40V的输入电压下工作
*短路电流限制
*低静态电流
*输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）
*输出电压可调
*工作振荡频率从100HZ到100KHZ
MC34063引脚图及原理框图如图4.7：
15
图4.7 MC34063引脚图及原理框图
MC34063体积小巧，便于集成，且输出电压值可以通过外接电阻方便调节，图4.8为其电路连接图。
图4.8 MC34063电路连接图
4.4 路径识别模块
4.4.1 摄像头工作原理
摄像头分黑白和彩色两种，根据赛道特点可知，为达到寻线目的，只需提取画面的灰度信息，而不必提取其色彩信息，所以本设计中采用的是黑白摄像头。摄像头主要由镜头、图像传感芯片和外围电路构成。图像传感芯片是其最
第15卷第4期2011年12月 扬州职业大学学报 Journal of Yangzhou Polytechnic College Vol．15No．4 Dec．2011智能车光电传感器和摄像头的选择 戚玉婕 （扬州职业大学，江苏扬州225009） 摘要：智能车设计综合了光学传感器、硬件电路和软件算法等多方面跨领域的知识技巧。本文针对黑白赛道智能车的赛道光学识别模块，系统地介绍了红外反射式光电传感器、激光传感器和可见光摄像头的实现原理及硬件电路；同时结合实际比较了其优缺点。 关键词：红外反射式传感器；激光传感器；摄像头；智能车设计 中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1008－3693（2011）04－0023－04 Choice of Photoelectric Sensor and Camera in Intelligent Car QI Yu-jie （Yangzhou Polytechnic College，Yangzhou225009，China） Abstract：Intelligent car designing is a modern and effective way in science and technology teaching．It in-tegrates some interdisciplinary skills，such as design and choice of optical sensor，hardware circuit and algo-rithm．In view of the benefit of designing the optical recognition module，the working mechanism and hardware design of several optical system，including infrared photoelectric sensor，laser sensor and camera are intro-duced in this article．Furthermore，combined with practical experience in teaching，pros and cons of the three alternative sensors are discussed to help teaching activities in intelligence car designing． Key words：infrared photoelectric sensor；laser sensor；camera；intelligent car designing 智能车也称无人车，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。1953年，世界上第一台无人驾驶牵引车诞生，这是一部采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导向车。如今，随着传感技术的不断进步，无人驾驶车发展也越来越快。智能车的光学传感器模块起到了至关重要的作为。光学传感器将获得的道路信息、测速传感器将现行车速信息传递至系统，系统对获得的图像和数据信息进行分析处理，经过特定的控制算法计算得出最佳速度和舵机转角，这是智能车系统的基本工作原理。 传感器是智能车的“眼睛”，必须能够真实、快速地反馈赛道信息。光电传感器和摄像头是两种工业应用最广泛的光学传感器。光电传感器包括红外传感器、激光传感器等，广泛应用于无人生产线，自动巡逻等领域；摄像头则广泛应用于汽车安全的智能技术中，如视觉增强系统、前照灯自动调整系统、转向监视系统等。本文结合我校开展智能车设计的经验，介绍了智能车设计中用到的光电传感器和摄像头，并比较两者的性能差别。 1光电传感器智能车道路识别系统设计 光电传感器（反射式）的光源有很多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管和激光二 收稿日期：2011－09－26 作者简介：戚玉婕（1985—），女，扬州职业大学电子工程系助教，硕士。
基于摄像头的自主循迹小车系统设计
