第1章 绪
11 课题背景
目前企业生产技术断提高动化技术求断加深环境智车辆智车辆基础开发出产品已成动化物流运输柔性生产组织等系统关键设备世界许国家积极进行智车辆研究开发设计智车辆车辆集环境感知规划决策等级辅助驾驶等功体综合系统具道路障碍动识动报警动制动动保持安全距离车速巡航控制等功智车辆特点复杂道路情况动操驾驶车辆绕开障碍物着预定道路(轨迹)行进智车辆原车辆系统基础增加智化技术设备
1) 计算机处理系统完成摄机获取图预处理增强分
析识等工作
2) 摄机获道路图信息
3) 传感器设备车速传感器获前车速障碍物传感器获前方侧
方方障碍物等信息
智车辆作移动机器重分支正越越关注
12 国外发展现状趋势
智化作现代社会新产物发展方预先设定模式特定环境里动运作需理便完成预期达更高目标遥控车遥控车需控制转启停进退较先进遥控车控制速度智车通计算机编程实现行驶方启停速度控制需工干预集环境感知规划决策动行驶等功体综合系统集中运计算机传感信息通信导航工智动控制等技术典型高新技术综合体
国外智车辆研究历史较长发展历程体分成三阶段：
第阶段 20世纪50年代智车辆研究初始阶段1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发世界第台引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）
第二阶段 80年代中期开始世界发达国家智车辆开展卓成效研究欧洲普罗米修斯项目开始领域探索美洲美国成立国家动高速公路系统联盟（NAHSC）亚洲日成立高速公路先进巡航辅助驾驶研究会
第三阶段 90年代开始智车辆进入深入系统规模研究阶段突出美国卡基梅隆学（Carnegie Mellon University）机器研究完成Navlab系列10台车（Navlab1—Navlab10）研究取显著成
国开展智车辆技术方面研究起步较晚开始20世纪80年代数研究处针某单项技术研究阶段然国智车辆技术方面研究总体落发达国家存定技术差距取系列成果：
1) 中国第汽车集团公司国防科技学机电工程动化学院2003年研制成
功国第辆驾驶轿车
2) 南京理工学北京理工学浙江学国防科技学清华学等院
校联合研制7B8军室外车该车装彩色摄机激光雷达陀螺惯导定位等传感器
预计国飞速发展济实力智车辆研究提供更加广阔前景智车进行深入细致研究加深课堂学理知识更理转化实际运坚实基础
13 课题研究目意义
图识技术信息时代门重技术产生目计算机代类处理量物理信息着计算机技术发展类图识技术认识越越深刻图识技术程分信息获取预处理特征抽取选择分类器设计分类决策图处理技术应广泛类生活法离开图识技术研究图识技术具重意义
通毕业设计学基础课专业课等方面知识进行次全面复够培养综合运学知识解决实际工程技术问题力培养设计计算编写设计文件规范手册应计算机力培养独立思考解决问题组合作力培养调查研究查阅技术文献编写相关文档力通毕业设计学时学知识运实际中够更课知识实际结合起
第2章 系统硬件设计
21 系统设计方案概述
图21 系统整体框图
基图识寻迹智车系统总体结构图21示系统电源组件检测组件控组件输出组件 4 部分构成电源组件采电池供电电压转换芯片转换模块需电压检测组件摄头模块测速模块组成 控组件采 ARM 芯片作控制核心输出组件电机控制模块显示模块组成显示模块包含图实时显示速度实时显示
22 控模块电路
STM32系统图22示系统 CPU电源模块时钟模块复位模块BOOT 启动模块载模块组成STM32F103ZET6 款 32 位 ARM 芯片电源模块采 SPX1117 电压转换芯片相关电路系统需电压时钟模块采 8 MHz 32768 kHz 晶振分作芯片备时钟源 RTC 时钟源复位模块包括电复位键复位电路BOOT 启动模块作设置启动模式通 BOOT0 BOOT1 设置： BOOT0 0 时CPU 执行片 FLASH 代码 BOOT0 1BOOT1 0 时系统模式串口载模式 BOOT0 BOOT1 均 1 时CPU 执行 SRAM 部代码载模块采 JTAG 载
图22 STM32系统
23 电源模块电路
电路模块需电压设计需种电源供电STM32F103控芯片采33V供电电机驱动采5V12V红外收发检测电路采5V33V液晶显示触角传感电路均采33V供电外部电源采12V直流电压根设计求设计进行电源转换设计
