毕业论文基于飞思卡尔单片机的智能车设计含外文翻译文档格式.docx

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设计论文规范、格式模板、任务书、开题报告、成绩记录等9个文件）。

二、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料

主要参数：

（1）赛道为普通白色板，宽度为60cm，赛道正中间为2.5cm的黑色普通胶带，铺设赛道地板颜色不作要求，它和赛道之间可以但不一定有颜色差别，跑道最小曲率半径不小于50厘米，跑道可以交叉，交叉角为90°

，赛道有一个长为1米的出发区，计时起始点两边分别有一个长度10厘米黑色计时起始线，赛车前端通过起始线作为比赛计时开始或者结束时刻。

（2）须采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位处理器（单核）作为唯一的微控制器，推荐使用9S12XS128，9S08AW60微控制器；

（3）比赛车模采用官方规定的本成品车模；

（4）模型车的电源采用官方的7.2V/2000mA的电池，舵机采用制定的s3010；

（5）车模改装完毕后，尺寸不能超过：

250mm宽和400mm长；

参考资料：

[1]谭浩强.C程序设计（第三版）.北京：

清华大学出版社.2006.3

[2]卓晴，黄开胜，邵贝贝.学做智能车——挑战“飞思卡尔”杯.北京：

北京航空航天大学出版社.2007年3月

[3]刘瑞新主编ProtelDXP实用教程北京：

机械工业出版社.2003

[4]王威等编著HCS12微控制器原理及应用北京:

航空航天大学出版社.2007

[5]刘林，杨理，龙叶虹.重庆邮电大学AUTO-2第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告.

四、毕业设计（论文）进度表

武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表

序

号

起止日期

计划完成内容

实际完成情况

检查人签名

检查日期

1

2009.12.1-

2010.2.1

开题报告并指定任务书

2

2010.2.2-

2010.3.1

学习单片机以及图像处理等相关知识

3

2010.3.2-

2010.3.31

完成模块设计，确定硬件设计，初步编写系统程序

4

2010.4.1-

2010.4.29

进行反复调试，确保软硬件的最佳结合点

5

2010.5.1-

2010.5.20

整理资料，完成论文的撰写

注：

1.本任务书一式两份，一份院（系）留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。

2.“实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照《武汉纺织大学毕业设计（论文）规范》执行。

武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告

课题名称

院系名称

外经贸学院

专业

电子信息工程

班级

电信0621

学生姓名

胡智

一、课题意义

随着计算机技术、信息技术和控制技术的高速发展和广泛应用，智能控制技术取得了巨大的进展，而智能车正是最典型的一个例子，结合传感器技术和自动驾驶技术可以实现汽车的自适应巡航并把车开得又快又稳、安全可靠；

汽车夜间行驶时，如果装上红外摄像头，就能实现夜晚汽车的安全辅助驾驶；

它也可以工作在仓库、码头、工厂或危险、有毒、有害的工作环境里，此外它还能担当起无人值守的巡逻监视、物料的运输、消防灭火等任务。

在普通家庭轿车消费中，智能车的研发也是很有价值的，比如雾天能见度差，人工驾驶经常发生碰撞，如果用上这种设备，激光雷达会自动探测前方的障碍物，电脑会控制车辆自动停下来，撞车就不会发生了。

这一切都预示着智能车有着极为广泛的应用前景。

二、智能车的发展状况

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。

上世纪五十年代，美国BarrettElectric公司制造了世界上第1台采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。

