第十四届智能“恩智浦”杯全国大学
生智能汽车竞赛
技术报告
学 校 : 华北理工大学
队伍名称 : 回收二手车摸
参赛队员 : 王俊杰
张影辉
李健
梁广运
何佳峰
带队教师 : 罗振中
梁秀满
I
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第十四届“恩智浦”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
会和恩智浦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
摘要
本文详细介绍了以 LPC54606J512 为核心控制器,以总钻风数字摄像头
MT9V032 和工字型电感检测赛道信息,用以识别赛道元素;采用 1024 线双相增
量式迷你编码器检测车模的实时速度,再配合使用 PID 算法控制电机的转速与方
向。为了通过获得更高的速度与稳定性,使用 VisualScope 上位机进行车模的软
件与硬件的调试。最终结果表明,该方案确实可行。
关键词:LPC54606J512;模糊控制;PID
III
目录
第一章 整体方案设计 .............................................. 1
整体结构示意图 ................................................. 1
第二章 车模机械的调试与优化 ...................................... 2
2.1 整车改造 ................................................... 2
2.2 摄像头的安装 ................................................2
2.3 舵机的安装 ..................................................3
2.4 车模前轮倾角调整 ............................................4
2.4.1 主销内倾 ............................................. 4
2.4.2 主销后倾 ..............................................4
2.4.3 前轮前束 ..............................................4
2.5 车模重心控制 ................................................5
2.6 编码器的安装 ................................................6
2.7 直立车的机械结构 ............................................7
2.7.1 电池的安装 ............................................7
2.7.2 直立车的整体结构 ......................................8
第三章 电路的调试与优化 ......................................... 10
3.1 硬件设计总体思路 ...........................................10
3.2 电源模块 ...................................................12
3.3 电机驱动模块 ...............................................13
3.4 摄像头 .....................................................15
3.5 双车通信 ...................................................15
3.6 车模的测距 .................................................16
3.7 人机交互设备 ...............................................17
第四章 车模的软件设计 ........................................... 18
4.1PID 控制算法简介 ............................................18
4.1.1PID 控制算法的大体结构 ................................18
4.1.2PID 控制原理简介 ......................................18
4.1.3 位置式 PID ........................................... 19
4.1.4 模糊 PID ............................................. 19
4.2 图像处理 ...................................................22
4.2.1 赛道边界: ............................................22
4.2.2 可靠距离: ...........................................22
4.2.3 斑马线(起跑,停车线) ...............................23
4.2.4 断路: ...............................................23
4.2.5 横断路障与坡道: .....................................23
4.2.6 环岛识别: ...........................................23
4.2.7 阳光的处理: .........................................24
第五章 开发工具及调试 ............................................ 25
5.1 开发工具 ...................................................25
5.2 上位机 .....................................................25
5.2.1 匿名科创地面站上位机 .................................25
5.2.2 山外多功能调试助手 ...................................27
IV
5.2.3 VisualScope 上位机 ...................................28
第 6 章 总结 ...................................................... 30
第七章 车模主要技术参数 .......................................... 31
7.1C 型车模 ....................................................31
7.2D 型车模 ....................................................32
参考文献 .......................................................... 33
程序源码 ........................................................... I
V
第一章 整体方案设计
整体结构示意图
摄像头
陀螺仪
蓝牙
24L01
电感
LPC54606J512
红外
电机
上位机
键盘
舵机
整体结构示意图
根据第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛竞速比赛规则中的规定,
直立车与四轮车的整体结构如图所示。LPC54606J512 通过灰度摄像头、经过匹
配之后的拥有较高信噪比的电感与红外采集赛道信息,完成对赛道路况的识别,
做出相应的决策之后,通过舵机与电机输出;通过采集编码器的脉冲数得知实时
车速,经过 LPC54606J512 解算,对车速进行精准控制;通过 24L01 实现两车通
信;通过蓝牙与键盘将车模在运行中的实时数据传回上位机并进行简单调试。
1
第二章 车模机械的调试与优化
根据第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛竞速比赛规则中的规定,
我们最终决定四轮车采用 C 车模,直立车采用 D 车模。由于新车模难以满足比赛
细则中的任务需求,特进行以下改装。
2.1 整车改造
为达到组委会公布的规则中的具体要求,特对整车的机械结构进行调整,调
整效果如下图。
2.2 摄像头的安装
图 2.1 车模整体改装图
为符合组委会做出的整车高度不得高于 20cm 的要求,同时尽可能的增加摄
像头的前视距离,特做出以下调整。
2
2.3 舵机的安装
图 2.2 摄像头安装效果图
因为了满足摄像头的前视距离足够大,舵机需要从车模的预定位置上移走,
但为了不使得舵机的性能因位置变化而发生较大山外改变,又考虑到舵机输出的
功率为力矩与转速的乘积,因功率固定,为找到合适的舵机安装高度与力矩拉杆
的前后倾角度数,我们进行了大量的实验,经过实验积累的数据,我们找到了一
个可以满足车模转向灵活性舵机安装位置,故以以下方式进行舵机的安装。
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