第七届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
第一章 引言
1.1 大赛背景
“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办，飞思卡尔半导体公司协办，以“立足培养、重在参与、鼓励创新、追求卓越”为口号，为提高大学生的动手能力和创新能力而举办的。大赛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、电子、电气、计算机和机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。
我们智能车的制作从2012 年2 月到2012 年8 月，倾注了队员的汗水和心血。使用大赛组委会统一提供的A 型车模，以飞思卡尔公司提供的MC9S12XS128 单片机为核心控制器，设计了由CMOS 摄像头识别赛道信息，能自主循线，使用PID 调速控制算法的智能车。
在制作小车的过程中我们认真分析了机械结构，并进行了局部改动，通过平时的实验和理论分析最终确定了智能车的硬件电路和软件控制策略等。从中我们学到了很多的知识，也提高了动手能力。
1.2 技术报告内容安排说明
本技术文档的正文部分大致分为七个部分：第一章，引言部分，介绍比赛背景，
技术报告内容安排说明，智能车制作情况等。第二章，赛车整体设计，从硬件及软件方面简单的介绍了赛车结构。第三章，赛车机械结构调整，具体介绍了对赛车各个机械部分的调整，使其达到最佳状态。第四章，智能车硬件电路方案的选取，介绍了BTN7960B 驱动模块，电源管理模块以及停车检测等。第五章，软件系统设计与实现介绍了软件系统流程图，摄像头采样， 黑线识别，起跑线识别，舵机PD 控制，电机控制等的阐述和分析。第六章，系统调试。第七章，总结，对智能车整体上的阐述以及存在的不足及参赛队员的心得感想。
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第二章 系统方案设计
第二章 系统方案设计
2.1 摄像头方案的选择
1.采用CCD 摄像头。CCD 摄像头优点是成像质量好，特别是动态效果比CMOS 摄像头的效果要好很多。在相同像素下CCD的成像往往通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。但是CCD 摄像头的功耗比CMOS 摄像头要高，工作电流有100mA左右。而且需要12V升压电路,功耗比较大，外围高速AD 和视频同步分离芯片LM1881,电路比较复杂。
2.采用CMOS 数字摄像头。CMOS 摄像头功耗较低，工作电流只有10mA 左右。虽然CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好。但是由于智能车所用摄像头只是识别黑白两种颜色，对成像能力要求并不高。并且CMOS 摄像头出来直接是数字信号，弥补了XS128 单片机AD 采样率慢的缺点。行场同步中断信号有现成的，而且消隐区也十分有规律。可以用示波器对比一下模拟的和数字的，数字的信号非常漂亮，非常稳定。这对于图像采集来说是十分有利的。外围电路简单。
所以，我们采用CMOS 数字摄像头OV7620.
2.2 系统硬件方案设计概述
我们的赛题组是摄像头组比赛，主要包含道路信息识别模块、数据处理模块、方向控制模块和电机驱动模块。本智能车控制系统采用飞思卡尔公司的16 位单片机MC9S12XS128 控制器，采用采集图像处理的方案识别道路信息，因为本届比赛的摄像头组为A车模，电机功率不太大，所以我们使用4 片BTN7960 两两并联作为电机驱动，可以稳定有力的驱动电机，也有利于转向。通过200 线光电编码器实现速度的闭环控制，使得整车的性能稳定可靠。使用光电对管作为起始线的检测。
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第七届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
第三章 模型车机械设计说明
智能车的控制算法和软件程序都是需要相应的机械结构来执行和实现的，因此在设计整个软件架构和算法之前一定要对整个车模的机械结构有一个感性的认识，从而再针对具体的设计方案来调整赛车的机械结构。本章的将主要介绍赛车车模的机械特点和调整方案。
赛车的机械性能对小车行驶性能有很大的影响。安装时需要考虑的要点是： （1）符合组委会规定的赛车的尺寸要求 （2）安装的实用性 （3）安装的轻便性
（4）方便摄像头准确快速的检测
（5）车体各部分重量的分配。质心问题，保证赛车转弯、加速在安装车模与车模结构改造过程中， 通过不断的调试摸索， 经过对比之后，我们对小车的机械结构进行了改进，主要有以下几个优点：
①.给前轮固定处加垫片，降低整车的重心。
②.舵机直立架在车前，增加舵机力臂减小滞后时间。 ③.摄像头架在电机的前面，减小车前盲区。 ④.用强度高、质量轻的碳杆制作摄像头支架。
3.1.前轮倾角的调整
调试中发现，在车模过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度增大而增大。为了尽可能降低转向舵机负载，对前轮的安装角度，即前轮定位进行了调整。前轮机械调整很重要，有利于车过弯时的性能，使其转向轻便，有利于车的转向，保障汽车直线行驶的稳定性，减少轮胎的磨损。前轮是转向轮，前轮调整包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角以及前轮前束的调整。由于赛道复杂我们将主销后倾角和主销内倾角、前轮外倾角保持0 度,前轮前束是为
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第三章 模型车机械设计说明
了改善前轮外倾带来的不良后果，保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。而前轮前束的调整必须与前轮外倾角相匹配，通过多次试验，我们最后将前轮前束调整到内倾1—2 度，整车性能比较稳定。
图3.1 前束的调整
3.2.齿轮传动机构调整
车模后轮采用RS380-ST/3545电机驱动，由竞赛主办方提供。齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装位置的不恰当，会大大增加电机驱动后轮的负载，从而影响到最终成绩。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平行, 齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力，白白浪费动力;传动部分要轻松、顺畅，容易转动，不能有卡住或迟滞现象.
3.3．舵机的安装方式
起初我们考虑到将舵机平放安装的，但是感觉舵机在转向时不是很灵活，所以又将舵机直立安装，舵机的力臂比原来有所加长，并且舵机在转向时非常的灵敏。舵机转向是整个控制系统中延迟较大的一个环节，为了减小此时间常数，通过改变舵机的安装位置的方法可以提高舵机的响应速度。分析舵机控制
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