摘要 “飞思卡尔杯”全国大学生智能汽车邀请赛属教育部主办的全国五大竞赛之一，其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。根据大赛的技术要求，设计制作了智能车控制系统。在整个智能车控制系统中，如何准确地识别道路及实时地对智能车的速度和方向进行控制是整个控制系统的关键。 本文首先对智能车的硬件进行设计，达到了低重心、大前瞻、高稳定性的目标。其次对系统的软件部分进行设计，利用动态阈值法分割处理采集到的图像，得到赛道信息，从而得到智能车的偏航角和偏航距离。综合偏航角和偏航距离两个控制量对舵机进行控制，实现了入弯走内道，S弯直线冲过的目标，大大提高了智能车的弯道运行速度。用光电编码盘检测智能车的运行速度，再根据赛道信息给定智能车的运行速度，运用增量式PID算法调节驱动电机转速，实现了电机的快速响应。 整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。经过大量测试，最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。 关键字：智能车；图像传感器；阈值分割；路径识别；
Abstract Freescale Cup National Undergraduate Smart Car Competition is sponsored by the National Ministry of Education, one of the five contests, their professional knowledge related to control, pattern recognition, sensor technology, automotive electronics, electrical, computer, machinery and many other disciplines. According to the technical requirements of the contest, we design the intelligent vehicle control system. In the entire control system of the smart car, how to accurately identify the road and real-time control the speed and direction of the Smart Car is the key to the whole control system. This paper first introduces the hardware of the smart car, to achieve a low center of gravity, forward-looking, and high-stability target. The second part of the system is software design, the use of dynamic threshold segmentation algorithm to process images, get track information, yaw and the yaw angle. The steering gear is controlled by the yaw and the yaw angle, when through the turn, the smart car goes inside the road, and when through S bend, the smart car crossed as a goal line, greatly improving speed of the smart car. From the detection with encoder disk we get the speed of the smart car, and then from the track information, we set the expected speed of the smart car, the use of incremental PID algorithm for adjusting drive motor speed to achieve the rapid response to the motor. The entire system is involved in mechanical models of structural adjustment, the sensor circuit design and signal processing, control algorithms and strategies for optimizing many aspects, such as. After extensive testing, and ultimately determine the structure of the system and various control parameters. Keywords：smart car; image sensor; threshold segmentation; road identification
2016
