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摘要 本文以第十四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能小车大赛为背景，详细阐述了基于MT9V034的自导航循迹小车的制作过程，内容包括电路设计方案、机械结构修改、算法设计与实现、参数设定及车辆调试等半岛·体育网站平台登陆，涉及自动控制、无线通信、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科。为了控制此智能小车，采用飞思卡尔公司的32位单片机LQ-KV58P144-SYSVG作为控制器，利用CMOS传感器采集路况信息，结合车速传感器、电机、舵机、电路状况信息，以及由车速传感器、电机、舵机、电池等组成的电路进行信息处理，达到路径识别的目的，控制模型车在跑道上高速稳定行驶。软件系统采用开发工具IARSystems进行编程开发，使用J-Link进行程序执行，使用蓝牙传输数据进行在线调试，这些工具的使用使得软件能够利用蓝牙传输数据进行在线调试，这些工具的使用保证了软件的设计、编程和调试的顺利进行。通过一系列的调试，系统基本实现了路径识别功能，在实际测试中，小车也比较好的完成了循线任务。 关键词：图像，图像处理，轨迹形状识别，控制策略，MT9V034神眼摄像机 摘要 本文以第十四届飞思卡尔杯全国大学生智能车大赛为背景，详细阐述了基于MT9V034的自导循迹小车的制作过程，内容包括电路设计方案、机械结构修改、算法设计与实现、参数设置以及车辆调试等。涉及自动控制、无线通信、传感技术、汽车电子、电气、控制器、机械、能源等学科。本智能车以Freescale公司的32位单片机lq-kv58p144-sysV Go为核心控制器，利用CMOS视频传感器采集道路信息，通过车速传感器、电机、转向发动机、电池等组成的电路进行信息处理，达到路径识别的目的，控制模型车在跑道上高速稳定行驶。软件系统采用开发工具IARSystems进行编程开发，使用j-link进行程序下载，使用蓝牙传输的数据进行在线调试，该工具的使用确保了软件的设计编程和调试。经过一系列的调试，系统基本实现了路径识别功能，在实际的测试中，该车也比较好的完成了沿跑道行驶的任务。关键词：图像采集,图像处理,轨迹形状识别,控制策略,MT9V034EyeCamera目录第1章概述11.1.研究背景11.2.系统解决方案21.3.章节安排3第2章整体解决方案概述42.1.设计理念42.2.传感器选型4第3章机械设计53.1.舵机安装53.2.相机安装53.2.1.相机支架安装53.2.2.相机夹具安装63.3.编码器安装83.4.电池安装93.5.六轴陀螺仪安装93.6.其他机械结构安装10第4章系统硬件描述114.1.KV58 MCU最小系统114.2.电源模​​块114.3.电机驱动模块134.4.摄像头模块154.5.速度传感器154.6. 伺服控制模块164.7. 电磁检测模块174.8. 簧片开关模块174.9. 陀螺仪模块184.10. 主板设计18第五章软件设计205.1. 图像205.2. 图像处理205.3. 控制策略205.3.1. 经典PID控制算法205.3.2. 轨迹类型确定225.3.3. 伺服控制策略225.3.4. 电机控制策略23第六章开发工具及制作调试流程246.1. 上位机开发工具246.2. 蓝牙调试工具246.3. MATLAB调试24第七章智能小车主要技术参数25第八章结束语268.1. 存在的问题及改进措施268.2.致谢 26 参考文献 27 附录A:电路原理图 28 附录B::算法子程序 算法子程序 33 第十四届NXP杯智能车大赛 第一章绪论 1.1.研究背景简介 全国大学生“飞思卡尔”杯智能车大赛起源于韩国，是由韩国汉阳大学在飞思卡尔半导体公司支持下，以HCS12单片机为微控制器举办的一项针对大学生的大型课外科技竞赛。

组委会提供标准车模、直流电机、充电电池，参赛队伍需在专门设计的跑道上，制作能自主辨识路径、自动识别道路的智能小车，以最快完成全程且不跑出跑道、技术报告得分较高的选手获胜。设计内容涵盖控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生知识的融合、实践技能的培养有很好的促进作用。为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，推动高等教育教学改革，全国大学生智能车大赛由教育部高等教育司委托教育部自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分委员会）主办，本次大赛是以智能汽车为研究对象的创意型科技竞赛。它是面向全国大学生开展的探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。竞赛以“注重训练、强调参与、鼓励探索、追求卓越”的思想为指导，旨在推进高等院校素质教育，培养大学生综合知识应用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科研探索的积极性和潜能，提倡理论与潜能相结合，提倡理论实践、求真务实的学风和团队合作的人文实践，为优秀人才脱颖而出创造条件。

