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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)6.1效果 (20)6.2遇到的问题以及解决办法 (20)6.3队员之间的合作很重要 (21)附录 (22)源程序 (23)1绪论1.1 竞赛背景随着经济发展，道路交通面临新的问题和新的挑战。
第八届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛技 术 报 告学 校： 山东大学(威海)队伍名称： 飓风小车参赛队员： 单荣杨李季蒙廖航带队教师：郑亚民王小利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：带队教师签名：日期：目录前言 (04)第一章智能车机械系统设计方案1．1 车模整体结构 (06)1．2 转向舵机的安装 (06)1．3 车轮及底盘的调整 (07)1．3．1 主销后倾角 (07)1．3．2 主销内倾角 (07)1．3．3 前轮前束 (08)1．3．4 底盘调整 (09)1．4 测速模块的安装 (09)第二章硬件系统设计与实现2.1 Kinetis K60最小系统 (10)2.2电源部分 (10)2.3摄像头分频与硬件二值化电路 (11)2.4电机驱动部分 (13)2.5测速部分 (14)2.6所用的主要器件 (15)第三章 软件系统设计与实现3.1摄像头图像采集 (16)3.2图像处理部分 (16)3.3光电编码器测速部分 (17)3.4舵机控制部分 (17)3.5 控制方案：增量式PID控制电机驱动 (17)3.6 起跑线识别部分 (17)第四章系统调试4.1 IAR v6.30开发环境介绍 (18)4.2 基于MFC的上位机图形分析软件PID控制 (19)第五章 PID控制5.1 PID控制原理 (21)5.2 PID参数的整定 (23)5.3 PID算法的数字化实 (24)第六章模型车的主要技术参数 (27)第七章结论 (28)第八章参考文献 (29)附录A 比赛源程序 (30)附录B 电路原理图 (54)前言本文设计的智能车系统以飞思卡尔半导体公司的 32 位单片机Kinetis K60微控制器为核心控制单元，在IAR v6.30开发环境中进行软件开发，采用摄像头组指定的B 型车模，使智能车在跑道上沿着两边黑线以最快的速度行驶。
K60模块分配K60的简介，我们本次使用了以下模块。
1. FTM模块：K60中集成3个FTM模块，而今年我们选用两个B车进行追踪循迹。
B车模使用单电机、单舵机，另外需要一个编码器。
所以对3个FTM模块进行如下配置：FTM0用以产生300Hz PWM信号控制舵机，FMT1用以产生18.5KHz PWM信号控制电机，FTM2用以采集编码器数据。
2. 定时器模块：K60中有多个定时器模块，我们使用了其中2个。
其一用以产生5ms 中断，处理相关控制程序。
另一个用以超声波模块的计时。
3. SPI模块：我们使用了K60的一个SPI模块，用以和无线射频模块NRF24L01P通信。
4.外部中断：我们使用了三个外部中断。
第一个是PORTA的下降沿中断，用以响应干簧管检测到磁铁。
第二个是PORTD的跳变沿中断，用以响应超声波模块的输出信号。
最后一个是PORTE的下降沿中断，用以响应NRF24L01P模块的相关操作。
数据采集算法传感器是智能车的眼睛，它们给智能车循迹和追踪提供了必不可少的信息。
因此，在智能车软件设计中必须保证数据采集算法的稳定性，同时兼顾其快速性。
本车比赛，我们的智能车主要采集以下传感器的数据：电感传感器电路板、编码器、超声波、干簧管。
下面主要详述超声波模块、电感传感器电路板的数据采集。
1 .超声波模块数据采集我们使用的超声波模块的DO引脚输出50Hz的矩形波信号，通过高电平的时间向单片机传递数据。
本超声波传感器的高电平时间为声波单程传输的时间，通过这个时间可计算出两车之间的距离。
我们使用外部中断和计时器结合的方式测量高电平时间。
首先配置PORTD11为跳变沿中断。
中断被触发时，如果PORTD11为高电平则开始计时，如果PORTD11为低电平则停止计时并记录时间间隔。
2. 电感传感器电路板的数据采集电感传感器电路板通过输出电压的大小反应响应位置和方向的磁场强度。
本次比赛中，我们使用了10个电感分布在6个不同位置，因此每个周期都要采集10路ADC数据，每路ADC数据采集32次进行平均滤波。
参加比赛的智能车最终采用视觉CCD摄像头用于采集赛道黑线信息，识别黑线位置；以脉宽调制（PWM）方式控制舵机转角；采用砰-砰控制对驱动电机进行闭环速度控制。
在具体的试验赛道中进行调试，取得了较好的效果。
第一章引言1.1 开发背景介绍本课题来源于“飞思卡尔”杯第二届全国大学生智能车竞赛，采用飞思卡尔16 位微控制器MC9S12DG128B作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，完成智能车的工程制作及调试。
最终完成后的智能车能够自主识别黑色导引线，巡线高速平稳行驶。
参加比赛的智能车最终采用视觉CCD摄像头用于采集赛道黑线信息，识别黑线位置；以脉宽调制（PWM）方式控制舵机转角；采用砰-砰控制对驱动电机进行闭环速度控制。
在具体的试验赛道中进行调试，取得了较好的效果。
1.2 章节安排论文章节安排如下：第一章引言，主要介绍本论文的选题背景与意义。
第二章智能车总体设计方案，介绍智能车系统的总体构架和主要部件，并且在多种方案中进行比较，最终选择了合适的方案。
第三章机械结构分析与设计，对智能车的重心分布以及四轮参数调整等问题做了分析。
第四章智能车硬件电路设计，给出了智能车的硬件电路。
第五章控制策略与软件实现，在多种控制方案中进行比较，最终确定合适的转向舵机和驱动电机的控制方案。
第六章测试与实验数据分析，结合实际测试结果，对得到的数据进行分析，进一步改进算法及相关参数。
第七章结论，对本论文的主要工作进行总结，提出智能车系统的不足之处与改进方案。
第二章智能车总体设计方案2.1 智能巡线车方案比较2.1.1 黑线识别方案在黑线识别方面，通常采用的传感方案有两种：红外传感器方案、视觉CCD传感方案。
两种方案各有优缺点：红外光电管方案的优点是：对单片机资源消耗少；响应速度快，但是明显的缺点是：受制于传感器的数量，赛道空间分辨率低；对于智能车前方路面不能预判，前瞻性差。