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第十一届竞赛规则导读 参加过往届比赛的队员可以通过下面内容了解第十一届规则主要变化。如果第一次参加比赛，则建议对于本文进行全文阅读。 相对于前几届比赛规则，本届的规则主要变化包括有以下内容： 1.本届比赛新增了比赛组别，详细请参见正文中的图1和第四章的“比赛任务” 中的描述； 2.第十届电磁双车组对应今年的A1组：双车追逐组。其它组别与新组别的对应 关系请参见图2； 3.为了提高车模出界判罚的客观性，规则提出了两种方法：路肩法和感应铁丝 法，详细请见赛道边界判定”； 4.改变了原有的光电计时系统，所有赛题组均采用磁感应方法计时，详细请参 见“计时裁判系统”； 5.取消了第十届的发车灯塔控制的方式； 6.赛道元素进行了简化，详细请参见“赛道元素”； 7.赛道材质仍然为PVC耐磨塑胶地板，但赛题组A2不再需要赛道。 8.对于车模所使用的飞思卡尔公司MCU的种类、数量不再限制。 9.比赛时，每支参赛队伍的赛前准备时间仍然为20分钟，没有现场修车环节。
一、前言 智能车竞赛是从2006开始，由教育部高等教育司委托高等学校自动化类教学指导委员会举办的旨在加强学生实践、创新能力和培养团队精神的一项创意性科技竞赛。至今已经成功举办了十届。在继承和总结前十届比赛实践的基础上，竞赛组委会努力拓展新的竞赛内涵，设计新的竞赛内容，创造新的比赛模式，使得围绕该比赛所产生的竞赛生态环境得到进一步的发展。 为了实现竞赛的“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”的指导思想，竞赛内容设置需要能够面向大学本科阶段的学生和教学内容，同时又能够兼顾当今时代科技发展的新趋势。 第十一届比赛的题目在沿用原来根据车模识别赛道传感器种类进行划分的基础类组别之上，同时增加了以竞赛内容进行划分的提高类组别，并按照“分赛区普及，全国总决赛提高”的方式，将其中一个类别拓展出创意类组别。第十一届比赛的题目各组别分别如下： ●基础类包括B1光电组、B2摄像头组、B3电磁直立组、B4电轨组； ●提高类包括A1双车追逐组、A2信标越野组； ●创意类包括I1 电轨节能组。 图 1 不同组别，不同挑战度 每个组别在选用的车模、赛道识别方法、完成任务等方面存在差别，对于参赛选手不同学科知识和能力要求也不同，制作的挑战度也有较大的区别。相比较而言，
每年都会有很多新人怀着满腔热情来做智能车，但其中的很多人很快就被耗光了热情和耐心而放弃。很多新人都不知道如何入手，总有些有劲无处使的感觉，觉得自己什么都不会，却又不知道该干什么。新人中存在的主要问题我总结了以下几点： l缺乏自信，有畏难情绪 作为新人，一切都是新的。没有设计过电路，没有接触过单片机，几乎什么都不会。有些新人听了两次课，看了两篇技术报告，就发现无数不懂不会的东西，于是热情在消退，信心在减弱。这些都是放弃的前兆。殊不知，高手都是从新人过来的，没有谁天生什么都会做。一件事件，如果还没开始做，就自己否定自己，认为自己做不到，那么肯定是做不到的。 l习惯了被动接收知识，丧失了主动学习的能力。 现在的学生大多从小习惯了被灌输知识，只学老师教的，只学老师考的。殊不知一旦走向社会，将不再有老师来教，不再有应付不完的考试。做智能车和传统的教学不同，学生将从被动学习的地位转变为主动学习。就算有指导老师，有指导的学长，但也都处于被动地位，往往都不会主动来教。有的学生一开始就没有转变思想，还希望就像实验课一样，老师安排好步骤1，2，3……，然后自己按照老师安排好的步骤按部就班的完成。这样的学生，往往都丧失了提出问题和分析问题的能力，只是一个应付考试的机器。要知道，解决问题的第一步是提出问题，如果总等着别人来教，那么问题永远会挡在你面前。 l缺乏团队精神和合作意识 智能车比赛是以团队的形式参赛，只依靠个人能力单兵作战就能取得好成绩的是很少很少的。当今社会，任何人的成功都离不开身后的团队的支撑。智能车是一个很复杂的系统，电路、机械、传感器、单片机、底层驱动、控制算法……。如果所有的任务都是一个人去完成，固然锻炼了自己，但想做的很好却很不现实。很多新人，来到实验室，来到一个陌生的环境和团队，连向学长请教，和同学交流的勇气都没有，又如何融入团队呢。除了要主动融入团队，还要培养自己的团队意识。团队精神往往表现为一种责任感，如果团队遇到问题，每个人都只顾自己，出了错误，不想着解决问题，而是互相推诿埋怨。这样的团队，肯定是无法取得好成绩的。 l缺乏耐心和细心的精神 其实把一件事做好很简单，细心加上耐心。不细心就想不到，没有耐心，即使想到了也做不到。做事怕麻烦，将就，说白了就是惰性在作祟。明明可以把支架做的更轻更漂亮，明明可以把程序写的更简洁，明明可以把电路设计得更完善……。其实，每个人都有很大潜力，如果不逼自己一次，你永远不知道自己的潜力有多
1.1. 系统分析 智能车竞赛要求设计一辆以组委会提供车模为主体的可以自主寻线的模型车，最后成绩取决于单圈最快时间。因此智能车主要由三大系统组成：检测系统，控制系统，执行系统。其中检测系统用于检测道路信息及小车的运行状况。控制系统采用大赛组委会提供的16位单片机MC9S12XS128作为主控芯片，根据检测系统反馈的信息新局决定各控制量——速度与转角,执行系统根据单片机的命令控制舵机的转角和直流电机的转速。整体的流程如图1.1，检测系统采集路径信息，经过控制决策系统分析和判断，由执行系统控制直流电机给出合适的转速，同时控制舵机给出合适的转角，从而控制智能车稳定、快速地行驶。 图2.1 1.2. 系统设计 参赛小车将电感采集到的电压信号,经滤波,整流后输入到XS128单片机，用光电编码器获得实时车速，反馈到单片机，实现完全闭环控制。速度电机采用模糊控制，舵机采用PD控制，具体的参数由多次调试中获得。考滤到小车设计的综合性很强，涵盖了控制、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科领域，因此我们采用了模块化设计方法，小车的系统框图如图2.2。
