光电智能车控制系统软件的设计与实现(附件)【字数：12324】
摘 要本文以第十二届恩智浦智能车竞赛为背景，主要包括智能车控制系统的硬件设计和软件开发。该智能车控制系统的硬件模块包括恩智浦飞思卡尔大赛组委会统一指定的C车模、电源模块、驱动模块、控制模块和传感器模块。本课题在智能车竞赛的基础上继续改进，以恩智浦半导体公司生产的32位的单片机MK60FX512ZVLL15作为核心控制器，通过鹰眼摄像头对赛道信息进行采集并对采集到的图像进行二值化处理，进而根据一系列算法计算出赛道的中线值，使用位置式PID算法来控制舵机的打角，使用编码器采集智能车的速度，利用增量式PID算法给电机实时的速度值，从而达到了对智能车的闭环控制。为了能够方便修改和确定智能车的稳定参数值，本课题还使用了蓝牙模块、LCD显示模块，并通过大量的软硬件测试，实现稳定可靠的智能车控制软件系统。
目 录
第一章 绪论 1
1.1智能车研究背景 1
1.1.1发展历史 1
1.1.2智能车研究方向 1
1.1.3智能车发展前景 2
1.2“恩智浦杯”大学生智能车竞赛 2
1.2.1智能车竞赛简介 2
1.2.2智能车竞赛实况 3
1.3 论文的结构 4
第二章 系统总体设计 5
2.1系统概述 5
2.2系统的硬件部分 5
2.3系统的软件部分 6
第三章 智能车硬件模块 7
3.1 MCU控制模块 7
3.1.1 MK60FX512LL10最小系统 7
3.1.2 MK60FX512LL10单片机功能介绍 7
3.2传感器模块 8
3.2.1数字摄像头 鹰眼OV7725 8
3.2.2编码器 8
3.2.3红外避障传感器 9
3.3电源控制模块 9
3.4电机驱动模块 10
第四章 智能车软件控制相关算法 11
4.1 软件的控制流程图 11
4.2智能车跑道中心线的提取 12
4.2.1原始采集图像的特征 12
4.2.2跑道边沿黑线的提取以及赛道的识别 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.2.3计算跑道的中线 13
4.2.4智能车路径的选择 13
4.3智能车控制电机和舵机 14
4.3.1 PID算法的引入 14
4.3.2棒棒算法的引入 14
4.3.2舵机的控制策略 15
4.3.3电机的控制策略 15
4.4本章小结 16
第五章 开发与调试 17
5.1开发环境 17
5.2上位机显示图像 18
5.3蓝牙和NRF模块无线调试 19
5.4拨码开关调试 19
5.5 LCD显示和按键调试模块 20
5.6本章小结 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 25
第一章 绪论
1.1智能车研究背景
1.1.1发展历史
智能车是缩小版的智能汽车，前者和后者都需要相应的传感器对信息的采集与处理，控制方法及系统的创建中也有很多相类似之处，可以说智能车的研究对于研究智能汽车提供了很多试验平台，推动了智能车的快速发展。摄像头作为很多智能汽车的信息采集的传感器具有其独有的优势，例如对于物体具体特征的采集，视野比较宽广等。因此基于摄像头的智能小车的研究推动了智能汽车的快速进展。
智能汽车是未来人们对于汽车的发展方向，能够有效地阻止交通事故的发生，对于提高人们开车的舒适度也有很重要的作用。同时智能汽车是一个集通信技术，计算机技术，自动控制，信息处理技术，传感器技术于一体的行业，它的发展很大程度上会提高国家智能控制领域的发展。自20世纪90年代以来，随着汽车市场竞争越来越激烈和智能运输系统地兴起，国际上很多大的公司，大学和研究机构对相关专业展开了研究。如美国、日本和欧洲的很多国家都很看中智能车的发展，尤其是世界上汽车产业的三巨头，已经开始研究更智能化的自动驾驶汽车。中国当然也加入了研究智能汽车的行业，2000年上海智能交通系统也开始进入实施阶段，从2015年以来，中国在智能车方面有越来越多的企业和研究人员申请专利，不乏有很多高质量专利被投入到实践中。