20世纪60年代和70年代初，AGV仍采用这种导向方式。

但是，20世纪70年代中期，具有载货功能的AGV在欧洲得到了应用并被引入到美国。

这些自动导向车主要用于自动化仓贮系统和柔性装配系统的物料运输。

在20世纪70年代和80年代初，AGV的应用领域扩大而且工作条件也变得多样化，因此，新的导向方式和技术得到了更广泛的研究与开发。

在最近的10-15年里，各种新型AGV被广泛地应用于各个领域。

单元式AGV主要用于短距离的物料运输并与自动化程度较高的加工设备组成柔性生产线。

例如，自动导向叉车用于仓贮货物的自动装卸和搬运；

小型载货式AGV用于办公室信件的自动分发和电子行业的装配平台。

除此以外，AGV还用于搬运体积和重量都很大的物品，尤其是在汽车制造过程中用多个载货平台式AGV组成移动式输送线，构成整车柔性装配生产线。

最近，小型AGV应用更为广泛，而且以长距离不复杂的路径规划为主。

AGV从仅由大公司应用，正向小公司单台应用转变，而且其效率和效益更好。

至此出现了智能车的概念。

目前，智能车领域的研究已经能够在具有一定标记的道路上为司机提供辅助驾驶系统甚至实现无人驾驶。

这些智能车的设计通常依靠特定道路标记完成识别，通过推理判断模仿人工驾驶进行操作。

通常，智能车接受辅助定位系统提供的信息完成路径规划，如由GPS等提供的地图，交通拥堵状况，道路条件等信息。

三、本文的研究内容

本课题设计一个基于飞思卡尔xs128单片机的能够自主识别道路并行驶的智能车模。

在模型车的制作过程中，最关键的问题就是如何探寻黑线，如何施以合适的控制策略来确保小车沿黑线尽可能快速稳定前进。

而探寻黑线的准确与否将直接影响小车行进的稳定效果，故而，设计出准确的寻线系统是该智能车制作过程中最重要的环节。

而寻线一般有两种方案，即光电传感器和摄像头，光电传感器简单易行，抗干扰能力强，但是其探测距离较短，不能对前方道路信息作成很好的预测判断，而且单个光电传感器的功能有限，需要较多的传感器构成光电阵列来检测，这样不仅增加了车辆的重量，不利于快速前行，而且也会使得小车过宽，严重影响其安全性。

本课题采用摄像头，充分利用其探测距离长，道路可预测信息强的优点，对其采集到的道路信息进行分析处理，利用PID算法实现对小车行进的控制。

根据摄像头对黑白灰度值不同的分辨率采集赛道的黑色引导线信息，根据得到的每帧图像信息，判断小车偏离黑线的程度，并确定前方赛道是直道、弯道抑或是S道，再根据各种不同的赛道，予以相应的控制策略，基于“进弯减速，出弯加速”的原则，并且以直线方式冲过S道以减少转弯浪费的时间，使小车能够提前准备转弯等动作，从而防止小车因为直道加速过大而使得转弯时速度难以减下来而冲出赛道，分析摄像头获得的图像信息，读入速度传感器获得的速度，利用增量式PID算法实现速度的闭环反馈控制。

四、研究方法

本课题的主要研究内容是：

以模型车体为基础架构﹑以FreescaleXS128为主控芯片，制作出具有自主道路识别、自动调速能力的自适应控制智能汽车，因此从以下几个宏观的方向做规划安排：

1.硬件设计

●小车的组装、系统优化

●摄像头与舵机安装方案设计

●电源模块、电机驱动模块，测速模块以及单片机模块的设计

2.软件设计

●视频采集与去噪方案的实现

●PID算法的研究与实现

●软硬件的统调

五、参考书目

[1]王庆有.图像传感器应用技术[M].北京：

电子工业出版社.2003.

[2]卓晴，黄开胜，邵贝贝.学做智能车——挑战“飞思卡尔”杯[M].北京：

北京航空航天大学出版社.2007.

[3]刘瑞新.ProtelDXP实用教程[M].北京：

机械工业出版社.2003.

[4]王威.HCS12微控制器原理及应用[M].北京:

航空航天大学出版社.2007.

[5]刘林，杨理，龙叶虹.重庆邮电大学AUTO-2第二届全国大学生智能汽车竞赛技

术报告.[R].重庆：

重庆邮电大学，2007.

[6]李绍民.图像传感器在自主足球机器人中的应用[R].辽宁：

大连民族学院

[7]FreescaleSemiconductor,Inc.MC9S12XS128DeviceUserGuide.

[8]孙亮.自动控制原理[M].北京：

北京工业大学出版社.1999.

[9]谭浩强.C程序设计（第三版）[M].北京：

清华大学出版社.2006.