采KA7805芯片实现12V5V转换KA7805作输入5V直流电压输出5V直流电压脚较少易连接实现稳定性高设计采LM111733芯片5V转换33V具体电路设计图23 示
图23 电源模块电路
24 图采集模块电路
图采集模块电路图 24示该模块采 CMOS 图传感器 OV7725 图采集原理：首先OV7725 捕捉原始信号输入模拟处理器中处理分成 G RB 两路输入 AD 转换器 AD 转换器处理转换成数字信号然输入 FIFO单片机 FIFO 读取处理数采集图FIFO 存储摄头采集图数存储空间 3 M
摄头采集完幅图帧中断信号输入 CPU CPU 收帧中断信号 WEN HREF引脚电拉高图数存入 FIFO CPU 次收帧中断信号 表明图数已存入 FIFO时关闭帧中断 WEN 电拉低 避免图数次写入 FIFO
图24 图采集模块电路
25 速度检测模块电路
车行驶速度常检测方法包括霍尔传感器测速光电编码器测速光电传感器测速霍尔传感器体积相较光电编码器驱动齿轮电机容易受磁场干扰光电传感器结构简单测速精度高反应快设计采光电传感器测速光电测速模块图25示速度检测原理：车行驶时车轮会带动光电码盘转动码盘中没障碍物时红外发出红外信号红外接收接收输出电压较值LM393N 较 输出开关量码盘 20 格没障碍物码盘周长 20 1 脉车子行走距离 S时开定时器计数器定时 T脉计数 n时间时间清零重新计数车速度：
V S × nT
图25 速度检测模块电路
26 电机控制模块电路
电机控制包括电机驱动电机调速 2 部分设计采 L293D 控制 4 台直流电机台直流电机端接端接 L239D 输出端 L293D 输入端接 IO 口第 1 脚第 9 脚状态需控制 IO 口电状态控制电机电机驱动模块图26示
车赛道行驶防止出赛道需赛道采安全速度直流电机速度调节设计中综合采 PWM 控制PID 控制棒
棒控制技术PWM 控制路径车安全行驶速度PID 调速维持路段速度棒棒控制路径切换时调速
1)PWM 控制计数器时钟驱动计数计数器值加输出较寄存器值相等时 IO 口电翻转接着计数计满计数器清零重新开始计数
2) PID 控制PID 控制例(P)积分(I)微分(D)通线性组合进行控制例系数越调节速度越快果例作太 会系统稳定性降低积分调节会系统动态响应变慢积分环节常 PI 者 PID 组合形式出现微分环节够反映系统偏差变化率预测偏差动态变化引入容易引起震荡 般 PD 者 PID 组合形式出现
3) 棒棒控制棒棒控制种极限控制作车速度瞬间达者值保证车完成路径切换动作
图26 电机控制模块电路
车运动状态通电机AB方转动实现电机正转反转停止三种状态电机IO口进行控制表21IO端口状态电机制动表
L293D芯片采5V(VSS)7V(VS)直压供电ENAENB分STM32F103控芯片TIM3_CH3PB1ADC_IN9TIM3_CH4控制产生PWM1PWM2两路PWM波输出IN1IN4分PE3PE6实现IO输出控制电机转动方
表21 IO端口状态电机制动表
电机A
IN1
IN2
电机B
IN3
IN4
停止
0
0
停止
0
0
正转
1
0
正转
1
0
反转
0
1
反转
0
1
－
1
1
－
1
1
27 OLED液晶屏显示模块
模块片 OLED 玻璃屏幕驱动 PCB 板组成模块分辨率 128x64置升压电路（OLED 点亮显示 8~14V 高电压）复位电路 3~5V 电源输入电压采 I2C 总线通电路连接简洁 096 英寸 1 元硬币差体积带功耗 3mA 左右电流显示容原理： OLED 屏素点理解成 LED 灯玻璃片嵌入 8192（ 128x64） LED应 LED 点亮熄灭形成图案文字OLED 传统 LCD 屏差异款屏没部字库英文汉字事先取模导出数表文字显示理解成素图片汉字素 16x16英文数字素 8x16OLED集成模块图27示
图27 OLED液晶显示屏
第3章 系统软件设计
31 IAR开发环境简介
