东北大学“艾萨克”设计报告
(指导教师: 王爱侠 队员: 王亮 王泽坤 陈烨锦)
概述
本文以第五届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了东北大学创意智能赛车控制系统的软硬件结构和开发流程。该比赛采用组委会规定的标准车模，以 Freescale 半导体公司生产的 32位MCF52233，MCF52234和16 位单片机MC9S12DG128 为核心控制器，在CodeWarrior IDE开发环境中进行下位机的软件开发，在VC++6.0上完成上位机的软件开发，实现了可以满足对灾难现场信息采集的要求的创意车。 关键字： 创意车 飞思卡尔 VC++6.0
abstract
Northeastern University, creative intelligent car control system configuration and the development process has been described in this paper, with the background of the fifth National University intelligent car contest. The competition provisions of the standard car models by the Organizing Committee with the chips(MCF52233，MCF52234, MC9S12DG128) which product by FREESCALE. With the CodeWarrior IDE to lower computer software development, VC + +6.0 for PC software development, to completed a creative vehicle.
第一章 绪论
现在半导体在汽车中的应用原来越普及，汽车的电子化已成为行业发展的必然趋势。它包括了汽车电子控制装置，即通过电子装置控制汽车发动机、底盘、车身、制动防抱死及动力转向系统等，到车载汽车电子装置，即汽车信息娱乐系统、导航系统、汽车音响及车载通信系统等等，几乎涵盖了汽车的所有系统。汽车电子的迅猛发展必将满足人们逐步增长的对于安全、节能、环保以及智能化和信息化的需求。
作为全球最大的汽车电子半导体供应商，飞思卡尔一直致力于为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品和解决方案。飞思卡尔在汽车电子的半导体器件市场拥有领先的地位并不断赢得客户的认可和信任。其中在8 位、16 位及32 位汽车微控制器的市场占有率居于全球第一。飞思卡尔的S12 是一个非常成功的芯片系列，在全球以及中国范围内被广泛应用于各种汽车电子应用中。例如引擎管理、安全气囊、车身电子、汽车网络和资讯娱乐等。
1.1 背景介绍
受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201 号文)，高等学校自动化专业教学指导分委员会主办的“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛是在飞思卡尔公司资助下以HCS12单片机为主控微控制器芯片的模型车体的基础上进行设计，制作出具有自主道路识别能力的智能汽车，是教育部主办的全国大学生五大竞赛之一。
全国大学生智能汽车竞赛与己举办的全国数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等。 4 大专业竞赛不同，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛于2006 年8 月在清华大学举行。来自全国共57 所大学的112 支参赛队的同学们在9 个月的时间里，历经报名、资格评审、赛车制作和调试，以及技术报告的评审等各个阶段的挑战，共有25 支参赛队参加了决赛，清华大学2 队、上海交大速度之星队及清华大学1 队分列成绩前三名。
今年已是第五届比赛，在本次比赛中，与以往不同加入了创意组的竞赛。全国大学生智能汽车竞赛创意组比赛是在继前三届智能汽车竞速比赛之后，为了能够进一步提高大学生创新能力、丰富竞赛内容、提高竞赛水平而提出的创意竞赛。第四届已经成功举办了一次创意比赛，从参赛的二十多项作品中评选出一、二等奖十名。本届智能汽车竞赛将继续举办创意组比赛，经过遴选后的参赛作品将与智能汽车竞速比赛全国总决赛一起举行。
为了能够更加规范创意比赛的竞赛和评选，本届创意比赛采用统一硬件框架平台、限定作品主题的方法。参赛队伍可以利用统一的硬件平台，在限定的主题范围内，制作参赛作品。 参赛队伍之名次以车现场成功演示观众与专家评分为主，本文所述的内容即是为本届比赛而准备的技术方案。
1.2设计思路