第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告摘要本文设计的智能车系统以K60微控制器为核心控制单元，基于CCD摄像头的图像采样获取赛道图像信息，提取赛道中心线，计算出小车与黑线间的位置偏差，采用PD方式对舵机转向进行反馈控制。
使用PID控制算法调节驱动电机的转速，结合特定算法分析出前方赛道信息实现对模型车运动速度的闭环控制。
为了提高模型车的速度和稳定性，我们用C++开发了仿真平台、蓝牙串口模块、SD卡模块、键盘液晶模块等调试工具，通过一系列的调试，证明该系统设计方案是确实可行的。
关键词：K60，CCD摄像头，二值化，PID控制，C++仿真，SD卡AbstractIn this paper, we will design a intelligent vehicle system based on MC56F8366 as the micro-controller unit. using the CCD image sensor sampling to the track image information to extract the track line center, to calculate the positional deviation between the car with the black line, the use of PD on the rudder. The machine turned to the feedback control. We use PID control algorithm to adjust the speed of the drive motor, combined with specific algorithms to achieve closed-loop control of the movement speed of the model car in front of the track. In order to improve the speed and stability of the model car, we use the C++ to develop a simulation platform, Bluetooth serial module, SD card module, keyboard, LCD modules, debugging tools. Through a series of debugging, the system design is feasible.Key words: K60，CCD_camera, binaryzation, PID control, C++ simulation, SD card目录第1章引言................................................................................... - 1 - 第2章系统总体设计................................................................ - 2 - 2.1 系统分析..................................................................................... - 2 - 2.2 车模整体布局............................................................................. - 3 - 2.3 本章小结....................................................................................... - 4 - 第3章系统机械设计及实现................................................... - 5 - 3.1 前轮定位的调整......................................................................... - 5 -3.1.1主销内倾..............................................................................- 6 -3.1.2 后倾角.................................................................................- 6 -3.1.3 内倾角.................................................................................- 7 - 3.2 舵机安装....................................................................................... - 8 -3.2.1 左右不对称问题的发现与解决........................................- 10 - 3.3 编码器的安装............................................................................ - 10 - 3.4 摄像头安装.................................................................................- 11 -3.4.1 偏振镜的使用......................................................................- 12 -3.4.2 摄像头的标定......................................................................