IAR Systems全球领先嵌入式系统开发工具服务供应商提供产品服务涉嵌入式系统设计开发测试阶段包括：带CC++编译器调试器集成开发环境(IDE)实时操作系统中间件开发套件硬件仿真器状态机建模工具IAR软件嵌入式设计软件产品中优质开发工具著名产品C编译器IAR Embedded Workbench支持众知名半导体公司微处理器许全球著名公司IAR SYSTEMS提供开发工具开发前产品消费电子工业控制汽车应医疗航空航天手机应系统
IAR Embedded Workbench for ARM IAR Systems公司ARM微处理器开发集成开发环境较ARM开发环境IAR EWARM具入门容易方便代码紧凑等特点IAR EWARM中包含全软件模拟程序（simulator）户需硬件支持模拟种ARM核外部设备甚中断软件运行环境中解评估IAR EWARM功法IAR EWARM包含项目理器编辑器编译连接工具支持RTOS调试工具该环境CC++汇编语言方便开发嵌入式应程序IAR EWARM界面图31示
图31 IAR EWARM界面
32 程序设计
车行驶程中摄头进行图采集采集图进行图噪提取行黑线中心位置分析前方路径信息针路径信息采取方式控制电机速度方
整车控制系统程序设计采模块化编程思想整程序流程图图32示系统初始化首先进行路径行驶速度设定然摄头进行道路信息采集传送 CPU 进行路径判断CPU 路径判断处理采PID 控制者棒棒控制时控制相应电机转动样车够利着路径行驶车行驶程中 2 种状态种着路径行驶种路径切换 2 种状态分采控制方法 着路径行驶时采 PID 控制目保证车路径时稳定速度行驶进行路径切换时采棒棒控制车弯道时安全速度采棒棒控制够保证车路径切换时速度瞬间达弯道适合速度值
图32 程序流程图
33 图采集处理子程序
331 图采集设计
首先开启行中断场中断摄头逐行扫描素点 Dot_cnt行素 240 点扫描完毕进入行中断行数 Row_cnt 加 1接着扫描行第 320 行扫描完毕进入场中断幅图采集完毕关闭中断 Dot_cnt Row_cnt 清零循环执行述程连续进行图采集图采集流程图33示
图33 图采集流程
332图噪设计
图噪滤噪声减少噪声影响便准确提取路径信息设计中考虑实时性求采中值滤波进行图噪实现思想整幅图中选取合适素窗口接着窗口中素点灰度值进行排序取中间点作窗口中心点新灰度值移动窗口循环执行述程具体实现方法图34示
图34 图噪流程
333 黑线中心提设计
图进行噪黑线中心进行提取目前常黑线中心提取方法重心提取算法车行驶路径白色背景黑色胶带组成两者间灰度值相差通阈值区分黑点白点行左右判断素点灰度值否()该阈值确定处否黑线点图灰度阈值般取 128 左右宜针图矩阵数中行 左右次较素点阈值灰度值某素点灰度值者等阈值判定该点应白色反判定该点属黑色路径区域图行出黑点位置坐标然黑点位置坐标相加黑点数量图行黑点重心位置黑线中心提取流程图35示
图35 黑线中心提取流程
图35黑线中心提流程图
334 路径识设计
文应路径识中常曲率计算法黑线中心 幅图取固定 2行点 AB图36（a） AB 般整幅图 13 23行处点 连接 2 点 做出 2 点连线垂直分线垂直分线整幅图第 23 行交点 C 求出△ABC外接圆半径 RR 倒数路径曲率 ρ实现方法图35（b）示
实验程中车行驶轨迹直道弯道 S 路径组成 S 路径 曲率 ρ 0 车方转折点车走 S 线时需进行左转需进行右转时简单 ρ 控制车方速度果 ρ 等 0 时车左转判断车右转
条件 1 次 ρ 0 等 0 ρ 值
（a） （b）
图35 路径识流程
33 循迹子程序
图36 循迹子流程
循迹模式键时车进入循迹模式流程图图36车置黑迹进入循迹模式控芯片控制红外探测器时左右红外探测器均未检测出界车开始前行走根左右探测器检测信号车运动状态进行相应调整车设定轨迹行走实现简单循迹功
第4章 系统样机测试
41 系统样机
设计系统样机图41示
图41系统样机
42 测试
测试 设计中研究摄头循迹车实现循迹功 摄头采集图较清晰 够实时更新显示路径车速 直线行驶速度达 25 cms路径车表现较鲁棒性车着黑线行驶测试程中 通设置 PWM 跳变值(定时器计数值等跳变值时电翻转)控制占空 程序中动重装载寄存器值 1 000 计满 1 000 重新计数测试结果表 1 示