[10]FreescaleSemiconductor,Inc.MC33886datasheet

指导教师签名：

2010年月日

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

Thisarticlebringsacompletemodelofintelligentcardesignwhichfollowstheblacklinecloselyandalsodescribestheprocessofdetailofthedesign.Fromthewholetodetail,weintroducethedesignmethodofthehardwareandsoftware,andthenwepresenteverymoduleofthemodelatlarge.Theintelligentcarsystem,withsingle-chipMC9S12DG128asitsinformationmanagementandsendingoutcontrolcommandcenter,usesimage-sensormodulebasedoncameratoobtainlaneimageinformation,thenabstracttheblacklineonthecontestlane,andcalculatesthepositiondifferencebetweenthecarandtheblackline,distinguishesthedifferentshapeofthelane,thenweanalyzeanddealwiththeinformationfarthertocontrolthesteeringangle.Thisarticleintroducestheschemeselectionandthecircuitdesigntheoryoftheinformationcollectionmodulewhichcomprisestheimagecollectingmoduleandspeedcollectingmoduleandactionexecutingmodulewhichincludesthemotordrivemoduleandsteerdrivemodule.Theexperimentalevaluationindicatesthatthemodelcarisabletofollowtheblacklineonthelaneclosely,realizethefunctionthatitexecutescorrespondingcontrolstrategytowarddifferentshapelane,andaccomplishesthewholejourneyfastandsteadily.

Keywords：

Single-chip；

microcamera；

speedsensor；

PID

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

7.3CMOS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

8.3MCU简介……………………………………………………………………25

8.4系统初始化…………………………………………………………………26

8.4.1摄像头初始化…………………………………………………………26

8.4.2PWM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CodewarriorIDE………………………………………33

9.1.1CodewarriorIDE功能介绍…………………………………………33

9.1.2CodewarriorIDE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

1引言

1.1发展现状

1.2方案简介

按照课题要求，需要制作出一个能够自主识别道路并行驶的智能车模。

那么在模型车的制作过程中，最关键的问题就是如何探寻黑线，如何施以合适的控制策略来确保小车在不违背比赛规则的前提下沿赛道尽可能快速稳定前进。

而寻线一般有两种方案，即光电传感器和摄像头，光电传感器简单易行，抗干扰能力强，但是其探测距离较短，不能对前方道路信息作成很好的预测判断，而且单个光电传感器的功能有限，需要较多的传感器构成光电阵列来检测，这样不仅增加了车辆的重量，不利于快速前行，而且也会使得小车过宽，容易撞倒道旁边的插杆，严重影响其安全性。

本文采用摄像头，充分利用其探测距离长，道路可预测信息强的优点，对其采集到的道路信息进行分析处理，利用PID算法实现对小车行进的控制。

根据摄像头对黑白灰度值不同的分辨率采集赛道的黑色引导线信息，根据得到的每帧图像信息，判断小车偏离黑线的程度，并确定前方赛道是直道、弯道抑或是S道，再根据各种不同的赛道，予以相应的控制策略，基于“进弯减速，出弯加速”的原则，并且以直线方式冲过S道以减少转弯浪费的时间，利用摄像头得到信息的预测方向，使小车能够提前准备转弯等动作，从而防止小车因为直道加速过大而使得转弯时速度难以减下来而冲出赛道，分析摄像头获得的图像信息，读入速度传感器获得的速度，利用增量式PID算法实现速度的闭环反馈控制。

1.3文章结构

本文详细介绍了智能车模型的设计方案，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。

第二章介绍了系统的整体框架；

第三章分析和论证了各模块的选择方案；

第四章介绍了系统机械结构的调整情况；

第五章介绍了系统的信息采集模块；

第六章介绍了执行模块的电路设计；

第七章介绍了电源模块的电路设计；

第八章介绍了系统软件设计；

第九章介绍了开发工具、制作调试过程；

第十章为全文结论。

2引言

2.1系统整体框架

为了使小车沿着规定的赛道自动寻找黑色引导线并尽可能地高速前进，小车必须具备一套集导引