全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车大赛由大赛办公室、标准软硬件办公室、标准软硬件技术平台共同策划，大赛流程包括理论设计、实际生产、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，共同协作，初步体验一个工程研发项目从设计到实施的全过程。大赛集科学性、趣味性、观赏性于一体，是一项以快速发展、前景广阔的汽车电子为背景的创意性大赛，涵盖自动控制、模式识别、传感器技术、电子、电气、计算机、机械、汽车等多学科专业。大赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，力争向健康、普及、可持续的方向发展。大赛由飞思卡尔半导体公司联合承办，得到了教育部相关领导、飞思卡尔领导及各高校师生的高度评价。已发展成为全国30个省市近300所高校广泛参与的全国大学生智能汽车大赛，自2008年起被教育部批准列入国家级理科人文竞赛资助的教学质量与教学改革项目。全国大学生智能汽车大赛原则上面向全国（含港澳地区）设有自动化专业的高校开放。大赛将先在各分赛区进行报名、预赛，各分赛区优胜队伍参加全国总决赛。

每届大赛根据参赛队伍及队员设置多个赛组，包括光电组、摄像组、电磁组、电轨组（2016年新增）、创意组等，各校可根据大赛规则选拔不同组别的参赛队伍。全国大学生智能汽车大赛的组织运作模式，贯彻“倡导、赞助、学生主体、社会参与”十六字方针，充分调动各方参与积极性。全国大学生智能汽车大赛一般在每年10月公布次年大赛主题及组织方式，并开始接受报名，次年3月进行相关技术培训，7月举办区域赛，8月举办全国总决赛。全国大学生“飞思卡尔”杯智能车大赛是在指定的模型车平台上，采用飞思卡尔半导体公司的8位和16位单片机作为控制模块，通过添加道路传感器、电机驱动电路、编写相应软件等方式，制作出能够自主识别道路的模型车，让汽车沿着规定的路线行驶，以最短时间完成比赛者为优胜者。因此，该项比赛涉及控制、模式识别、传感器技术、电子、电气、计算机、力学等多个学科。“飞思卡尔”杯智能车大赛由飞思卡尔半导体公司联合主办，自2006年第一届起，已成功举办了九届，得到了教育部副部长吴启迪、科技司司长张耀学、飞思卡尔公司领导以及各高校师生的高度评价。目前，该赛事已发展成为全国范围内广泛参与的大学生智能汽车赛事，有全国30个省市200多所高校参赛。

2008 年第三届被教育部批准列入国家级教学质量与教学改革项目资助的 9 项理科人文学科竞赛，2009 年第四届被邀请申报国家级教学质量与教学改革项目。 1.2 系统方案介绍 在方案设计过程中，我们参考了往届参赛学长们的程序源码和设计思路，同时也参考了许多其他学校在往届比赛中的技术报告，如：华东交通大学、惠州学院、北京科技大学、东北大学等，在国内他们对智能小车的研究起步较早，如东北大学首创的三点曲率确定法，比赛过程中，驾驶员可以根据现场调试、试车时的情况，通过拨码开关适当更改参数。对于光电组来说，提高小车速度和稳定性的实际问题是如何更早更准的提取轨道信息，并很好的处理这些信息。所以我们今年采取的策略是通过在TFT屏幕上不断打印图像以及与轨道中心线的偏差等重要参数来确定相关图像的处理算法的参数。 1.3.章节安排 第一章为绪论，主要介绍研究背景，系统解决方案等。第二章为整体解决方案概述，主要介绍整个智能车的设计和制作。第三章为机械设计部分，主要介绍整个智能车的舵机，电池，摄像头等的安装方案。

第4章为系统硬件设计部分，主要介绍智能车硬件电路的设计与实现以及原理分析。第5章为软件设计部分，主要介绍智能车功能实现过程中用到的算法和原理。第6章为开发工具及制作调试过程，主要介绍开发软件的使用和调试方法。第7章为智能车相关参数说明，主要介绍智能车整体制作过程中的收获。第8章为结论，主要介绍智能车整体制作过程中的收获、尚存在的问题及改进方案，并对相关人员表示感谢。之后为参考文献，主要说明我们在制作过程中参考的技术参考书目。附录A为电路原理图，主要展示智能车各个模块的电路原理图。附录B为算法子程序，主要记录了智能车运行的部分源代码。算法子程序主要记录了智能小车运行的部分源代码。 算法子程序主要记录了智能小车运行的部分源代码。 3 第十四届NXP杯智能车大赛 第二章 总体方案概述 2.1.设计理念 智能小车主要由检测系统、动力系统、控制决策系统三方面组成。检测系统主要有MT9V034、干簧管、电磁传感器、六轴陀螺仪、TOF五种方案；控制决策系统采用大赛组委会提供的32位单片机LQ-KV58P144-SYSVG作为主控芯片；动力系统主要控制舵机的转向角度和直流电机的转速。

