江汉大学--创意赛.doc

江汉大学创意赛一、参赛作品要求报名参赛作品中的车模可以使用本届竞赛所提供的各类型号（A, B, C型）车模，或者其它种类的车模，比如可以选择体积更小的车模。车模运行环境、完成基本动作应该满足以下要求：1、 车模运行赛道环境要求a) 赛道基本特征：赛道本身为黑色（或者深色）路面，行车道两边为白色（或者浅色）的实线（或者虚线）；不允许使用任何形式的中心线作为导航线；b) 赛道基本元素：赛道应具备直道、弯道、十字交叉路口等元素。数量和位置不限，车道数量不限（可以仅为单车道，单行线）。其它道路元素（比如坡道）可以自行添加。 十字路口 弯道（弧度可以自行设定）对于赛道的材质、宽度不作要求，对于赛道的行车道的数量不作要求。2、 车模基本完成动作要求赛车应具备以下基本功能：a) 单个车模寻道行驶功能；b) 单个车模路过十字交叉路口可以左转或者右转功能；c) 两个车模跟踪行使功能；在完成以上功能之后，其它动作可以自行设计表演。比如：单车倒车入库、单车靠边停车入停车位、单车掉头、多车超车、遥控车模与自主车模协同运行等等。3、 车模使用处理器要求控制车模运行的主要核心处理器必须使用飞思卡尔公司微处理器产品系列。为了鼓励参赛队伍选用飞思卡尔公司32位系列的处理器，飞思卡尔公司将为报名参赛审核通过的队伍免费提供特定系列32位CPU开发工具。开发工具数量有限，发放过程将另行规定。4、 车模传感器要求对于外部环境检测传感器可以使用光电、摄像头、超声波、激光等各种成熟技术。但不允许使用电磁导航。二、设计目标1、模拟赛道双车道、十字路口&红绿灯（至少一个）、可移动路障、加油站、车库2、车模设计（3辆） 小车的基本功能：a) 信息处理功能。能分析各种情况，并做出相应的处理。b) 视觉识别功能。能识别各种路标信息。c) 导航功能。能实现直线行驶、转弯、倒车等，在各种线路上顺利行驶。d) 环境检测功能。能对周围环境的参数进行检测，并做到报警等。e) 通信功能。能与监控中心、无线检测节点通信。车模说明：a) 巡逻车利用摄像头、烟雾、温度等传感器检测外部环境，集智能自主导航、无人值守自动巡逻、特殊情况检测报警等功能于一身，并能够与监控中心、无线监测节点进行信息交流。小车具有两种工作模式：自主巡逻模式和应急模式。自主巡逻模式下，小车从车库出发，按预定路径巡逻，并记忆赛道；采集道路环境信息（如图像、温度、烟雾等），并通过无线视频和无线通讯模块传输道路信息到监控中心。应急模式下，小车能够自动查询预存的路径信息，获取小车当前的位置，并根据报警的无线节点或者监控中心所发送的信息，迅速计算出最优路径，然后快速前往报警地点，对该区域进行扫描采集信息，并发送相应的检测信息。b) 遥控车利用无线通讯模块控制小车。c) 私家车具有路径规划功能，自主识别最优路径，从家里到达单位。3、方案设计a) 电源方案b) 驱动电路方案c) 车库检测方案1）用红外检测方式。用白色线条制作好停车位置，采用若干组红外光电对光，一字排列在车体后侧，来检测黑色线条，并通过AD转换比较相对位置。2）用超声波检测方式。在停车处，用超声波探测与车库的距离。当到达设定距离时，小车停车。d) 烟雾检测方案 烟雾传感器采用MQ-2模块简要说明：一、 尺寸：32mm X22mm X27mm 长X宽X高二、 主要芯片：LM393、ZYMQ-2气体传感器三、 工作电压：直流5伏四、 特点： 1、具有信号输出指示。 2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出） 3、TTL输出有效信号为低电平（当输出低电平时信号灯亮，可直接连接单片机） 4、模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高。 5、对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度。 6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性 7、快速的响应恢复特性五、应用：适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置。e) 温度检测方案温度传感器采用DS18B20 技术性能描述： 1.1 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 1.2 测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。 1.3 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温 1.4 工作电源: 35V/DC 1.5 在使用中不需要任何外围元件 1.6 测量结果以912位数字量方式串行传送 1.7 不锈钢保护管直径 6 1.8 适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温 1.9 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选 1.10 PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。f) 导航方案采用超声波传感器避障。超声波传感器作为探测与蔽障的主要器件能够有效的适应救援现场复杂的地理与光线环境，该传感器模块探测范围为0.153m，较小的盲区，能很好的与红外传感器完成蔽障的功能，3m的探测范围可以给小车较宽的视野，以便提供充裕的反映时间。