1.1.2智能车研究方向
由于智能汽车逐渐的进入到人们的生活领域，为了满足广大客户的各项的要求，各大高校、企业的研究人员都在投入大量的精力和资金去研发。主要的研发发现包括以下方面：
（1）驾驶员行为分析任务：研究驾驶人员的驾驶状况与车辆行驶之间所存在的关系。目的是为了是能够辅助驾驶人员让驾驶人能够安全的在道路上行驶。
（2） 极端情况下的自助驾驶：主要是研究人在某些极端的情况下无法做出快速的反应从而让智能车能够自助操作。
（3）车辆运动的控制系统：研究车辆如何运动、动力学建模、车体的控制等问题。
（4）交通监控、车辆导航急协作：主要是研究交通的流畅程度，防止车辆出现拥堵。
（5）车辆交互通信：研究车辆信息的无线传输和交流。
（6）军事领域应用研究：研究智能汽车在军事作战中需要发挥的作用。
（7）系统结构：研究智能汽车各个组织之间的联系。
1.1.3智能车发展前景
智能车系统的前景非常广泛。把各种传感器技术与自动驾驶技术结合到一起能够实现智能车自动巡航的功能，让车开得快而且更加的稳定。如果在夜间工作加上红外摄像头，就能辅助驾驶员安全驾驶。智能车也可以工作在如仓库、码头、工厂等危险的地方，同时也可以让无人车担任夜间某些特定地方的巡查工作。在普通的消费者家庭中也有其发展的前景，如在大雾天气可以在车上加上激光雷达这样就可以探测到前方的障碍物。就不会发生车辆之间的碰撞。
各大互联网公司都组织技术人员投入到智能车的研发中。估计到2025年，智能车联网技术肯定会产生巨大的价值，并且随着科技手段的不断革新，从信息的传播到智能汽车再到智能汽车的交通控制，肯定会全方位的覆盖。
智能车发展到一定程度的时候，那时候肯定不仅能够解决交通安全方面的问题，同时还能给人以最舒适的方式去驾驶汽车，所有的一切费力的事情都由汽车自己来完成。同时智能车的能源问题也肯定能够被解决，绝大部分的汽油车肯定会被代替，换之而来的可以利用太阳能的发电来提供车的形式，当下需要解决的问题就是提高太阳能的转换效率，以及一些其他能源的储存和转换形式，在当下这些问题都还是难题，但是可以相信在未来的智能车研发的过程中这些难题都会被一一攻克。
目 录
第一章 绪论 1
1.1智能车研究背景 1
1.1.1发展历史 1
1.1.2智能车研究方向 1
1.1.3智能车发展前景 2
1.2“恩智浦杯”大学生智能车竞赛 2
1.2.1智能车竞赛简介 2
1.2.2智能车竞赛实况 3
1.3 论文的结构 4
第二章 系统总体设计 5
2.1系统概述 5
2.2系统的硬件部分 5
2.3系统的软件部分 6
第三章 智能车硬件模块 7
3.1 MCU控制模块 7
3.1.1 MK60FX512LL10最小系统 7
3.1.2 MK60FX512LL10单片机功能介绍 7
3.2传感器模块 8
3.2.1数字摄像头 鹰眼OV7725 8
3.2.2编码器 8
3.2.3红外避障传感器 9
3.3电源控制模块 9
3.4电机驱动模块 10
第四章 智能车软件控制相关算法 11
4.1 软件的控制流程图 11
4.2智能车跑道中心线的提取 12
4.2.1原始采集图像的特征 12
4.2.2跑道边沿黑线的提取以及赛道的识别 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.2.3计算跑道的中线 13
4.2.4智能车路径的选择 13
4.3智能车控制电机和舵机 14
4.3.1 PID算法的引入 14
4.3.2棒棒算法的引入 14
4.3.2舵机的控制策略 15
4.3.3电机的控制策略 15
4.4本章小结 16
第五章 开发与调试 17
5.1开发环境 17
