第13章智能车设计-PPT课件

1、第第1313章智能车设计章智能车设计机电一体化二、相关知识二、相关知识机电一体化二、相关知识二、相关知识智能汽车是汽车电子、人工智能、模式识别、自动控制、计算机、机械多个学科领域的交叉综合的表达，具有重要的应用价值。本任务设计的智能车是基于摄像头路径识别的智能车控制系统，通过车载CCD摄像头动态摄取路面图像，识别白色场地中的任意黑色带状导引线,以飞思卡尔MC9S12DG256为核心控制器，控制电动小车以设定目标速度沿导引线自动行驶。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识1硬件结构与方案设计智能车控制系统以飞思卡尔公司高性能16位单片机MC9S12DP256为核心控制器，主要由电源管

2、理、CCD摄像头、图像采集模块、电机及其控制器、转向舵机及其控制器、上位机调试等功能模块组成，其中上位机调试模块通过RS232串行接口与PC机通讯。结合基于MATLAB环境开发的应用软件实现在线综合调试、分析功能。系统总体结构如图6-2所示。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识1电源管理模块电源管理模块是整个系统可靠运行的根底，它为系统各局部稳定工作提供充足而稳定的电源。由于各模块工作电压不同，消耗的电流也不同，因此必须对各模块供电需求进行认真分析，并针对不同需求提供合理的供电方案，还要在电源转换效率、降低噪声、防止干扰等方面进行

3、优化。本硬件电路系统分为多个功能模块，这样做可以减少各模块之间的相互干扰，如图6-3为硬件系统供电分析图。系统主电源由7.2 V2000 mAh的镍镉蓄电池提供，其中图像采集模块所需电压为12 V。核心控制器需5 V电压供电，转向舵机T作电压为6V，可通过不同的DCDC转换电路实现对各个模块的供电。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识2图像采集模块单片机采集图像传感器的数据有两种方法，模拟式和数字式。使用最为广泛的图像采集方案为基于LMl881视频同步别离芯片的模拟信号采集方案。模拟信号采集需先将摄像头输出的复合视频信号进行别离，

4、得到独立的同步信号和视频模拟量信号，接着根据同步信号对模拟视频信号进行AD转换或者运用硬件二值化电路对模拟视频信号进行二值化。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识基于FIFOFirst In First Out的数字图像采集电路由于数字信号的像素输出频率极高，导致单片机无法直接捕捉，故必须设计特殊的采集电路进行处理。数字视频采集方案通常有以下三种：第一种是双口RAM方式。第二种方式是利用DMA进行高速存储。第三种方式是利用FIFO存储器。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识具体的采集方案如下：利用CMOS摄像头采集原

5、始图像，输出原始图像的信号波形，它是PAL制式的模拟信号，包含行同步、行消隐、场同步、场消隐等信号。但该形式的信号并不能被CPU直接使用，需要参加视频解码芯片，这里采用SAA7111，它的功能是将摄像头输出的模拟信号转化为数字信号，同时产生各种同步信号，CPU利用此同步信号将图像的数字信号存储在一个外部FIFO芯片AL422中，这便构成了根本的图像检测模块，如图6-5所示。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识3电机驱动电路设计系统采用集成电机驱动芯片MC33886对实现电动小车的电机控制。为防止MC33886内部过流保护电路对电机

6、起动、制动时造成影响，降低接通状态下通态电阻，提高电机驱动能力，电路设计为2片MC33886并联模式，电机驱动电路如图6-6所示。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识4驱动电机转速检测电路设计电动小车驱动电机转速是整车目标速度调节的重要参数，系统使用对射式红外发射接收管与遮光片检测电机转速信号。其中塑料遮光片固定在驱动电机输出轴上，与驱动电机同步运动，电机起动后在红外接收管侧生成与转速对应的脉冲信号，经调理后传输至单片机输入捕获引脚，转速脉冲信号调理电路如图6-7所示。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识5舵机转向控

7、制分析智能车的工作原理，如图6-8所示。智能车系统通过图像采集模块来检测周围的路况信息，并将其发送给单片机，单片机根据预知的路况信息给出设定值；相应地，系统通过编码器和加速度传感器构成的反响渠道将车体的行驶速度及加速度信息传递给主控单片机，根据路况信息和车体的速度及加速度信息，主控单片机做出决策，并通过PWM信号控制直流电机和舵机进行相应动作，从而实现车体的转向控制和速度控制。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识轮式移动机构在各种移动机构中，轮式移动机构最为常见，其制作简单，效率高，且移动速度和方向易于控制。如图6-9所示为用于智

8、能无人车的轮式移动机构。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识履带式移动机构履带式移动机构是轮式移动机构的拓展，它具有支承面积小、接地比压小、不易打滑等特点，适合于在松软或泥泞场地进行作业，但具有结构复杂、重量大、运动惯性大等缺点。足式移动机构足式移动机构具有良好的机动性，对不平地面的适应能力较强，而且立足点是离散的，可以到达地面上最优的支撑点。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识6驱动电机转速调节本控制系统中以驱动电机转速采样信息为反响量，采用增量式数字PID控制算法，通过输出PWM信号对电机实现闭环控制。为降低转速采样过程中的信号干扰，增强系统的稳定性，在控制软件

9、中采用移动平均滤波法对转速采样信号进行了处理，增量式PID控制系统根本原理如图6-10所示。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识2软件设计高效稳定的程序是智能车平稳快速寻线的根底。本智能车采用CMOS摄像头作为寻线传感器，图像采集处理就成了整个软件的核心内容之一。在转向和速度控制方面，本智能车使用鲁棒性很好的经典PID控制算法，配合使用理论计算和实际参数补偿等方法，使智能车在寻线中到达稳定快速的效果。软件程序分为四大模块：信号采集、信号处理、速度调节和伺服电机控制。系统软件流程图如图6-11所示。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识二智能车设计开发机电一体化二、相关

10、知识二、相关知识2软件设计高效稳定的程序是智能车平稳快速寻线的根底。本智能车采用CMOS摄像头作为寻线传感器，图像采集处理就成了整个软件的核心内容之一。在转向和速度控制方面，本智能车使用鲁棒性很好的经典PID控制算法，配合使用理论计算和实际参数补偿等方法，使智能车在寻线中到达稳定快速的效果。软件程序分为四大模块：信号采集、信号处理、速度调节和伺服电机控制。系统软件流程图如图6-11所示。二智能车设计开发机电一体化二、相关知识二、相关知识CMOS视频帧模拟信号经LM1881视频别离芯片别离出场信号和行信号，以场信号和行信号作为视频信号时序依据，使用S12单片机片内AD对模拟信号进行采集。本任务采用的380lines的CMOS黑向摄像头每帧信息有320行，其中场头消隐22行，场尾消隐11行(以LM1 881别离出来的场信号跳变沿作分界)，即有效图像信息为287行。根据摄像头安装位置和俯仰角度大小，以及考虑到图形畸变等因素，本智能车采取跳行采集，所跳行数从远到近逐渐增多，保证所采集划的信息与实际路面相符，在一定程度上纠正了图像畸变，使得对路面信息状况