- 12 - 3.5 摄像头的选用.............................................................................- 13 - 3.6 红外接收装置.............................................................................- 14 -3.7 防止静电复位.............................................................................- 15 - 3.8 本章小结.......................................................................................- 15 - 第4章硬件电路系统设计及实现 ...................................... - 16 -4.1 硬件设计方案............................................................................- 16 - 4.2 电源稳压......................................................................................- 17 - 4.3 电机驱动......................................................................................- 18 - 4.4 图像处理部分............................................................................- 19 -4.4.1 摄像头升压电路.............................................................- 19 -4.4.2 视频分离电路.................................................................- 19 -4.4.3 硬件二值化.....................................................................- 19 - 4.5 灯塔电路......................................................................................- 21 - 4.6 本章小结......................................................................................- 21 -第5章系统软件设计.............................................................. - 22 -5.1 软件流程图...............................................................................- 22 - 5.2 算法新思路...............................................................................- 23 -5.2.1中心线提取.......................................................................- 23 -5.2.2 直角检测........................................................................... - 24 -5.2.3 单线检测......................................................................... - 24 - 5.3 舵机控制.....................................................................................- 25 - 5.4 速度控制.....................................................................................- 26 - 5.5 PID算法....................................................................................- 26 - 5.6 路径优化.....................................................................................- 31 -第6章系统联调...................................................................... - 33 - 6.1 开发工具.................................................................................... - 33 - 6.2 无线调试蓝牙模块及蓝牙上位机..........................................- 33 - 6.3 键盘加液晶调试......................................................................- 34 - 6.4 TF卡调试模块.........................................................................- 34 -6.4.1 TF卡.............................................................................