毕业论文 基于飞思卡尔单片机的智能车设计.doc

基于飞思卡尔单片机的智能车设计

摘  要

本文详细介绍了一套智能车的寻线设计方案。由总到分的先从整体上介绍了该系统的硬件和软件设计思想，继而细分各模块详尽介绍具体设计。该智能车系统以MC9S12XS128B 作为整个系统信息处理和发出控制命令的核心，基于摄像头采集的赛道信息，提取出黑线中心位置，并求得小车偏离黑线的程度，区分出道路形状，对此信息进一步处理以控制舵机的转向，通过速度传感器获得实时速度信息，利用增量式数字PID 控制算法实现闭环反馈控制。文章详细介绍了图像采集模块、速度采集模块等信息采集模块和电机驱动模块和舵机驱动模块等动作执行模块的方案选取和电路设计原理，还介绍了系统调试方法策略。测试表明，该智能车能够很好的跟随黑色引导线，可以实现对应于不同形状的道路予以相应的控制策略，可快速稳定的完成的整个赛道的行程。
关键字：Freescale； 单片机； 摄像头； 速度传感器； PID

ABSTRACT

This article brings a complete model of intelligent car design which follows the black line closely and also describes the process of detail of the design. From the whole to detail, we introduce the design method of the hardware and software, and then we present every module of the model at large.The intelligent car system, with single-chip MC9S12DG128 as its information management and sending out control command center, uses image-sensor module based on camera to obtain lane image information, then abstract the black line on the contest lane, and calculates the position difference between the car and the black line, distinguishes the different shape of the lane, then we analyze and deal with the information farther to control the steering angle. This article introduces the scheme selection and the circuit design theory of the information collection module which comprises the image collecting module and speed collecting module and action executing module which includes the motor drive module and steer drive module.The experimental eva luation indicates that the model car is able to follow the black line on the lane closely, realize the function that it executes corresponding control strategy toward different shape lane, and accomplishes the whole journey fast and steadily.
Key words：Freescale；Single-chip； micro camera； speed sensor； PID

目    录

1． 引言……………………………………………………………………………1
1.1 发展现状………………………………………………………………………1
1.2 方案简介………………………………………………………………………1
1.3 文章结构………………………………………………………………………2
2． 系统整体框架………………………………………………………………2
2.1 系统整体框架………………………………………………………………2
2.2 系统硬件参数………………………………………………………………3
2.3 车模外形………………………………………………………………………4
3． 模块的基本方案及论证…………………………………………………4
3.1 图像采集模块……………………………………………………………… 4
3.2 速度采集模块……………………………………………………………… 5
3.3 电机驱动模块……………………………………………………………… 6
3.4 舵机驱动模块………………………………………………………………7
3.5 电源管理模块……………………………………………………………… 7
3.6 调试模块………………………………………………………………………7
3.7 最终决策方案……………………………………………………………… 7
4． 机械结构调整………………………………………………………………8
4.1 总体机械结构……………………………………………………………… 8
4.2 摄像头的安装……………………………………………………………… 8
4.3 系统PCB 板的安装…………………………………………………………9
4.4 稳定性调整………………………………………………………………… 9
4.4.1 主销后倾角………………………………………………………………9
4.4.2 前轮前束…………………………………………………………………10
4.5 底盘抬高策略…………………………………………………………… 10
4.5.1 后轮底盘升高…………………………………………………………10
4.5.2 后轮位置的固定……………………………………………………… 11
4.5.3 前轮底盘升高…………………………………………………………11
5.  信息采集模块…………………………………………………………… 11
5.1 摄像头及其采集电路设计………………………………………………12
5.1.1 摄像头简介………………………………………………………………12
5.1.2 摄像头的工作原理……………………………………………………12
5.1.3 摄像头路径识别原理………………………………………………… 17
5.1.4 摄像头的选取…………………………………………………………18
5.1.5 摄像头提取信号……………………………………………………… 19
5.1.6 摄像头的安装…………………………………………………………19
5.2 速度检测电路…………………………………………………………… 20
6． 执行模块电路设计……………………………………………………… 20
6.1 电机驱动电路…………………………………………………………… 20
6.2 舵机………………………………………………………………………… 21
7.  电源模块…………………………………………………………………22
7.1 总体电源电路…………………………………………………………… 22
7.2 单片机等5V 稳压芯片的选择…………………………………………23
7.2.1 芯片的选择………………………………………………………………23
7.2.2 电路实现………………………………………………………………… 23
7.3 CMOS 摄像头用电源………………………………………………………24
7.4 舵机电源…………………………………………………………………… 24
8  系统软件设计……………………………………………………………25
8.1 概述………………………………………………………………………… 25
8.2 整体过程…………………………………………………………………… 25
8.3 MCU 简介…………………………………………………………………… 25
8.4 系统初始化…………………………………………………………………26
8.4.1 摄像头初始化…………………………………………………………26
8.4.2 PWM初始化………………………………………………………………26
8.4.3 超频设置…………………………………………………………………27
8.5 图像采集和黑线提取…………………………………………………… 27
8.5.1 图像采集…………………………………………………………………27
8.5.2 黑线提取…………………………………………………………………29
8.6 速度控制……………………………………………………………………30
8.6.1 速度控制介绍…………………………………………………………30
8.6.2 简单沿线行驶策略……………………………………………………31
8.6.3 最佳行驶路线策略……………………………………………………31
8.6.4 速度获取…………………………………………………………………33
9  开发工具、制作调试过程………………………………………………33
9.1 软件开发平台Codewarrior IDE………………………………………33
9.1.1 Codewarrior IDE 功能介绍…………………………………………33
9.1.2 Codewarrior IDE 基本使用方法……………………………………33
9.2 辅助调试方法………………………………………………………………35
10  结论…………………………………………………………………………35
参考文献…………………………………………………………………………37
附  录……………………………………………………………………………38
外文资料…………………………………………………………………………55
中文翻译…………………………………………………………………………64
致  谢……………………………………………………………………………73