基于图像处理技术的智能车设计.doc

基于图像处理技术的智能车设计

摘  要
智能车系统的设计是根据第三届全国大学生智能车竞赛的技术要求而完成。该系统主要包括微控制器模块、电源管理模块、路径识别模块、电机驱动模块、转向舵机控制模块、速度采集模块以及辅助调试模块等。
该智能车系统以Freescale16位单片机MC9S12DG128作为系统微控制器，采用CMOS摄像头作为路径检测传感器，通过边缘检测与边缘跟踪相结合的方法提取赛道中的黑色引导线信息，通过自制的速度传感器实时获取小车速度，能够根据前方的路径信息及其当前的运动状态，采取相应的控制策略，实现转向与速度控制。本文将详细介绍智能车各单元的设计与制作，其中包括小车的机械结构调整、硬件控制电路各模块的实现，以及软件控制算法各模块的设计等。另外，在文中还将对智能车制作过程中所采用的软件开发平台CodeWarrior IDE及其使用方法，以及一些辅助调试工具等进行简要介绍。

关键词：智能车系统  图像采样  速度传感器  控制策略  Freescale16位单片机
Abstract
According to technical requirements of the third National University Intelligent Vehicle Tournament, we design the intelligent vehicle control system. The system is composed of microprocessor module, power management module, path recognition module, motor driver module, servo control module, speed detection module and debugging accessorial module etc.
The vehicle system, with the Freescale16-bit single-chip MC9S12DG128 as its control microprocessor, using image sensor module based on CMOS camera to obtain route image information, then abstract the black lead line on the contest lane by edge detection method and edge follow method. The vehicle also uses a speed sensor made by ourselves to obtain the real time speed. It will give the proper turning angle and speed according to the prescient route information and the current state of itself. In this paper, we will describe the design and execution of all the module which is used in the vehicle system in detail, including the adjustability of the vehicle mechanism structure, the accomplishment of hardware control circuit, the design of software control method etc. In addition, we will introduce the software CodeWarrior IDE and some other debugging accessorial tools briefly, which is used to design the vehicle system.

Key words：Intelligent vehicle system  Image sampling  Speed sensor  Control strategy Freescale16-bit single-chip
 
目  录
第1章  前言 1
1.1  背景介绍 1
1.2  路径识别方案概述及比较 1
第2章  智能车系统总体概述 3
2.1  智能车系统组成 3
2.2  系统各模块的组成及其功能介绍 4
第3章  智能车机械结构调整 5
3.1  前轮定位 5
3.2  舵机安装调整 6
3.3  后轮齿轮传动机构调整 6
3.4  摄像头安装 6
第4章  智能车系统硬件设计方案 8
4.1  单片机MC9S12DG128B的最小硬件系统 8
4.1.1  MC9S12DG128B的内部资源介绍 8
4.1.2  时钟电路 10
4.1.3  复位电路 10
4.1.4  智能车设计中所使用单片机资源规划 11
4.2  电源管理模块 11
4.2.1  5V电源模块 12
4.2.2  6V电源模块 13
4.2.3  9V电源模块 13
4.3  图像采集模块 14
4.3.1  摄像头工作原理 14
4.3.2  信号分离电路 15
4.4  速度检测模块 17
4.4.1  速度检测方案比较 17
4.4.2  直射式光电传感器速度检测方案 18
4.5  转向控制模块 19
4.5.1  舵机的机械结构 20
4.5.2  舵机的工作原理 20
4.5.3  舵机控制 20
4.6  电机驱动模块 22
4.6.1  MC33886简介及其特点 22
4.6.2  MC33886的工作方式 23
4.6.3  电机控制电路 24
4.7  辅助调试模块 25
4.7.1  状态显示模块 25
4.7.2  在线调试模块 27
第5章  智能车系统软件设计方案 28
5.1  图像采集模块 28
5.1.1  图像采集软件方案分析 29
5.1.2  图像采集软件方案设计 29
5.1.3  图像采集模块初始化 30
5.2  引导线识别模块 31
5.2.1  常用引导线识别方案介绍 31
5.2.2  引导线识别软件设计 32
5.3  速度采集模块 36
5.3.1  速度采集软件设计 36
5.3.2  速度采集模块初始化 37
5.4  转向控制模块 37
5.5  速度控制模块 39
5.5.1  PID控制介绍 39
5.5.2  速度控制软件设计 40
5.6  辅助调试模块 42
5.6.1  状态显示模块 42
5.6.2  图像数据传输模块 43
第6章  系统开发与调试 44
6.1  软件开发平台介绍 44
6.2  Codewarrior IDE基本使用方法 45
第7章  结论与展望 47
7.1  结论 47
7.2  展望 47
参考文献 49
致  谢 50
附  录 51
附录A  外文资料翻译 51
附录B  模型车主要参数 63
附录C  智能车整体电路图 64
附录D  智能车系统程序源代码 66