表41出车左转ρ 001时左右两边跳变值左右电机转速车运行效果数记录表41知左电机跳变值等600跳变值差200 左右时车完成循迹电机速度较达 650右电机速度少
车完成循迹原受调速性限制车循迹时行驶速度较弯道曲率分析类似
表41 ρ 001时数记录
左电机
跳变值
右电机
跳变值
左电机转速
(cm·s 1)
右电机转速
(cm·s 1)
车
否循迹
550
700
10
25
否
550
750
10
30
550
800
10
35
否
600
750
15
25
否
600
800
15
35
600
850
15
40
否
650
800
20
35
否
650
850
20
40
否
650
900
20
45
否
第5章 总结
文根设计容求制定设计方案逐步完成硬件软件部分设计整系统STM32控芯片实现车简单运动控制中硬件部分包括STM32F103核心电路外围电路包括电源模块电路图采集模块电路速度检测模块电路电机控制模块电路OLED液晶屏显示模块电路完成部分电路设计Altium Designer画出电路设计原理图软件部分STM32集成开发环境IAR EWARM 53编写模块程序包括图采集子程序循迹子程序通控制程序模块融合起整设计硬件软件相结合实现车控制车够做出前进退左转右转等动作通液晶显示器实时显示车运动参数通传感检测电路实现简单避障循迹功文基完成硬件软件设计符合设计求
设计实际应相结合利高性STM32F103芯片摄头采集头进行处理检测路面障碍物等周围环境通高性软件设计实现型电动车智控制具强现实意义着智控制技术传感检测技术飞速发展作智机器雏形智车探测考古娱乐领域广泛应尤足球机器研究方面发展前景智机器发展火荼期智车控制系统研制提供更利研制手段方法助推动智机器发展初次接触STM32F10x系列芯片先进中断响应系统未掌握传感信号接收选择般IO口基STM32F103高性反应速度满足设计求充分利芯片资源更实时控制部分改进外车转弯程车速未做区次设计中PWM波占空控制12车会速度高导致转弯程中方易控制总说设计方案较完善基达设计求
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11 课题背景
目前企业生产技术断提高动化技术求断加深环境智车辆智车辆基础开发出产品已成动化物流运输柔性生产组织等系统关键设备世界许国家积极进行智车辆研究开发设计智车辆车辆集环境感知规划决策等级辅助驾驶等功体综合系统具道路障碍动识动报警动制动动保持安全距离车速巡航控制等功智车辆特点复杂道路情况动操驾驶车辆绕开障碍物着预定道路(轨迹)行进智车辆原车辆系统基础增加智化技术设备
1) 计算机处理系统完成摄机获取图预处理增强分
析识等工作
2) 摄机获道路图信息
3) 传感器设备车速传感器获前车速障碍物传感器获前方侧
方方障碍物等信息
智车辆作移动机器重分支正越越关注
12 国外发展现状趋势
智化作现代社会新产物发展方预先设定模式特定环境里动运作需理便完成预期达更高目标遥控车遥控车需控制转启停进退较先进遥控车控制速度智车通计算机编程实现行驶方启停速度控制需工干预集环境感知规划决策动行驶等功体综合系统集中运计算机传感信息通信导航工智动控制等技术典型高新技术综合体
国外智车辆研究历史较长发展历程体分成三阶段：
第阶段 20世纪50年代智车辆研究初始阶段1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发世界第台引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）
第二阶段 80年代中期开始世界发达国家智车辆开展卓成效研究欧洲普罗米修斯项目开始领域探索美洲美国成立国家动高速公路系统联盟（NAHSC）亚洲日成立高速公路先进巡航辅助驾驶研究会
第三阶段 90年代开始智车辆进入深入系统规模研究阶段突出美国卡基梅隆学（Carnegie Mellon University）机器研究完成Navlab系列10台车（Navlab1—Navlab10）研究取显著成
国开展智车辆技术方面研究起步较晚开始20世纪80年代数研究处针某单项技术研究阶段然国智车辆技术方面研究总体落发达国家存定技术差距取系列成果：
1) 中国第汽车集团公司国防科技学机电工程动化学院2003年研制成
