设计报告 计算机控制小车走迷宫.doc

项目名称：计算机控制小车走迷宫摘要：本次科技创新的内容是计算机控制小车走迷宫，需要一台计算机、智能小车、摄像头、USB转RS232线，实现小车在计算机控制下走出迷宫的功能。智能小车以AT89S52单片机芯片为核心设计，利用计算机处理有摄像头采集到的图片判断小车及迷宫的相对位置，迷宫信息，在计算机端计算并选择路线，通过USB转RS232线将指令传输至单片机上，控制小车动作，使之在成功走出迷宫。关键字：图像处理、迷宫、AT89S52单片机芯片、USB转RS232线数据传输。目录1. 项目简介12. 硬件部分32.1 硬件元器件32.2 调试过程63. 软件部分84.系统改进4.心得体会6. 致谢167. 参考资料161.项目简介本项目是实现小车在计算机控制下走出迷宫的功能。通过摄像头采集图像，再由计算机处理图像计算路径和小车的位置，然后将指令传入小车上的单片机，单片机控制小车运动。使小车以最短路径离开迷宫。 2.硬件部分21.硬件元器件这次科创3实验，用到两块主要的芯片，一块是CMOS8位微控制器，其主要功能是： 兼容MCS-51指令系统 8k可反复擦写(1000次）ISP FLASH ROM 1000次擦写周期 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口 128x8bit内部RAM 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。AT89S52使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，AT89S52拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口中断继续工作。另一块芯片是L298N，用它来控制两个电机。22调试过程 图1 底板 图2 程序模块 1 注意安装方向 2装配时保证红线所标位置（下载端口） 在小车远端图3 模块安装图 本实验使用数字万用表来检测电路，将万用表调至欧姆档，点击Range按钮使万用表左上角出现标志，当万用表红线与黑线接触时,万用表会发出警报声表示短路。如图所示，将万用表红线与小车电源红线接触，万用表黑线与小车电源黑线接触，如果万用表发出报警声，说明小车存在短路现象，请重新检查电路。 电机线连接：红色方框所画4根导线为电机驱动导线，从左到右将其依次标号为1234，依次按图示与电机连接。 下载线连接：下载线是将电脑中的程序烧制小车中的必备工具，当以上检查都已完成后,可以连接下载线并烧制程序了 USB转RS232线：此串口线将增加电脑一个COM口，根据电脑的不同，初始被赋予的COM口地址也不同，可以在设备管理器中对端口地址进行查找。对于电脑与小车进行串行通信来说该线是透明的。其USB端接电脑，TxD接无线发送模块的数据端，Vcc与发送模块Vcc相连，GND与发送模块GND连接。3.软件部分主要工具：Matlab主要流程：（1）通过摄像头获取初始迷宫图片；（2）算出迷宫路径 1迷宫图片预处理（包括二值化，尺寸缩小，滤除噪声）； 2指定路径起始点； 3寻找最短路径（包括标准化最短路径，即去处分叉路径）； 4用堆栈溯出全部路径点序列，隔一定步长选出控制点； 5在每个控制点根据前后点关系确定控制指令值；返回特征点坐标和相应指令值；系统使用说明： 放置好摄像头，连接好各硬件接口，在command窗口中运行kc3（），在弹出的迷宫图（预处理后）中选择合适的起始点即可。调试：调试摄像头位置可以运行以下代码：imaqhwinfo;vid=videoinput(winvideo); %根据摄像头实际名字preview(vid);start(vid);f=getdata(vid,1);调试串口可运行：scom=serial(com7,BaudRate,1200,parity,even,DataBits,8,StopBits,1);fopen(scom);然后直接执行kc3(f,scom)，即可运行。维护：可能需要改动的参数：摄像头名称；迷宫路径和墙壁的颜色特征阈值；根据路径和墙壁的宽度比，以及迷宫的破损状况确定墙壁膨胀系数；特征指令点步长。4.系统改进 总结起来我们有三点需要改进： 1.将迷宫视角变化为垂直的，这是影响我们最终没能成功的因素。 2.我们计算路径的算法不够好，又由于matlab本身逐行编译的劣势，导致路径计算时间很长。 3.在硬件上，小车的转弯能力是需要通过加重物来进行改进的。5.心得体会这学期我们选修了科创3计算机控制小车走迷宫。这次科创是一次有趣和有意义的实践，给我们全组都留下了难忘的回忆，我们也受益匪浅。科创3的开始是很艰辛的，我们面对很多没接触过的东西，下手总是很困难，所以我们选择了程序易懂，功能强大，以前又有过一点经验的matlab来完成图像处理和路径计算。我们从图像处理开始，在网上搜索相关功能的函数，然后一个函数一个函数的实验，才得出可以继续计算的矩阵。进过努力我们完成了路径计算。这一段工作我们还是很满意的。更大的困难是来自于硬件调试阶段，我们后来将大量时间投入在了小车性能检测和串口调试上。在这一过程中，我们遇到了不少困难，一旦有错，就需要不断对小车进行检查。这些工作需要很多耐心，尽管很繁琐，但是大家可以共同参与，互相讨论，这段工作是很愉快的。在最后一阶段，由于我们的软件部分没有完成迷宫视角的变化功能，我们只能依赖人为的把摄像头与迷宫垂直，这给计算小车坐标带来了很大的麻烦，后来又由于时间不够，我们最后也没能完成这一部分内容，我们大家都感到很遗憾。此次科创，我们都感觉有些遗憾。尽管我们花了很长时间在这次科创中，但是我们最终并没有圆满地完成课题任务。不过不管怎么说，经过一学期的科创学习，科技创新拓宽了我们的知识面，