第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 图2.2 1.3. 整车外观 图2.3
1.4. 赛车的基本参数 智能车竞赛所使用的车模是东莞市博思公司生产的G768型车模，由大赛组委会统一提供，是一款带有摩擦式差速器后轮驱动的电动模型车。车模外观如图3.1。车模基本参数如表3.1。 图3.1 表3.1车模基本参数 1.5. 赛车前轮定位参数的选定
第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 现代汽车在正常行驶过程中，为了使汽车直线行驶稳定，转向轻便，转向后能自动回正，减少轮胎和转向系零件的磨损等，在转向轮、转向节和前轴之间须形成一定的相对安装位置，叫车轮定位，其主要的参数有：主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。模型车的前轮定位参数都允许作适当调整，故此我们将自身专业课所学的理论知识与实际调车中的赛车状况相结合，最终得出赛车匹配后的前轮参数[6]。 1.5.1. 主销后倾角 主销后倾角是指在纵向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角γ，如图3-2。模型车的主销后倾角可以设置为0、 2°?3°、 4°?6°，可以通过改变上横臂轴上的黄色垫片来调整，一共有四个垫片，前二后二时为0°，前一后三为2°?3°，四个全装后面时为4°?6°。 由于主销后倾角过大时会引起转向沉重，又因为比赛所用舵机特性偏软，所以不宜采用大的主销后倾角，以接近0°为好，即垫片宜安装采用前二后二的方式，以便增加其转向的灵活性。如图3.3。 图3.2 图3.3 1.5. 2. 主销内倾角 主销内倾角是指在横向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角β，如图3.4,它的作用也是使前轮自动回正。对于模型车，通过调整前桥的螺杆的长度可以改变主销内倾角的大小，由于前轴与主销近似垂直的关系，故主销内倾角
分类号编号 烟台大学 毕业论文（设计） 基于STM32的智能小车 摄像头循迹系统 Intelligent Car Tracking System Based on STM 32 Camera 申请学位：工学学士 院系：光电信息科学技术学院 专业：电子信息工程 姓名：王坤 学号： 200813503229 指导老师：杨尚明（教授） 2012年5 月21 日 烟台大学EDA实验室
基于STM32的智能小车摄像头循迹系统 姓名：王坤 导师：杨尚明（教授） 2012年5 月21 日 烟台大学EDA实验室
烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：光电信息科学技术学院 姓名王坤学号200813503229 毕业届别2012 专业电子信息工程 毕业论文（设计） 基于STM32的智能小车摄像头循迹系统题目 指导教师杨尚明学历本科职称教授所学专业无线电技术 具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等)： 主要内容：设计一个抗干扰能力强的智能小车循迹系统。 基本要求：通过对本课程的设计，能够利用OV7670实现黑白线信息采集；并且能够达到一定的抗干扰效果；能够实现实时采集外界环境信息的效果。 主要参考资料： [1]陈启军.嵌入式系统及其应用:基于Cortex-M3内核和STM32F103系列微控制器的系统设计与开发. [M].北京: 同济大学出版社,2008. [2]谭浩强. C语言程序设计. [M].北京: 清华大学出版社,2010. [3]曾星星. 基于摄像头的路径识别智能车控制系统设计[J].湖北汽车工业学院学报, 2008(6): P76-80. 进度安排： 第一阶段：1～4周通过资料、网络、导师了解本设计所需要的知识、资料、相关软件及设计思路方案； 第二阶段：5～8周请教老师查阅资料按要求并由实际情况逐渐得出设计方案及方法；第三阶段：9～11周根据方案在老师的指导下完成相关的软硬件设计； 第四阶段：12～13周撰写论文（分初稿、定稿、审合、打印论文）； 第五阶段：14周进行优化调试达到目标并进行论文答辩。 指导教师（签字）： 年月日 院（系）意见： 教学院长（主任）（签字）： 年月日 备注：
智能车的制作中,看经验来说,舵机的控制是个关键.相比驱动电机的调速,舵机的控制对于智能车的整体速度来说要重要的多. PID算法是个经典的算法,一定要将舵机的PID调好,这样来说即使不进行驱动电机的调速(匀速),也能跑出一个很好的成绩. 机械方面: 从我们的测试上来看,舵机的力矩比较大,完全足以驱动前轮的转向.因此舵机的相应速度就成了关键.怎么增加舵机的响应速度呢?更改舵机的电路?不行,组委会不允许.一个非常有效的办法是更改舵机连接件的长度.我们来看看示意图: 从上图我们能看到,当舵机转动时,左右轮子就发生偏转.很明显,连接件长度增加,就会使舵机转动更小的转角而达到同样的效果.舵机的特点是转动一定的角度需要一定的时间.不如说(只是比喻,没有数据),舵机转动10度需要2ms,那么要使轮子转动同样的角度,增长连接件后就只需要转动5度,那么时间是1ms,就能反应更快了.据经验,这个舵机的连接件还有必要修改.大约增长0.5倍~2倍. 在今年中,有人使用了两个舵机分别控制两个轮子.想法很好.但今年不允许使用了.