功国第辆驾驶轿车
2) 南京理工学北京理工学浙江学国防科技学清华学等院
校联合研制7B8军室外车该车装彩色摄机激光雷达陀螺惯导定位等传感器
预计国飞速发展济实力智车辆研究提供更加广阔前景智车进行深入细致研究加深课堂学理知识更理转化实际运坚实基础
13 课题研究目意义
图识技术信息时代门重技术产生目计算机代类处理量物理信息着计算机技术发展类图识技术认识越越深刻图识技术程分信息获取预处理特征抽取选择分类器设计分类决策图处理技术应广泛类生活法离开图识技术研究图识技术具重意义
通毕业设计学基础课专业课等方面知识进行次全面复够培养综合运学知识解决实际工程技术问题力培养设计计算编写设计文件规范手册应计算机力培养独立思考解决问题组合作力培养调查研究查阅技术文献编写相关文档力通毕业设计学时学知识运实际中够更课知识实际结合起
第2章 系统硬件设计
21 系统设计方案概述
图21 系统整体框图
基图识寻迹智车系统总体结构图21示系统电源组件检测组件控组件输出组件 4 部分构成电源组件采电池供电电压转换芯片转换模块需电压检测组件摄头模块测速模块组成 控组件采 ARM 芯片作控制核心输出组件电机控制模块显示模块组成显示模块包含图实时显示速度实时显示
22 控模块电路
STM32系统图22示系统 CPU电源模块时钟模块复位模块BOOT 启动模块载模块组成STM32F103ZET6 款 32 位 ARM 芯片电源模块采 SPX1117 电压转换芯片相关电路系统需电压时钟模块采 8 MHz 32768 kHz 晶振分作芯片备时钟源 RTC 时钟源复位模块包括电复位键复位电路BOOT 启动模块作设置启动模式通 BOOT0 BOOT1 设置： BOOT0 0 时CPU 执行片 FLASH 代码 BOOT0 1BOOT1 0 时系统模式串口载模式 BOOT0 BOOT1 均 1 时CPU 执行 SRAM 部代码载模块采 JTAG 载
图22 STM32系统
23 电源模块电路
电路模块需电压设计需种电源供电STM32F103控芯片采33V供电电机驱动采5V12V红外收发检测电路采5V33V液晶显示触角传感电路均采33V供电外部电源采12V直流电压根设计求设计进行电源转换设计
采KA7805芯片实现12V5V转换KA7805作输入5V直流电压输出5V直流电压脚较少易连接实现稳定性高设计采LM111733芯片5V转换33V具体电路设计图23 示
图23 电源模块电路
24 图采集模块电路
图采集模块电路图 24示该模块采 CMOS 图传感器 OV7725 图采集原理：首先OV7725 捕捉原始信号输入模拟处理器中处理分成 G RB 两路输入 AD 转换器 AD 转换器处理转换成数字信号然输入 FIFO单片机 FIFO 读取处理数采集图FIFO 存储摄头采集图数存储空间 3 M
摄头采集完幅图帧中断信号输入 CPU CPU 收帧中断信号 WEN HREF引脚电拉高图数存入 FIFO CPU 次收帧中断信号 表明图数已存入 FIFO时关闭帧中断 WEN 电拉低 避免图数次写入 FIFO
图24 图采集模块电路
25 速度检测模块电路
车行驶速度常检测方法包括霍尔传感器测速光电编码器测速光电传感器测速霍尔传感器体积相较光电编码器驱动齿轮电机容易受磁场干扰光电传感器结构简单测速精度高反应快设计采光电传感器测速光电测速模块图25示速度检测原理：车行驶时车轮会带动光电码盘转动码盘中没障碍物时红外发出红外信号红外接收接收输出电压较值LM393N 较 输出开关量码盘 20 格没障碍物码盘周长 20 1 脉车子行走距离 S时开定时器计数器定时 T脉计数 n时间时间清零重新计数车速度：
V S × nT
图25 速度检测模块电路
26 电机控制模块电路
电机控制包括电机驱动电机调速 2 部分设计采 L293D 控制 4 台直流电机台直流电机端接端接 L239D 输出端 L293D 输入端接 IO 口第 1 脚第 9 脚状态需控制 IO 口电状态控制电机电机驱动模块图26示
车赛道行驶防止出赛道需赛道采安全速度直流电机速度调节设计中综合采 PWM 控制PID 控制棒
棒控制技术PWM 控制路径车安全行驶速度PID 调速维持路段速度棒棒控制路径切换时调速