- 34-6.4.2 SDCH卡 .........................................................................- 35 -6.4.3 软件实现.......................................................................- 36 - 6.5 C++上位机设计........................................................................- 36 - 6.6 电源放电模块...........................................................................- 38-6.6.1 镍镉电池记忆效应…………………………………….. - 39-6.6.2 放电及电池性能检测设备…………………………….. - 39- 6.7 本章小结....................................................................................- 40 - 第7章模型车技术参数........................................................ - 41 - 第8章总结............................................................................... - 42 - 参考文献...................................................................................... - 44 -第1章引言在半导体技术日渐发展的今天，电子技术在汽车中的应用越来广泛，汽车智能化已成为行业发展的必然趋势。
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：湖北汽车工业学院队伍名称：鹰眼一号参赛队员：梁伟谢启天周超带队老师：石振东I全国大学生智能汽车邀请赛技术报告2010年8月1日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：II目录第一章引言1.1 智能车的由来、应用前景 (5)1.2 智能车大赛的介绍 (6)1.2.1 大赛简介 (6)1.2.2 大赛规则 (7)第二章主要思路及技术方案概要 (14)2.1 系统硬件结构 (14)2.2 系统软件结构 (14)第三章电路设计说明 (16)3.1 系统电源模块设计 (16)3.2 电机驱动模块设计 (17)3.3 转速传感器电路设计 (17)3.4 摄像头供电模块电路设计 (18)第四章视频采集和图像处理 (19)4.1 视频采集 (19)4.1.1 摄像头工作原理 (19)4.1.2 摄像头的选择 (20)4.1.3 信号分离电路 (21)III全国大学生智能汽车邀请赛技术报告4.2 图像处理 (22)4.2.1 目标指引线的提取 (22)第五章模型车机械设计说明 (24)5.1 车体的具体参数 (24)5.2 前轮倾角调节 (24)5.3 齿轮传动机构调节 (25)5.4 差速机构调节 (26)5.5 舵机安装方式 (26)5.6 其他机构的调节 (27)第六章控制策略 (29)6.1 转向控制 (29)6.2 速度控制 (32)第七章开发工具、制作调试过程 (34)7.1 车模开发工具 (34)7.2 在线编程软件设计与应用 (34)结语： (36)参考文献： (37)附录A:车模技术参数统计 (38)附录B:车模外形照片 (39)附录C:部分程序源代码 (39)IV·第一章引言1.1 智能车的由来、应用前景1953 年，美国Barrett Electric 公司制造了世界上第一台采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。
第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告（校徽）学校：*********队伍名称：******参赛队员：******************带队老师：******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七届“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：带队教师签名：日期：摘要本文以第七届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了智能赛车控制系统的软硬件结构和开发流程。
该比赛采用组委会规定的标准车模，以 Freescale 半导体公司生产的 16 位单片机MC9S12X128为核心控制器，在 CodeWarrior IDE开发环境中进行软件开发，要求赛车在未知道路上完成快速寻线。
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。
为了提高智能赛车的行驶速度和可靠性，对比了不同方案（如摄像头与光电管检测方案）的优缺点，并结合 Labview 仿真平台进行了大量底层和上层测试，最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。
它采用摄像头对赛道进行检测，通过边缘提取获得黑线位置，用 PID 方式对舵机进行反馈控制。
通过速度传感器获取当前速度，采用增量式数字PID控制实现速度闭环，根据预判信息和记忆信息对速度进行合理分配。
同时采用拨码开关和LCD显示屏实现人机交互系统。
测试结果表明，在该控制系统下，自寻迹机器人小车具有良好的位置跟踪和快速切换速度性能。
