第四届飞思卡尔智能车大赛华中科_技大学摄像头组技术报告

全国大学生智能汽车比赛是经全国高等教育司研究，委托高等学校自动化 专业教学指导分委会主办的，旨在培养创新精神、协作精神，提高工程实践能 力的大学生科技创新活动。 参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定并负责采购竞赛车模套件，采用飞思 卡尔半导体公司的 8 位、16 位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案 进行系统设计，包括传感器信号采集处理、动力电机驱动、转向舵机控制以及 控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试。 本文从整体车模的机械、电路、硬件等方面，详细地阐述了基于数字摄像 头的智能巡线小车的设计。 ### 第四届飞思卡尔智能车大赛华中科技大学摄像头组技术报告知识点解析 #### 全国大学生智能汽车比赛概述 - **比赛背景**：全国大学生智能汽车比赛由全国高等教育司研究决定，由高等学校自动化专业教学指导分委会主办，旨在通过比赛的形式激发学生的创新能力，培养团队协作意识，并提升学生的工程实践能力。 - **参赛要求**：参赛队伍需使用由竞赛秘书处统一指定并负责采购的车模套件，以飞思卡尔半导体公司的8位或16位微控制器作为核心控制单元，自行设计控制系统。 #### 技术报告概览 - **报告单位**：华中科技大学三队 - **成员构成**：张建强、庄可佳、方程 - **指导老师**：彭刚、何顶新 - **报告主要内容**：围绕基于数字摄像头的智能巡线小车的设计，涵盖机械、电路、硬件等方面。 #### 技术报告详细解析 ##### 1. 智能车设计概览 - **电路设计**：以ms9s12dg128为核心处理器，使用外部存储器FIFO来存储图像像素坐标，实现了图像的硬件二值化处理。此外，采用mc33883作为电机驱动电路，确保了智能车具备良好的加速性能和稳定性。 - **机械设计**：对舵机进行了改造以增加反应速度；对底盘、转向系统和减震系统进行了优化设计；摄像头安装部件采用铝材制作，安装杆则使用碳纤维材质，减轻重量的同时保持结构稳固。 ##### 2. 智能车硬件电路设计 - **单片机最小系统** - **时钟电路**：为单片机提供稳定的时钟信号，保证系统的正常运行。 - **单片机关键模式引脚配置**：包括各种模式选择引脚的配置，如JTAG调试接口等。 - **复位、下载电路**：确保单片机可以被正确复位，并支持程序下载。 - **引脚分配**：根据系统需求合理分配单片机引脚功能。 - **电源管理** - **电机供电**：为电机提供稳定的电压和电流，确保其正常工作。 - **舵机供电**：为舵机供电，确保舵机的响应速度和精度。 - **单片机部分供电**：为单片机及其外围电路提供稳定的工作电压。 - **防反插二极管**：防止因误接电源导致的设备损坏。 - **摄像头及图像处理部分供电**：为摄像头和图像处理电路提供稳定的工作电压。 - **电机驱动部分**：使用mc33883作为电机驱动芯片，实现电机的有效控制。 - **摄像头处理** - **数字式摄像头设计思想**：采用数字摄像头OV5017作为图像传感器，实现实时图像采集。 - **图像采集流程图**：详细描述了从图像采集到处理的整个流程。 - **像素同步信号处理**：确保图像采集的准确性。 - **行同步信号处理**（HREF）：确保每行图像的准确采集。 - **帧同步信号处理**：确保每一帧图像的完整性。 - **阈值比较和黑点存储部分**：用于图像的预处理，提取有用信息。 ##### 3. 智能车机械设计 - **机械结构的安装** - **摄像头的安装**：确保摄像头位置准确，便于图像采集。 - **舵机的安装**：调整舵机的位置和角度，提高转向效率。 - **编码器的安装**：确保精确的速度和位置反馈。 - **机械结构的调整** - **前轮主销后倾角**：调整角度以提高车辆直线行驶的稳定性。 - **前轮主销内倾角**：调整角度以改善车辆转弯时的操控性。 - **前轮前束**：调整前后轮之间的距离，以提高行驶稳定性。 - **底盘高度**：调整底盘高度以适应不同路况。 ##### 4. 智能车软件设计 - **图像采集与道路识别** - **完整图像的读取**：从摄像头获取完整的图像数据。 - **图像压缩**：减少数据量，提高处理速度。 - **特殊标志识别** - **起始线的识别**：识别起始线位置，为车辆定位。 - **三角形的识别**：识别赛道中的特定标志物，辅助导航。 - **控制策略** - **速度控制**：通过调整电机转速实现速度控制。 - **方向控制**：通过控制舵机角度调整行驶方向。 - **赛道优化**：通过对赛道特征的学习，优化车辆路径规划。 - **单片机总体控制**：协调各个子系统的运行，实现整体控制逻辑。 ##### 5. 智能车调试和调试平台设计 - **调试工具**：包括示波器、逻辑分析仪等，用于检测电路信号。 - **调试平台的设计** - **图像采集模块**：用于实时采集图像数据，便于分析。 - **速度监测模块**：监测车辆速度，及时调整控制策略。 - **数据传输设置模块**：确保数据的可靠传输。 #### 结论与展望 - 通过综合运用先进的硬件技术和软件算法，本团队成功设计并实现了基于数字摄像头的智能巡线小车。该小车在比赛中表现出了较高的稳定性和灵活性。 - 未来将进一步优化摄像头图像采集系统，提高图像处理速度，探索更高效的控制算法，以期达到更高的比赛成绩。