接下来就是软件上面的问题了. 这里的软件问题不单单是软件上的问题,因为我们要牵涉到传感器的布局问题.其实,没有人说自己的传感器布局是最好的,但是肯定有最适合你的算法的.比如说,常规的传感器布局是如下图: 这里好像说到了传感器,我们只是略微的一提.上图只是个示意图,意思就是在中心的地方传感器比较的密集,在两边的地方传感器比较的稀疏.这样做是有好处的,大家看车辆在行驶到转弯处的情况: 相信看到这里，大家应该是一目了然了，在转弯的时候，车是偏离跑道的，所以两边比较稀疏还是比较科学的，关于这个，我们将在传感器中在仔细讨论。 在说到接下来的舵机的控制问题，方法比较的多，有人是根据传感器的状态,运用查表法差出舵机应该的转角,这个做法简单,而且具有较好的滤波"效果",能够将错误的传感器状态滤掉;还有人根据计算出来的传感器的中心点(比
3.1.6驱动电机介绍 驱动电机采用直流伺服电机，我们在此选用的是RS-380SH型号的伺服电机，这是因为直流伺服电机具有优良的速度控制性能，它输出较大的转矩，直接拖动负载运行，同时它又受控制信号的直接控制进行转速调节。在很多方面有优越性，具体来说，它具有以下优点: (1)具有较大的转矩，以克服传动装置的摩擦转矩和负载转矩。 (2)调速范围宽，高精度，机械特性及调节特性线性好，且运行速度平稳。 (3)具有快速响应能力，可以适应复杂的速度变化。 (4)电机的负载特性硬，有较大的过载能力，确保运行速度不受负载冲击的 影响。 (5)可以长时间地处于停转状态而不会烧毁电机，一般电机不能长时间运行于 停转状态，电机长时间停转时，稳定温升不超过允许值时输出的最大堵转转矩称为连续堵转转矩，相应的电枢电流为连续堵转电流。 图3.1为该伺服电机的结构图。图3.2是此伺服电机的性能曲线。 图3.1 伺服电机的结构图
图3.2 伺服电机的性能曲线 3.1.7 舵机介绍 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图3.3所示。图3.4为舵机的控制线。
第六届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛 比赛规则与赛场纪律 参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国决赛区的场地比赛。参赛队伍的名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比赛时间为主，技术报告、制作工程质量评分为辅来决定。大赛根据车模检测路径方案不同分为电磁、光电与摄像头三个赛题组。车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路经检测的属于电磁组；车模通过采集赛道图像（一维、二维）进行进行路经检测的属于摄像头组；车模通过采集赛道上少数孤立点反射亮度进行路经检测的属于光电组。 竞赛秘书处制定如下比赛规则适用于各分赛区预赛以及全国总决赛，在实际可操作性基础上力求公正与公平。 一、器材限制规定 1. 须采用统一指定的车模。本届比赛指定采用三种车模，分别用于三个 赛题组： 编 号车模外观和规格 赛 题 组 供 应 厂 商 A 型车模 光 电 组 东 莞 市 博 思 电 子 数 码 科 技 有 限 公 司
车模：G768 电机：RS380-ST/3545， 舵机：FUTABA3010 B 型 车 模 车模型号 电机：540，伺服器：S-A6 电 磁 组 北 京 科 宇 通 博 科 技 有 限 公 司 C 型 车 模 车模型号：N286 电机：RN260-CN 38-18130 伺服器：FUTABA3010 摄 像 头 组 东 莞 市 博 思 电 子 数 码 科 技 有 限 公 司 细节及改动限制见附件一。
飞思卡尔智能车比赛项目 参赛时间：2011.7.16 — 2011.7.20 赛前准备时间：2010.7 ---2011.7 飞思卡尔智能车比赛简介： 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。该竞赛是以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。 该竞赛由竞赛秘书处设计、规范标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程。该竞赛融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，力求向健康、普及、持续的方向发展。 该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，得到了教育部相关领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区近300所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年起被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文）。 全国大学生智能汽车竞赛原则上由全国有自动化专业的高等学校（包括港、澳地区的高校）参赛。竞赛首先在各个分赛区进行报名、预赛，各分赛区的优胜队将参加全国总决赛。每届比赛根据参赛队伍和队员情况，分别设立光电组、摄像头组、电磁组、创意组等多个赛题组别。每个学校可以根据竞赛规则选报不同组别的参赛队伍。全国大学生智能汽车竞赛组织运行模式贯彻“政府倡导、专家主办、学生主体、社会参与”的16字方针，充分调动各方面参与的积极性。 全国大学生智能汽车竞赛一般在每年的10月份公布次年竞赛的题目和组织方式，并开始接受报名，次年的3月份进行相关技术培训，7月份进行分赛区竞赛，8月份进行全国总决赛。 飞思卡尔智能车比赛技术要求：