关键词：智能车，跟踪寻迹，摄像头，传感器，PID，最优曲率ABSTRACTIn the background of the 7nd National Intelligent Car Contest for College Students, this article introduces the soft hardware structures and the development flow of the vehicle control system. This contest adopting the standard model car prescribed by the contest organization committee, using the 16-bit MCU MC9S12X128 produced by Freescale Semiconductor Company as the core controller, developing under the CodeWarrior IDE, requires the car track the line fast on the road. The whole system includes the aspects of the mechanism structure adjustment, the sensor circuit design and signal process, controlalgorithm and strategy optimization etc.In order to increase the speed and the reliability of the car, the advantage and disadvantage of the different schemes (such as the camera and photoelectric cell scheme) are compared, and a great number of the bottom layer and the upper layer tests are carried on combined with the Labview simulation platform. At last, the current system structure and each control parameters are determined. It captures the road information through a camera, then abstracts the black line position by edge-detection method. After that, PD feedback control is used on the steering. The system obtains the current speed using a speed sensor, so that it can realize the feedback control of the speed by the increased digital PID algorithm control method. At the same time, the use of an LCD displays trails information and keyboard is used to achieve the man-machine interaction. According to the pre-judge inform and the memorized inform, it allocates the speed properly. The test results showed that the self-tracing robot car had good position tracking and fast speed switching performance .Key words:intelligent vehicle,line track, camera,sensor, PID, optimal curvature目录第一章：引言 (1)1.1背景介绍 (1)1.2发展现状 (1)1.3章节安排 (2)第二章：系统整体框架 (3)2.1系统框架 (3)2.1.1硬件系统 (3)2.2.2软件系统 (4)2.2方案简介 (4)第三章：机械设计 (6)3.1汽车行驶的数学模型 (6)3.2整体布局与调整 (7)3.2.1车模分析 (7)3.2.2 车模布局思想 (8)3.3机械结构调整 (9)3.3.1前后轮定位 (9)3.3.2其他机械模块调整 (9)3.3摄像头的安装 (9)3.4舵机的安装 (10)3.5编码器的安装 (10)第四章：硬件电路设计 (12)4.1硬件设计方案 (12)4.2传感器的选择 (12)4.2.1摄像头 (12)4.2.2编码器 (12)4.3电路设计方案 (13)4.3.1单片机最小系统板 (13)4.3.2稳压模块电路 (14)4.3.3驱动模块电路 (14)第五章：软件系统设计 (16)5.1 软件各功能模块设计 (16)5.1.1 时钟模块 (16)5.1.2 PWM输出模块 (16)5.1.3 ECT模块 (17)5.1.4外部中断 (17)5.2视频采集与图像处理 (17)5.2.1摄像头工作原理 (17)5.2.2图像处理 (18)5.3路径识别思想 (21)5.4舵机转向和速度调节 (23)5.4.1PID控制算法介绍 (23)5.4.2舵机转向控制 (24)5.4.3速度控制 (25)5.4.4细节控制 (25)第六章：开发环境、调试工具 (28)6.1软件开发平台Codewarrior IDE (28)6.2辅助调试方法 (28)6.2.1 Labview调试 (28)6.2.2人机交互界面 (29)6.2.3无线模块 (29)第七章：结论 (31)参考文献 (32)鸣谢 (32)第一章：引言1.1背景介绍智能汽车就是一种无人驾驶汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。