1)PWM 控制计数器时钟驱动计数计数器值加输出较寄存器值相等时 IO 口电翻转接着计数计满计数器清零重新开始计数
2) PID 控制PID 控制例(P)积分(I)微分(D)通线性组合进行控制例系数越调节速度越快果例作太 会系统稳定性降低积分调节会系统动态响应变慢积分环节常 PI 者 PID 组合形式出现微分环节够反映系统偏差变化率预测偏差动态变化引入容易引起震荡 般 PD 者 PID 组合形式出现
3) 棒棒控制棒棒控制种极限控制作车速度瞬间达者值保证车完成路径切换动作
图26 电机控制模块电路
车运动状态通电机AB方转动实现电机正转反转停止三种状态电机IO口进行控制表21IO端口状态电机制动表
L293D芯片采5V(VSS)7V(VS)直压供电ENAENB分STM32F103控芯片TIM3_CH3PB1ADC_IN9TIM3_CH4控制产生PWM1PWM2两路PWM波输出IN1IN4分PE3PE6实现IO输出控制电机转动方
表21 IO端口状态电机制动表
电机A
IN1
IN2
电机B
IN3
IN4
停止
0
0
停止
0
0
正转
1
0
正转
1
0
反转
0
1
反转
0
1
－
1
1
－
1
1
27 OLED液晶屏显示模块
模块片 OLED 玻璃屏幕驱动 PCB 板组成模块分辨率 128x64置升压电路（OLED 点亮显示 8~14V 高电压）复位电路 3~5V 电源输入电压采 I2C 总线通电路连接简洁 096 英寸 1 元硬币差体积带功耗 3mA 左右电流显示容原理： OLED 屏素点理解成 LED 灯玻璃片嵌入 8192（ 128x64） LED应 LED 点亮熄灭形成图案文字OLED 传统 LCD 屏差异款屏没部字库英文汉字事先取模导出数表文字显示理解成素图片汉字素 16x16英文数字素 8x16OLED集成模块图27示
图27 OLED液晶显示屏
第3章 系统软件设计
31 IAR开发环境简介
IAR Systems全球领先嵌入式系统开发工具服务供应商提供产品服务涉嵌入式系统设计开发测试阶段包括：带CC++编译器调试器集成开发环境(IDE)实时操作系统中间件开发套件硬件仿真器状态机建模工具IAR软件嵌入式设计软件产品中优质开发工具著名产品C编译器IAR Embedded Workbench支持众知名半导体公司微处理器许全球著名公司IAR SYSTEMS提供开发工具开发前产品消费电子工业控制汽车应医疗航空航天手机应系统
IAR Embedded Workbench for ARM IAR Systems公司ARM微处理器开发集成开发环境较ARM开发环境IAR EWARM具入门容易方便代码紧凑等特点IAR EWARM中包含全软件模拟程序（simulator）户需硬件支持模拟种ARM核外部设备甚中断软件运行环境中解评估IAR EWARM功法IAR EWARM包含项目理器编辑器编译连接工具支持RTOS调试工具该环境CC++汇编语言方便开发嵌入式应程序IAR EWARM界面图31示
图31 IAR EWARM界面
32 程序设计
车行驶程中摄头进行图采集采集图进行图噪提取行黑线中心位置分析前方路径信息针路径信息采取方式控制电机速度方
整车控制系统程序设计采模块化编程思想整程序流程图图32示系统初始化首先进行路径行驶速度设定然摄头进行道路信息采集传送 CPU 进行路径判断CPU 路径判断处理采PID 控制者棒棒控制时控制相应电机转动样车够利着路径行驶车行驶程中 2 种状态种着路径行驶种路径切换 2 种状态分采控制方法 着路径行驶时采 PID 控制目保证车路径时稳定速度行驶进行路径切换时采棒棒控制车弯道时安全速度采棒棒控制够保证车路径切换时速度瞬间达弯道适合速度值
图32 程序流程图
33 图采集处理子程序
331 图采集设计
首先开启行中断场中断摄头逐行扫描素点 Dot_cnt行素 240 点扫描完毕进入行中断行数 Row_cnt 加 1接着扫描行第 320 行扫描完毕进入场中断幅图采集完毕关闭中断 Dot_cnt Row_cnt 清零循环执行述程连续进行图采集图采集流程图33示
图33 图采集流程
332图噪设计