飞思卡尔智能车设计报告
目录 1.摘要 (3) 2.关键字 (3) 3.系统整体功能模块 (3) 4.电源模块设计 (4) 5.驱动电路设计 (4) 6.干簧管设计 (5) 7.传感器模块设计 (6) 8.传感器布局 (6) 9.软件设计 (7) 9.1控制算法 (7) 9.2软件系统实现（流程图） (10) 10.总结 (11) 11.参考文献 (12)
1.摘要 “飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的一项以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。该竞赛以汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛。 本文介绍了飞思卡尔电磁组智能车系统。本智能车系统是以飞思卡尔32 位单片机K60为核心，用电感检测赛道导线激发的电磁信号， AD 采样获得当前传感器在赛道上的位置信息，通过控制舵机来改变车的转向，用增量式PID进行电机控制，用编码器来检测小车的速度，共同完成智能车的控制。 2.关键字 电磁、k60、AD、PID、电机、舵机 3.系统整体功能模块 系统整体功能结构图
4.电源模块设计 电源是一个系统正常工作的基础，电源模块为系统其他各个模块提供所需要的能源保证，因此电源模块的设计至关重要。模型车系统中接受供电的部分包括：传感器模块、单片机模块、电机驱动模块、伺服电机模块等。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数外，还要在电源转换效率、噪声、干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。 全部硬件电路的电源由7.2V，2A/h的可充电镍镉电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电流容量各不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。 电源模块由若干相互独立的稳压电源电路组成。在本系统中，除了电机驱动模块的电源是直接取自电池外，其余各模块的工作电压都需要经电源管理芯片来实现。 由于智能车使用7.2V镍镉电池供电，在小车行进过程中电池电压会有所下降，故使用低压差电源管理芯片LM2940。LM2940是一款低压稳压芯片，能提供5V的固定电压输出。LM2940低压差稳压芯片克服了早期稳压芯片的缺点。与其它的稳压芯片一样，LM2940需要外接一个输出电容来保持输出的稳定性。出于稳定性考虑，需要在稳压输出端和地之间接一个47uF低等效电阻的电容器。 舵机的工作电压是6伏，采用的是LM7806。 K60单片机和5110液晶显示器需要3.3伏供电，采用的是LM1117。 5.驱动电路设计 驱动电路采用英飞凌的BTS7960，通态电阻只有16mΩ，驱动电流可达43A，具有过压、过流、过温保护功能，输入PWM频率可达到25KHz，电源电压5.5V--27.5V。BTS7960是半桥驱动，实际使用中要求电机可以正反转，故使用两片接成全桥驱动。如图下图所示。
飞思卡尔智能车竞赛策略和比赛方案综述 一、竞赛简介 起源： “飞思卡尔杯”智能车大赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCSl2单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高，谁就是获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。 全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。因而该竞赛是涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的比赛。 该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，自2006年首届举办以来，成功举办了五届，得到了教育部吴启迪副部长、张尧学司长及理工处领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区200余所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年第三届被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中9个科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文，附件2），2009年第四届被邀申请列入国家教学质量与教学改革工程资助项目。 分赛区、决赛区比赛规则 在分赛区、决赛区进行现场比赛规则相同，都分为初赛与决赛两个阶段。在计算比赛成绩时，分赛区只是通过比赛单圈最短时间进行评比。决赛区比赛时，还需结合技术报告分数综合评定。 1．初赛与决赛规则 1）初赛规则 比赛场中有两个相同的赛道。 参赛队通过抽签平均分为两组，并以抽签形式决定组内比赛次序。比赛分为两轮，两组同时在两个赛道上进行比赛，一轮比赛完毕后，两组交换场地，再进行第二轮比赛。在每轮比赛中，每辆赛车在赛道上连续跑两圈，以计时起始线为计时点，以用时短的一圈计单轮成绩；每辆赛车以在两个单轮成绩中的较好成绩为赛车成绩；计时由电子计时器完成并实时在屏幕显示。 从两组比赛队中，选取成绩最好的25支队晋级决赛。技术评判组将对全部晋级的赛车进行现场技术检查，如有违反器材限制规定的（指本规则之第一条）当时取消决赛资格，由后备首名晋级代替；由裁判组申报组委会执委会批准公布决赛名单。 初赛结束后，车模放置在规定区域，由组委会暂时保管。