"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AbstractIn 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目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)第一章系统总体设计 (2)1.1系统概述 (2)1.2整车布局 (2)第二章机械系统设计及实现 (4)2.1车体机械建模 (4)2.2车模转向轮的定位与调整 (5)2.3底盘高度及其调整 (6)2.4编码器的安装 (7)2.5舵机安装位置及结构调整 (7)2.6舵机转角分析 (8)2.7摄像头的安装 (8)第三章硬件系统设计及实现 (10)3.1硬件设计方案 (10)3.2电路设计方案 (10)3.2.1单片机最小系统板 (10)3.2.2电源稳压电路及检测电路 (11)3.2.3图像处理电路 (12)3.2.4电机驱动电路 (13)3.2.5舵机接口电路 (14)3.2.6拨码开关电路 (14)第四章软件系统设计及实现 (16)4.1赛道双边线提取及优化处理 (16)4.1.1原始图像的特点 (16)4.1.2普通赛道提线 (17)4.1.3特殊赛道提线 (19)4.1.4偏差量的计算 (21)4.1.5路径选择 (21)4.2 PID 控制算法介绍 (22)4.2.1位置式PID (23)4.2.2增量式PID (23)4.2.3各种改进型PID (24)4.2.4PID参数整定 (25)4.3转向舵机的PID控制算法 (25)4.4驱动电机的PID控制算法 (26)4.5速度决策算法 (26)4.6路径识别算法 (28)第五章系统开发及调试 (29)5.1开发工具 (29)5.2上位机图像显示 (29)5.2.1Labview 上位机 (29)5.3 SD卡模块 (30)5.3.1SD卡介绍 (30)5.3.2SPI总线介绍 (31)5.3.3硬件电路实现 (31)第六章模型的主要技术参数 (32)结论 (33)参考文献 (34)附录：程序源代码 (35)引言引言“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办全国大学生智能车竞赛。
该项比赛已列入教育部主办的全国五大竞赛之一。
其最早始于韩国，在国内，全国大学生"飞思卡尔"杯智能汽车竞赛从2006年开始举办，至今得到了各级领导及各高校师生的高度评价。
并且有越来越多的队伍加入其中。
大赛包括光电组、摄像头组和电磁组，为保持创新性，在本届比赛中各组别的规则有所改变，其中摄像头组继第七届的寻双线外，改用B型车模，前轮驱动，难度大大提升。
本技术报告主要包括小车的机械设计、硬件系统设计、软件算法设计等，详尽地阐述了我们的设计方案，具体表现在机械结构的多种尝试，硬件电路的创新设计以及人工智能控制算法的应用。
在一年的备赛过程中，我们参看了大量控制方面的书籍，如：《先进PID控制及其MATLAB仿真》、《新型PID控制及其应用》等，智能车制作放面的书籍，如：《学做智能车：挑战“飞思卡尔”杯》、《“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛设计与实践-基于S12XS和Kinetis K10》等，及大量K60芯片方面的资料与书籍。
不仅如此，在这一年漫长的做车过程培养了我们电路设计、软件编程、系统调试等方面的能力，锻炼了我们心理素质、实践动手的能力、团队合作能力，对今后的学习工作都有着重大的实际意义。
第一章系统总体设计1.1系统概述全国大学生智能汽车竞赛中，小车的基本结构大致可分为电源模块、传感器模块和控制模块。
本智能车系统的总体结构为：Ov7620数字摄像头拍摄赛道图像，输出PCLK、FOOD、HREF信号和8路数字图像信号，输入到MK60N512ZVLQ10微控制器，由K60的DMA模块进行图像采集，通过动态阈值算法对图像二值化，进行进一步处理获得主要的赛道信息，为舵机和电机的控制提供决策；转向舵机采用PD控制；驱动电机采用PID控制，通过PWM控制经优化的MOS管驱动电路来调整电机的功率；通过编码器来检测车速，并采用MK60N512ZVLQ10的输入捕捉功能进行脉冲计算获得转速，并对应到相应的速度，与速度PID形成闭环；而车速的目标值由优化后的决策层给出，具体的控制策略将在下文中详细介绍。
根据竞赛的规则和智能车系统的基本要求，我们设计了系统结构图，如图1-1所示。
在满足比赛要求和小车正常运行的情况下，力求系统简单高效，因而在设计过程中尽量简化硬件结构，减少因硬件而出现的问题。
图1-1 系统结构图1.2整车布局车体整体布局的基本要求可简单归纳为一下几点：（1）车模底盘降低，简化主板使其贴近底盘，以降低重心；（2）改变电池位置，避免重心集中在车体前端；（3）电机与车身连接尽量保持原状，不采用硬固定，保持车体灵活；（4）注意编码器和舵机摆放位置，要方便控制又保持重心低；（5）用轻便坚固的碳卷管作为摄像头杆的材料；（4）注意摄像头固定位置，保证该区域振动小，重心分布要和盲区与前瞻匹配。
经过充分考虑与实际方案比较，我们车的整体布局如图1-2所示图1-2 整车布局图第二章机械系统设计及实现第二章机械系统设计及实现根据组委会的相关规定，今年摄像头组比赛车模更换为B型车模，而且将驱动轮作为前轮。
针对这一新的改动，对B型车本身就陌生的我们在机械上花了很长时间。
在组建整个小车系统之前，我们就对该车模进行了详细的系统分析。
B型车模相对于去年的A型车而言：轮子大、底盘高、电机响应迟钝，虽然在去年的基础上加了防滑胶套，但整个模型的摩擦力不及A型车模，因此在规则允许范围内尽量改造车模，提高车模整体性能是很必要的。
本章将主要介绍我们对B型车模的机械结构认识及调整方案。
2.1车体机械建模此次竞赛的赛车车模选用由北京科宇通博科技有限公式提供的B型车模。
车模示意图如图2-1所示。
图2-1 B型车模示意图车模具体参数：长28.75cm，宽16.6cm，高7.0cm，轴距20cm，前轮距（主动轮）14cm，后轮距13.8cm，轮胎直径6.4cm，前轮宽2.7cm，后轮宽3.7cm，底盘采用2.5mm 厚的黑色玻纤板，具有较强的弹性和刚性。
前轮调整方式简单，全车滚珠轴承，主减传动比36/105。
前后轮轴高度可调(离地间隙0.75cm/1.65cm），双滚珠差速。
电机采用DC7.2V RS540马达，转速20000r/min，内装散热风扇。
舵机采用S-D5数码伺服器，工作电压4.5-5.5V，带堵转保护电路，力矩5.0kg，动作速度≤0.14±0.02sec/60。
2.2车模转向轮的定位与调整本届比赛要求B型车模通过四条轮胎与地面接触，主动轮作为前轮，转向轮作为后轮。
两个前轮同轴受到限位，无法调整，与模型车的前进方向保持平行，因此要改变模型车与地面的接触方式，调试出利于模型车转向、直线的四轮定位，只能通过调整转向轮来实现。
为满足参赛队员对各种机械结构的尝试，组委会同意可以将转向轮的左右轮进行位置调换。