总体流程为：检测系统检测到系统的路径信息，经过控制决策系统的分析判断后，动力系统控制直流电机的路径信息，经过控制决策系统的分析判断后，动力系统控制直流电机给出合适的转速，同时控制舵机给出合适的角度，从而控制智能小车平稳快速的行驶。 2.2.传感器的选择 赛道使用的传感器主要有三种：MT9V034、电磁传感器、编码器和。根据前辈的经验，光线是影响摄像头图像的主要因素，而MT9V034摄像头可以精确的确定每一个像素点的灰度值，可以准确的判断赛道图形，可以有效的改善光线对摄像头的赛道信息的影响。 4第十四届NXP杯智能车大赛 第三章 机械部分设计 3.1.舵机的安装 舵机安装在前轮之间，舵机控制前轮转向角度的程度，让小车可以转弯。舵机位置确定之后，由于还没有进行机械调零，所以我们一定要进行机械调零，否则会影响舵机的控制。安装舵机的时候，舵机中心到前轮两侧的垂直距离一定要相等。这样安装的好处是前轮的连杆距离舵机中心较远，舵机只要转动一小角度，角度就会被放大，轮子就能转很大角度。另外转弯过程中阻力小，转弯很灵活，直线行走时不容易左右摆动。

舵机的安装位置如图3.1.2所示。 错误！未找到来源。 5 第十四届恩智浦杯智能车比赛舵机联动图3.1.1 图3.1.2 3.2.摄像头的安装 摄像头的安装分为两个部分：一是支架；二是摄像头的固定。 3.2.1.摄像头支架安装方案 摄像头支架采用碳棒制作，碳棒底部用摄像头支架加热熔胶固定，防止轻微晃动。因为碳棒很轻，不容易变形，不像铝棒那样容易异常变形，连接点也不稳定，所以很明显碳棒不仅轻而且可以稳定的固定在小车上，得到的数据也很稳定。 方案一：将摄像头支架固定在中后部。这种安装方式使得摄像头拍摄的是车体正面，会影响轨迹信息的采集，而且会导致小车无法做出正确的判断，也会影响电机和舵机的控制。方案二：将摄像头支架固定在车身中间前方（如图3.2.1第十四届恩智浦杯智能车比赛）此安装方案不会出现方案一的问题，摄像头拍不到车身前方。一般情况下我们选择使用碳棒作为摄像头支架，安装在车身中间前方。 3.2.1.1第十四届恩智浦杯智能车比赛 3.2.2.摄像头固定装置的安装方案 方案一： 如图3.2.2所示： 显然这种方式很不稳定，结构的不稳定会影响摄像头接收到的数据的真实性，从而影响后续的数据处理工作，因此对此方案进行了修改。

8第十四届恩智浦杯智能车赛 图3.2.2.1 方案二： 如图3.2.所示： 不难看出这样的固定和这样的支架明显太重了，所以我们要做如下的调整。 9第十四届恩智浦杯智能车赛 图3.2.2.2 方案三： 如图3.2.所示： 这种设计不仅解决了质量重的问题，也解决了摄像头的固定问题，所以我们采用此方案。 10第十四届恩智浦杯智能车赛 图3.2.2.3 3.3. 编码器的安装 编码器安装在车身后轮上BOB半岛·体育在线登录，用来测速。如图3.3.1所示。 图3.3.111第十四届恩智浦杯智能车赛 3.4. 电池的安装 我们选择将电池放置在中后方的位置。根据电池的形状我们将电池的尖端朝左放置，由于电池的重量半岛·体育网站平台登陆，这样的放置方式使得整个车体的重心下移，运行时不容易翻倒。电池放置位置图3.4.1。图3.4.112第十四届恩智浦杯智能车大赛3.5.六轴陀螺仪的安装六轴陀螺仪安装在车体中部，如图3.5.1所示。图3.5.163.6.其他机械结构的安装启动和停车用的干簧管安装在车的前部和中部。陀螺仪电磁部分所需的电感安装在车前部的左右两端；电机安装在后轮上；TOF安装在车体前部的中间。

电感与TOF的安装结构如第十四届恩智浦杯智能车大赛图3.6.1所示，智能车整体结构如图3.6.2所示： 第十四届恩智浦杯智能车大赛图3.6.214 第四章 系统硬件说明 本方案的电路设计采用了模块化的设计理念，这样的话可以有效的防止因为某一块电路的损坏导致整块PCB板无法使用的结果。虽然电路采用了模块化设计，但是模块还是集中在一块PCB板上，这样当某个模块损坏的时候需要拆下整块PCB板进行维修，实在是太不方便了。下次做小车的时候肯定会改进的。但由于PCB板等硬件部件的放置合理，使得小车的重心更加合适，更加优化。硬件电路模块如图4.1所示：电源管理模块电机驱动器LQ-KV58P144-SY路径识别模块直流电机SVG转速检测模块