第七届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛 竞速比赛规则与赛场纪律 参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分（省）赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国决赛区的场地比赛。参赛队伍的名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比赛时间来决定，参加全国总决赛的队伍同时必须提交车膜技术报告。大赛根据车模检测路径方案不同分为电磁、光电与摄像头三个赛题组。车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路经检测的属于电磁组；车模通过采集赛道图像（一维、二维）或者连续扫描赛道反射点的方式进行进行路经检测的属于摄像头组；车模通过采集赛道上少数孤立点反射亮度进行路经检测的属于光电组。 竞赛秘书处制定如下比赛规则适用于各分（省）赛区预赛以及全国总决赛，在实际可操作性基础上力求公正与公平。 一、器材限制规定 编 号 车模外观和规格赛题组供应厂商A 型 车 模 车模：G768 电机：RS380-ST/3545，摄像头 组 东莞市博 思电子数 码科技有 限公司
舵机：FUTABA3010 B 型 车 模 车模型号 电机：540，伺服器：S-D6光电组 北京科宇 通博科技 有限公司 C 型 车 模 车模型号：N286 电机：RN260-CN 38-18130 伺服器：FUTABA3010电磁组 东莞市博 思电子数 码科技有 限公司 各赛题组车模运行规则： a)光电组，摄像头组：车模正常运行。 车模使用A型车模（摄像头组）、B型车模（光电组）。车模运行方向为，转向轮在前，动力轮在后。如图1所示：
第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛光电组技术报告 学校：中北大学 伍名称：ARES 赛队员：贺彦兴 王志强 雷鸿 队教师：闫晓燕甄国涌
关于技术报告和研究论文使用授权的说明书本人完全了解第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、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： 带队教师签名： 日期：2014-09-15日
摘要 本文介绍了第九届“飞思卡尔杯全国大学生智能车大赛光电组中北大学参赛队伍整个系统核心采用飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAA ，利用TSL1401线性CCD 对赛道的行扫描采集信息来引导智能小车的前进方向。机械系统设计包括前轮定位、方向转角调整，重心设计器件布局设计等。硬件系统设计包括线性CCD传感器安装调整，电机驱动电路，电源管理等模块的设计。软件上以经典的PID算法为主，辅以小规Bang-Bang 算法来控制智能车的转向和速度。在智能车系统设计开发过程中使用Altium Designer设计制作pcb电路板，CodeWarriorIDE作为软件开发平台，Nokia5110屏用来显示各实时参数信息并利用蓝牙通信模块和串口模块辅 助调试。关键字：智能车摄像头控制器算法。
目录 1绪论 (1) 1.1 竞赛背景 (1) 1.2国内外智能车辆发展状况 (1) 1.3 智能车大赛简介 (2) 1.4 第九届比赛规则简介 (2) 2智能车系统设计总述 (2) 2.1机械系统概述 (3) 2.2硬件系统概述 (5) 2.3软件系统概述 (6) 3智能车机械系统设计 (7) 3.1智能车的整体结构 (7) 3.2前轮定位 (7) 3.3智能车后轮减速齿轮机构调整 (8) 3.4传感器的安装 (8) 4智能车硬件系统设计 (8) 4.1XS128芯片介绍 (8) 4.2传感器板设计 (8) 4.2.1电磁传感器方案选择 (8) 4.2.2电源管理模 (9) 4.2.3电机驱动模块 (10) 4.2.4编码器 (11) 5智能车软件系统设 (11) 5.1程序概述 (11) 5.2采集传感器信息及处理 (11) 5.3计算赛道信息 (13) 5.4转向控制策略 (17) 5.5速度控制策略 (19) 6总结 (19)
"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛 技术报告
关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第八届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、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：孟泽民 章志诚 徐晋鸿 带队教师签名：陈朋 朱威 日期：2013.8.15
