智能小车的算法研究

论文编号:ZD876    论文字数:17545,页数:63

摘  要

 智能汽车，是一种集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统， 集中地应用到自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，是典型的高新技术综合体，具有重要的军用及民用价值。文中主要介绍了竞速车模的整体框架、硬件设计、摄像头图像采集模块、光电编码器速度采集模块、执行模块电路设计、电源管理模块以及系统软件设计。在硬件设计方面，结合大赛选用芯片的要求，自行设计实现了系统的电路板，实践证明，该电路板较好的集成了智能车所需电路，使得整车的集成度提高，性能更加可靠。软件系统以Freescale16位单片MC9S12XS128作为系统控制处理器，采用CMOS数字摄像头OV6620获取实时赛道信息，通过边缘检测方法提取赛道黑线，求出小车与黑线间的位置偏差，采用PD控制算法对舵机转向进行控制。通过光电编码器YZ30D4S-2NA-200实时获取小车速度，采用P控制策略形成速度闭环控制。

关键词：PID控制，单片机

Abstract
Smart car is an integrates system ,which is a collection of functions such as  perception, planning and decision making,automatic running，applicated to several subjects as automatic control, pattern recognition and sensor technology, automobile electronics, electrical, computer，machinery and so on,and it is a typical high-tech complexes，which has an important military and civilian value.The paper introduces the overall  framework,hardware design,camera image acquisition module,photo electrical encoder speed acquisition module,implementation module circuit design, power management module and system software design of the racing car. As for the hardware  design, the racing car system, with single-chip  MC9S12XS128 as its system control processor,uses CMOS digital camera to obtain the real-time track information, extracts the black line on the contest lane with the edge detection method, and calculates position deviation between the car and the black line, distinguishes the different shape of the lane, then PD control algorithm for steering engine steering control was given in this paper. Through the photo electrical encoder named YZ30D4S-2NA-200 to attain the real-time car speed, and uses incremental P strategy to achieve the speed closed-loop control.

Keywords： PID control ,  SCM

目  录
摘 要...Ⅱ
Abstract .  . ...Ⅲ
1 前言...1
1. 1智能车背景及发展 2
1.2 研究意义及主要工作 3
2系统整体框架.4
2.1系统框架 4
2.1.1 主要模块： 4
2.1.2  工作过程： 5
2.2系统软件 5
2.3方案简介 6
3 硬件电路的设计与实现..6
3.1最小系统板的设计 6
3.2电源模块 8
3.3电机驱动模块 9
3.4摄像头 11
3.5速度传感器 13
3.6  串口和模式选择 14
4 软件系统设计与实现.14
4.1 HCS12控制软件主要理论 14
4.2 软件各功能模块设计 14
4.2.1 时钟模块 14
4.2.2 PWM输出模块 15
4.2.3 ECT模块 16
4.3 图像采集 17
4.4 图像处理 19
4.4.1 二值化算法 19
4.4.2 黑线提取流程 19
4.5 控制算法 21
4.5.1 PID 简介 21
4.5.2 模拟PID与数字PID 21
4.5.3 PID控制原理 22
4.5.4 位置式PID与增量式PID 23
4.5.5 PID各环节作用 23
4.6 路径识别 24
4.7 舵机控制 25
4.8 电机控制 25
5 开发工具及其调试26
5.1 上位机开发工具 26
5.2 串口调试工具 28
6 总  结.28
7 致谢.29
参考文献：29
附录1：.30
附录2：..30