5.2上位机显示图像 18
5.3蓝牙和NRF模块无线调试 19
5.4拨码开关调试 19
5.5 LCD显示和按键调试模块 20
5.6本章小结 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 25
第一章 绪论
1.1智能车研究背景
1.1.1发展历史
智能车是缩小版的智能汽车，前者和后者都需要相应的传感器对信息的采集与处理，控制方法及系统的创建中也有很多相类似之处，可以说智能车的研究对于研究智能汽车提供了很多试验平台，推动了智能车的快速发展。摄像头作为很多智能汽车的信息采集的传感器具有其独有的优势，例如对于物体具体特征的采集，视野比较宽广等。因此基于摄像头的智能小车的研究推动了智能汽车的快速进展。
智能汽车是未来人们对于汽车的发展方向，能够有效地阻止交通事故的发生，对于提高人们开车的舒适度也有很重要的作用。同时智能汽车是一个集通信技术，计算机技术，自动控制，信息处理技术，传感器技术于一体的行业，它的发展很大程度上会提高国家智能控制领域的发展。自20世纪90年代以来，随着汽车市场竞争越来越激烈和智能运输系统地兴起，国际上很多大的公司，大学和研究机构对相关专业展开了研究。如美国、日本和欧洲的很多国家都很看中智能车的发展，尤其是世界上汽车产业的三巨头，已经开始研究更智能化的自动驾驶汽车。中国当然也加入了研究智能汽车的行业，2000年上海智能交通系统也开始进入实施阶段，从2015年以来，中国在智能车方面有越来越多的企业和研究人员申请专利，不乏有很多高质量专利被投入到实践中。
1.1.2智能车研究方向
由于智能汽车逐渐的进入到人们的生活领域，为了满足广大客户的各项的要求，各大高校、企业的研究人员都在投入大量的精力和资金去研发。主要的研发发现包括以下方面：
（1）驾驶员行为分析任务：研究驾驶人员的驾驶状况与车辆行驶之间所存在的关系。目的是为了是能够辅助驾驶人员让驾驶人能够安全的在道路上行驶。
（2） 极端情况下的自助驾驶：主要是研究人在某些极端的情况下无法做出快速的反应从而让智能车能够自助操作。
（3）车辆运动的控制系统：研究车辆如何运动、动力学建模、车体的控制等问题。
（4）交通监控、车辆导航急协作：主要是研究交通的流畅程度，防止车辆出现拥堵。
（5）车辆交互通信：研究车辆信息的无线传输和交流。
（6）军事领域应用研究：研究智能汽车在军事作战中需要发挥的作用。
（7）系统结构：研究智能汽车各个组织之间的联系。
1.1.3智能车发展前景
智能车系统的前景非常广泛。把各种传感器技术与自动驾驶技术结合到一起能够实现智能车自动巡航的功能，让车开得快而且更加的稳定。如果在夜间工作加上红外摄像头，就能辅助驾驶员安全驾驶。智能车也可以工作在如仓库、码头、工厂等危险的地方，同时也可以让无人车担任夜间某些特定地方的巡查工作。在普通的消费者家庭中也有其发展的前景，如在大雾天气可以在车上加上激光雷达这样就可以探测到前方的障碍物。就不会发生车辆之间的碰撞。
各大互联网公司都组织技术人员投入到智能车的研发中。估计到2025年，智能车联网技术肯定会产生巨大的价值，并且随着科技手段的不断革新，从信息的传播到智能汽车再到智能汽车的交通控制，肯定会全方位的覆盖。
智能车发展到一定程度的时候，那时候肯定不仅能够解决交通安全方面的问题，同时还能给人以最舒适的方式去驾驶汽车，所有的一切费力的事情都由汽车自己来完成。同时智能车的能源问题也肯定能够被解决，绝大部分的汽油车肯定会被代替，换之而来的可以利用太阳能的发电来提供车的形式，当下需要解决的问题就是提高太阳能的转换效率，以及一些其他能源的储存和转换形式，在当下这些问题都还是难题，但是可以相信在未来的智能车研发的过程中这些难题都会被一一攻克。
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