摘要 本文设计的智能车系统以MK60N512ZVLQ10微控制器为核心控制单元，通过Ov7620数字摄像头检测赛道信息，使用K60的DMA模块采集图像，采用动态阈值算法对图像进行二值化，提取黑色引导线，用于赛道识别；通过编码器检测模型车的实时速度，使用PID 控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度，实现了对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。为了提高模型车的速度并让其更稳定，我们使用自主编写的Labview上位机、SD卡模块、无线模块等调试工具，进行了大量硬件与软件测试。实验结果表明，该系统设计方案可行。 关键词：MK60N512VMD100，Ov7620，DMA，PID，Labview，SD卡
Abstract In this paper we will design a smart car system based on MK60N512ZVLQ10 as the micro-controller unit. We use a Ov7620 digital image camera to obtain lane image information. The MCU gets the image by its DMA module. Then convert the original image into the binary image by using dynamic threshold algorithm in order to extract black guide line for track identification. An inferred sensor is used to measure the car`s moving speed. We use PID control method to adjust the rotate speed of driving electromotor and direction of steering electromotor，to achieve the closed-loop control for the speed and direction. To increase the speed of the car and make it more reliable，a great number of the hardware and software tests are carried on and the advantages and disadvantages of the different schemes are compared by using the Labview simulation platform designed by ourselves，the SD card module and the wireless module. The results indicate that our design scheme of the smart car system is feasible. Keywords: MK60N512VMD100，DMA，Ov7620，PID，Labview，SD card
光电组预赛排名 序号学校名称队伍名称比赛成绩名次 1 北京科技大学北京科技大学光电一队13.011 1 2 北京工业大学G-Tank 13.156 2 3 山东大学光电一队13.271 3 4 中南大学比亚迪双鱼座2012 13.6 5 4 5 华南理工大学木棉一队13.712 5 6 国防科技大学光电铁军一师13.803 6 7 华中科技大学华中科技大学一队13.838 7 8 乐山师范学院乐师5队13.889 8 9 武汉大学有时想起14.692 9 10 华南农业大学珠江学院野狼战队14.805 10 11 湖北汽车工业学院光电二队14.883 11 12 东北大学秦皇岛分校东秦3队14.958 12 13 中国地质大学（武汉）地大御风队14.992 13 14 合肥工业大学工大光电二队14.993 14 15 成都学院成大二队15.015 15 16 南京师范大学ALPS 15.125 16 17 北京理工大学北京理工大学光电一队15.252 17 18 杭州电子科技大学杭电光电一队15.262 18 19 山东工商学院迅雷1队15.33 19 20 皖西学院电协飞车15.349 20 21 天津大学天津大学光电一队16.086 21 22 广州大学华软软件学院华软电子一队16.203 22 23 兰州交通大学CRH2 16.231 23 24 四川师范大学成都学院川成一队16.274 24 25 浙江大学浙江大学华硕二队16.313 25 26 安徽大学追风队16.351 26 27 哈尔滨工程大学极品飞车2号16.468 27 28 哈尔滨工业大学航天福道光电之星1队16.53 28 29 浙江工业大学之江学院T-Force 16.721 29 30 河北联合大学轻工学院光电1队16.821 30 31 成都信息工程学院极速闪电16.995 31 32 辽宁工业大学疾速飞鹰17.211 32 33 东华大学东华光电飞龙2 17.225 33 34 河南工业大学奋进队17.234 34 35 南昌航空大学零速队17.299 35 36 河北大学工商学院灵锐一队17.836 36 37 安徽工程大学光影蓝宙17.993 37 38 哈尔滨华德学院华德蹑影驭风队18.024 38 39 山东轻工业学院Atomhachiko 18.356 39