第十届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技 术 报 告
学 校: 北京科技大学
队伍名称: 北京科技大学摄像头组一队
参赛队员: 杨祖煌
管一臣
梁 凯
带队教师: 刘 立
杨 珏
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:杨祖煌
带队教师签名: 杨珏
日 期:2015 年 8 月 19 日
摘 要
本文设计的智能车系统以 MK60N512VMD100 微控制器为核心控制单元,通
过 CMOS 摄像头检测赛道信息,使用模拟比较器对图像进行硬件二值化,提取
黑色引导线,用于赛道识别;通过光电编码器检测模型车的实时速度,使用 PID
控制算法调节驱动左右电机的转速,实现了对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和稳定性,使用 C#、MFC 上位机、SD 卡模块、键盘
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
案确实可行。
摘 要 .....................................................................................................................1
引 言 ...............................................................................................................1
第一章 方案设计 .................................................................................................2
系统概述 .......................................................................................................2
第二章 智能车机械结构调整与优化 .................................................................3
2.1 车体机械建模 .........................................................................................3
2.2 前轮倾角的调整 .....................................................................................3
2.3 底盘高度的调整 .....................................................................................4
2.4 电机与中间齿轮箱的调整 .....................................................................4
2.5 舵机安装结构的调整 .............................................................................4
2.6 摄像头的安装 .........................................................................................5
第三章 电路设计说明 .........................................................................................7
3.1 硬件方案设计 ......................................................................................7
3.2 传感器选择 ..........................................................................................8
3.2.1 摄像头选择 ...............................................................................8
3.2.2 陀螺仪选择 ...............................................................................9
3.2.3 编码器选择 ...............................................................................9
3.2.4 灯塔接收传感器 .......................................................................10
3.3 电路模块实现 ....................................................................................11
3.3.1 电源管理模块 .........................................................................11
3.3.2 电机驱动模块 .........................................................................12
3.3.3 视频处理模块 .........................................................................15
3.3.4 接口及外接模块 ......................................................................16
第四章 智能车控制软件设计说明 ...................................................................19
4.1 赛道中心线提取及优化处理 ...............................................................19
4.1.1 原始图像的特点 .....................................................................19
4.1.2 赛道边沿提取 ............................................................................21
4.1.3 图像校正 .................................................................................23
4.1.4 推算中心 .................................................................................25
4.1.5 路径选择 .................................................................................28
4.2 折点求取原理简介 ............................................................................29
4.3 PID 控制算法介绍 .............................................................................31
4.3.1 位置式 PID ..................................................................................33
4.3.2 增量式 PID ..................................................................................33
4.3.3 PID 参数整定 ..............................................................................34
4.4 转向舵机的 PID 控制算法 ..................................................................34
4.5 驱动电机的 PID 控制算法 ..................................................................36
第五章 开发工具、制作、安装、调试过程说明 .....................................38
5.1 开发工具 ..............................................................................................38
5.2 上位机图像显示 ..................................................................................38
5.2.1 C#静态上位机 .........................................................................38
5.2.2 MFC SD 卡上位机 ....................................................................39
5.3 SD 卡模块 ..............................................................................................43
5.3.1 SD 卡介绍 ................................................................................43
5.3.2 SPI 总线介绍 ...........................................................................43
5.3.3 软件实现 .................................................................................44
第六章 模型车的主要技术参数说明 .............................................................46
2
结论 .....................................................................................................................47
参考文献 .............................................................................................................48
附录:程序源代码 .............................................................................................49