此传感器由发射管与接收管以及外围电路组成，发射管发射一定频率的超声波，超声波在传播过程中经障碍物反射后返回，由接收管接受。 此传感器受到触发信号触发后，向外激发出8个40KHZ方波脉冲，超声波主要分布在-22.5+22.5范围内，能够基本满足需要；激发超声波后经过短暂的延时，接收端置位等待接回波，等到接受到4个回波后接收端复位，这就使得计时很方便。图1超声波时序图图2波束探测角度图障碍物距离计算公式： S=(T x超声波速V)/2V=331.5+0.6x环境温度t硬件连接：此模块由4根线，其中两根线为电源线，另外两根为输入输出信号线，简易的连接节省了控制器有限的I/O资源。图3超声波整体图g) 图像识别方案1）采用摄像头作为视觉传感器。模拟摄像头或者数字摄像头。2）网络摄像头(1) 网络摄像头概述IPCAM 是一个集成的无线网络摄像机解决方案。它把高品质的与网络相连的数字视频摄像机和强大的网络服务器结合在一起，把来自本地网络或者互联网的图像清晰地展示到桌面。IPCAM的基本功能是通过网络传输远程视频数据，采用MJPEG硬件压缩技术，高质量的视频图像在局域网、广域网上的传输速度可达到每秒30帧。IPCAM 视频数据的传输基于TCP/IP协议。 内置Web服务器支持Internet Explore， 因此，使用网络管理和维护设备,实现远程配置，启动和升级固件,变得更简单。可以使用IPCAM监控家庭和办公室一些特殊区域. 也可以通过网络控制摄像机，管理图片，一切都是通过简单的网络访问来实现。 强大的高速视频协议处理器 高灵敏度 1/4 CMOS 传感器 30万像素 红外夜视 优化的MJPEG视频压缩传输 多级用户管理和密码设定用户可IE浏览器访问的嵌入式Web服务器 支持无线网络(Wi-Fi/802.11/b/g) 支持动态DNS (DDNS)、UPnP与 因特网(ADSL, 宽带电缆调制解调器) 移动侦测报警 支持双向音频监视 支持图片截取 支持多网络协议:HTTP图 4 摄像头外观 1、 感光器件根据外界的光亮程度决定是否打开红外灯2、 红外灯3、 网络状态指示灯网络指示灯有三种状态:1、 慢闪烁(大约每两秒一次),IPCAM 正在搜索网络.2、 闪烁 (大约每秒一至二次),IPCAM 使用有线网络.3、 快速闪烁(大约每秒三到四次), IPCAM 使用无线网络4、 镜头 CMOS 传感器. 您可以扭转的镜头手动调整的焦距.(2)设备无线局域网设置1、使用设备的无线网络功能, 需要路由器支持无线功能。在此，可以使用Wif笔记本电脑或者WIFI手机。2、 进入路由器的无线设置页面。找到无线网络 ID(SSID),频道Channel,加密方式Encryption,认证方式Authetication.并正确填写到如图5的设置界面。.3、填写如图所示的选项， 点击 设置 重启设备。4、等待至少30秒后（设备启动之后）,拔掉电源。5、再次接上电源（确保拔出网线）。6、大约30秒后, 如果镜头前面的LED灯闪烁,表明设备已经工作在无线模式。图 5 无线局域网设置显示效果如下图所示：图6 显示效果 3) 无线摄像头 具有如下优点： 380 线高清晰度画质。 摄像机机内置锂电池，可连续使用2 小时。 为了避免干扰，配有4 个频道可供选择。 频道扫描与频道跳转功能，支持多摄像机同时使用。 内置麦克风，可进行声音记录。 无阻碍传输距离大于100 米。 接收端是简易的USB接收机，方便轻巧。 图6 无线摄像头h) 无线通讯模块 nRF905 图7 nRF905开发板 nRF905可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，在接收模式时电流为12.5mA。 nRF905单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成。ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。MCU通过SPI向通讯模块nRF905发送配置命令，接着依次写入配置信息（包括工作频率、发送功率、发送和接收地址、发送和接收数据包长度以及一些工作模式等），然后根据系统需要实现数据的无线发射与接收。在nRF905的发射过程中，MCU首先将nRF905模块的TXEN端置高位、TRX_CE端置低位，使nRF905出于发射模式，接着通过SPI发送写入发送地址命令WTA写入发送数据包的地址，然后通过SPI写入发送数据，当nRF905发送完毕后，DR位将被置高位，MCU检测到DR变为高电平后，结束发送程序。在nRF905接收过程中，如果数据接收成功，会将DR置高位，MCU检测到DR置高位的变化，便通过SPI通讯向nRF905写入读取数据命令RRP，通过SPI循环读取已经接收到的数据包，并将数据存入数组，所有数据接收完毕后，结束该接收程序。i) 红绿灯设计方案用红色和绿色LED灯作指示灯，利用C51单片机编写LED灯循环闪烁的程序。并且当小车靠近红绿灯时，发射指示信号。（详情如下）j) 红绿灯识别方案 采用两个节点，一个作为发射装置（从节点） ，模拟交通路口红绿灯装置，并且从节点与一个光电传感器相连接，用于探测小车是否靠近红绿灯；另一个作为接收车载设备（主节点） ，接受红绿灯的信号，并相应作出停车、加速、减速的反应。 具体作用过程：红绿灯是按照一定的控制算法，进行着周期性的变化。当小车驶近时，布置在赛道边的光电传感器检测到