图噪滤噪声减少噪声影响便准确提取路径信息设计中考虑实时性求采中值滤波进行图噪实现思想整幅图中选取合适素窗口接着窗口中素点灰度值进行排序取中间点作窗口中心点新灰度值移动窗口循环执行述程具体实现方法图34示
图34 图噪流程
333 黑线中心提设计
图进行噪黑线中心进行提取目前常黑线中心提取方法重心提取算法车行驶路径白色背景黑色胶带组成两者间灰度值相差通阈值区分黑点白点行左右判断素点灰度值否()该阈值确定处否黑线点图灰度阈值般取 128 左右宜针图矩阵数中行 左右次较素点阈值灰度值某素点灰度值者等阈值判定该点应白色反判定该点属黑色路径区域图行出黑点位置坐标然黑点位置坐标相加黑点数量图行黑点重心位置黑线中心提取流程图35示
图35 黑线中心提取流程
图35黑线中心提流程图
334 路径识设计
文应路径识中常曲率计算法黑线中心 幅图取固定 2行点 AB图36（a） AB 般整幅图 13 23行处点 连接 2 点 做出 2 点连线垂直分线垂直分线整幅图第 23 行交点 C 求出△ABC外接圆半径 RR 倒数路径曲率 ρ实现方法图35（b）示
实验程中车行驶轨迹直道弯道 S 路径组成 S 路径 曲率 ρ 0 车方转折点车走 S 线时需进行左转需进行右转时简单 ρ 控制车方速度果 ρ 等 0 时车左转判断车右转
条件 1 次 ρ 0 等 0 ρ 值
（a） （b）
图35 路径识流程
33 循迹子程序
图36 循迹子流程
循迹模式键时车进入循迹模式流程图图36车置黑迹进入循迹模式控芯片控制红外探测器时左右红外探测器均未检测出界车开始前行走根左右探测器检测信号车运动状态进行相应调整车设定轨迹行走实现简单循迹功
第4章 系统样机测试
41 系统样机
设计系统样机图41示
图41系统样机
42 测试
测试 设计中研究摄头循迹车实现循迹功 摄头采集图较清晰 够实时更新显示路径车速 直线行驶速度达 25 cms路径车表现较鲁棒性车着黑线行驶测试程中 通设置 PWM 跳变值(定时器计数值等跳变值时电翻转)控制占空 程序中动重装载寄存器值 1 000 计满 1 000 重新计数测试结果表 1 示
表41出车左转ρ 001时左右两边跳变值左右电机转速车运行效果数记录表41知左电机跳变值等600跳变值差200 左右时车完成循迹电机速度较达 650右电机速度少
车完成循迹原受调速性限制车循迹时行驶速度较弯道曲率分析类似
表41 ρ 001时数记录
左电机
跳变值
右电机
跳变值
左电机转速
(cm·s 1)
右电机转速
(cm·s 1)
车
否循迹
550
700
10
25
否
550
750
10
30
550
800
10
35
否
600
750
15
25
否
600
800
15
35
600
850
15
40
否
650
800
20
35
否
650
850
20
40
否
650
900
20
45
否
第5章 总结
文根设计容求制定设计方案逐步完成硬件软件部分设计整系统STM32控芯片实现车简单运动控制中硬件部分包括STM32F103核心电路外围电路包括电源模块电路图采集模块电路速度检测模块电路电机控制模块电路OLED液晶屏显示模块电路完成部分电路设计Altium Designer画出电路设计原理图软件部分STM32集成开发环境IAR EWARM 53编写模块程序包括图采集子程序循迹子程序通控制程序模块融合起整设计硬件软件相结合实现车控制车够做出前进退左转右转等动作通液晶显示器实时显示车运动参数通传感检测电路实现简单避障循迹功文基完成硬件软件设计符合设计求
设计实际应相结合利高性STM32F103芯片摄头采集头进行处理检测路面障碍物等周围环境通高性软件设计实现型电动车智控制具强现实意义着智控制技术传感检测技术飞速发展作智机器雏形智车探测考古娱乐领域广泛应尤足球机器研究方面发展前景智机器发展火荼期智车控制系统研制提供更利研制手段方法助推动智机器发展初次接触STM32F10x系列芯片先进中断响应系统未掌握传感信号接收选择般IO口基STM32F103高性反应速度满足设计求充分利芯片资源更实时控制部分改进外车转弯程车速未做区次设计中PWM波占空控制12车会速度高导致转弯程中方易控制总说设计方案较完善基达设计求
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