本智能车按照灾难现场信息采集的主题思路设计，具有图像信息采集处理，温湿度采集，声音采集处理，车身状况信息反馈，和无线数据传送，遥控与自主驾驶功能。灾难现场的信息采集，就是能帮助援助人员采集到现场需要的视觉，温度，声音等信息从而帮助救助人员更好的对现场进行判断，例如它可以自主对于现场特定的图形，特定频率的声音进行抽取，避免人工的疏漏，当然也可以由人工控制以应对特殊情况。例如：人的头颅是近似圆形，那么小车的摄像头可以对它所探测到的区域的圆形图案进行提取，如果现场有人员求救，它也可以对较微弱的声音进行提取与放大，传回上位机，最后对救助人员的行动提供良好的信息支持。
1.3 创新理念
1 无线方式的控制命令发送于数据传输，有别于以往的有线线控模式
2 一定的数字图像处理功能，可识别特定的简单图像不同于以往单独依靠的人为识别 3 4 5 6
具有彩色与灰度两种图像采集功能
配有三轴加速度和温湿度传感器，可以较全面的采集现场特征于反馈车体自身状态 可以采集特定频率范围的声音信号
自主开发的具有多功能显示的上位机软件，可以全方位的显示用户感兴趣的信息
7 使用飞思卡尔32位MPU和16位MCU等多处理器协同工作，依靠处理器本省强大的功能，可以很好的进行任务划分，使系统具有更高的效率。
1.4 比赛规则
1参赛作品的主体需要选用www.smartcar.au.tsinghua.edu.cn网站上公布的《全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛创新大赛套装》进行搭建。
平台示意图
2作品的主题为“抗震救灾、绿色家园”。
3作品内容需要包括的基本的模块：
外部环境检测传感器与相应的信息处理模块；
运动机械装置与驱动控制模块，建议以各类模型车为基础； 嵌入式计算机信息处理模块； 电池与电源管理模块；
核心计算机处理模块必须使用飞思卡尔公司的处理器芯片系列。
竞赛评比将由竞赛现场专家组通过现场观摩作品展示、参赛队员提问、现场观众投票等环节对于参赛作品评分并最终确定比赛名次。 4 现场比赛规则
参赛队伍在竞赛前一周的时间，向比赛组委会提交作品的技术报告。竞赛组委会将聘请专家给出技术报告分数。
参赛队员按照智能汽车全国总决赛组委会统一安排。在现场依次进行参赛作品的展示。 参赛队伍可以利用竞速比赛现场场地和设置。如果现场竞速比赛的场地不满足要求，也可以自行准备展示辅助装置。
在规定的时间内，对自己的作品进行讲解和展示。同时回答现场专家组和观众的提问。 由专家组统一进行评议给出每个作品的技术分数，由现场组委会组织观众投票给出作品的展示效果分数。
参赛作品的比赛成绩将由技术报告分、技术分数和展示效果分数三部分组成。具体评价比例将在比赛开始之前公布
第二章 整体设计
2.1系统结构
小车的整体采用模块化设计，各模块之间关系由下图所示
灰度图像采集模块图像处理模块彩色图像采集模块小车控制模块主控模块无线数据传输模块车体状态采集模块综合信息处理模块温湿度采集模块
图2.1 系统框图
2.1.1 灰度图像采集模块：
该模块采用HQ7620数字摄像头模块完成采集任务。如图2.2所示。
图2.2 HQ7620数字摄像头
HQ7620摄像头模块是基于Omnivision公司的CMOS图像传感器--- OV7620的方案设计；OV7620是OmniVision 公司开发的1/ 3英寸,30 万像素CMOS 彩色图像传感器,该芯片将CMOS 光感应核与外围辅助电路集成在一起,具有可编程控制与视频模/ 数混合输出等功能。该芯片的主要特性有：最大分辨率为 664 ×492 ，同时支持VGA (640 ×480 分辨率) 和 QVGA(320 ×240 分辨率) 两种模式。输出帧频在0.5fps~30fps 之间可调。输出窗口尺寸在 4 ×2~ 664 ×492 之间可调。图像数据输出格式可以为8 位/ 16 位的 YCrCb 4 : 2 :2 ITU2656 、IR2601GRB 4 :2 :2 或RGB Raw Data。能工作在逐行/隔行扫描方式下,也能工作在彩色/ 黑白模式下。上述的所有性能,用户可以根据自己的需要,通过 SC2CB 接口设置芯片内相应的寄存器进行选择。5V电源供电,工作时功耗<120mW,待机时功耗<10μW。可应用于数码相机、电脑摄像头、可视电话、第三代网络摄像机、手机、智能型安全系统、汽车倒车雷达、玩具，以及工业、医疗等多种用途。
基本参数：
大 小：33x27x24(mm) 电 源：DC+5V ±5% 扫描方式：逐行/隔行扫描
最低照度：2.5 lux at f1.4 (3000k)
信 噪 比：> 48 dB
最大像素：(H)664 x (V)492； 缺省有效像素：(H)640 x (V)480 数据输出格式：
YCrCb 16bit/8bit selectable 60Hz 16 Bit YCrCb 4:2:2 - 640x480 60Hz 8 Bit YCrCb 4:2:2 - 640x480
RGB Raw Data Digital Output 16Bit/8Bit selectable
CCIR601, CCIR656, ZV 端口：支持8/16 位视频数据 SCCB接口：最大速率支持400 kBit/s
YCrCB或YUV输出格式：支持TV或监视器显示
在上图显示的各个模块中，灰度图像采集模块是为后续的数字图像处理做准备，先是对图像进行灰度值合并，然后用梯度算子找到边缘，然后除噪声，最后描绘图中主要元素的边缘，对图形进行判断。车模采用的是大赛组委会提供的开发套件，采用4路PWM信号控制四个