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1、智能车路径识别系统智能车路径识别系统 设计与开发设计与开发 指指 导导 教教 师：杜秀丽师：杜秀丽项项 目目 负负 责责 人：王运明人：王运明项项 目目 组组 成成 员员 ：段俊欢：段俊欢 、曾沥锋、曾沥锋 、邢克峰、邢克峰 研究意义、科学价值、社会应用前景研究意义、科学价值、社会应用前景 n n 随着控制技术及计算机技术的发展，智能车随着控制技术及计算机技术的发展，智能车系统将在未来工业生产和日常生活中扮演着重要系统将在未来工业生产和日常生活中扮演着重要的角色。智能车的研究起源于军事用途，具有极的角色。智能车的研究起源于军事用途，具有极大的军事价值；在民用方面，智能车也有许多成大的军事价值；
2、在民用方面，智能车也有许多成功的应用，有助于减少交通事故，提高运输效率，功的应用，有助于减少交通事故，提高运输效率，减轻驾驶员劳动负荷等。近年来，为解决交通问减轻驾驶员劳动负荷等。近年来，为解决交通问题，各发达国家在智能交通系统的研究上均投入题，各发达国家在智能交通系统的研究上均投入了大量的人力、物力；除在公路交通运输外，智了大量的人力、物力；除在公路交通运输外，智能车在生产自动化、制造业、柔性生产组织、危能车在生产自动化、制造业、柔性生产组织、危险环境作业等领域，也有广阔的研究应用前景。险环境作业等领域，也有广阔的研究应用前景。路径识别模块是智能车系统的关键模块之一路径识别模块是智能车系统的
3、关键模块之一 路径识别模块将路况的信息传输给主控制模块，以此来判断智能车偏离路径的方向和程度，迅速控制舵机做出相应的调整。路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣。本项目以一竞赛用汽车模型为硬件平台，设计硬件电路并研究基于路径识别的车辆智能控制策略和算法，以有效提高智能车的路径识别能力。研究目标、研究内容研究目标、研究内容 n n本项目的研究目标是：实现智能车道路边界的准确识别和定位跟踪。n n主要研究内容有：硬件电路设计与制作控制系统设计基于目标控制器的算法软件开发智能导航调试与标定解决的关键问题解决的关键问题 1.直道入弯时迅速识别出此状态，调速系统能迅速将速度减到适当值，转向系统能够
4、在极短时间完成转向。2连续单方向弯道及蛇行道时速度能稳定在设定值，特别是在蛇行道换向时有一小段近似直道的区域，此处如何与直道区别。3在出弯时，调速系统迅速将速度调整到预定值，如果此时偏移量较大，在短时间内将模型车稳定在较小偏差量。研究的进度安排研究的进度安排 n n2008.07-2008.10 查阅资料，熟悉路径识别技术及智能车系统相关知识n n2008.11-2009.01 设计智能车系统，设计和调试硬件电路（中期完成上述内容）n n2009.02-2009.03 路径识别算法研究，软件设计、开发n n2009.04-2009.05 系统调试电源管理电源管理舵机CCD传感器电源管理MCU(
5、9 S 12 DG128)MC 33886电池电机转速测量+5 V+7.2 V+7.2 v+6 V+12 V+5 V设计思想设计思想n n利用传感器采集路径信息，经过系统处理，识别当前路径情况，做出判断决策，从而给出相应的PWM信号，通过电机驱动模块驱动直流电机以合适的速度行驶，同时，控制舵机转出相应的角度。自主设计内容n n自动识别路径（黑线）的方案及电子电路制作；n n电机的驱动电路设计制作；n n赛车转向机械结构及控制电路设计制作；n n赛车车速传感器设计制作；n n赛车控制器控制软件的编程及装配模型车；n n赛车车速快慢的现场调整电路设计制作。硬件设计硬件设计n n8位微控制器模块n
6、n电机控制模块n n测速模块n n路径识别模块n n电源模块电机驱动模块电机驱动模块电机性能的好坏与电机的驱动部分密切相关，一种电机驱动芯片MC33886，另外还有多种电机驱动芯片可使用，如L298。通过改变PWM的占空比可控制电机的转速。我们主要采用两片MC33886并联使用。测速模块测速模块n n通过速度检测，对车模速度进行闭环反馈控制，使得车模运行得更精确。n n在车轮没有打滑的情况下，车速正比于驱动电机的转速。车速检测一般通过检测驱动电机转速实现。我们采用霍尔元件。路径识别模块路径识别模块 CCDCCD传感器传感器优点：探测距离远，能够尽可能早优点：探测距离远，能够尽可能早的感知前方的
7、路径信息进行预判断，再现路径的真的感知前方的路径信息进行预判断，再现路径的真实信息。实信息。进行图像采集识别路径进行图像采集识别路径,首先要处理好的技术首先要处理好的技术问题就是能有效地从摄像头信号中提取出行同步脉问题就是能有效地从摄像头信号中提取出行同步脉冲、消隐脉冲及其场同步脉冲冲、消隐脉冲及其场同步脉冲.有有2 2种可供参考的方种可供参考的方法法:第一第一,直接用直接用A/DA/D进行软件提取进行软件提取.结合结合CCDCCD摄像摄像头信号的特点头信号的特点,通过判断采样得到的电压值处在不通过判断采样得到的电压值处在不同的范围来提取同的范围来提取;第二第二,给单片机配以合适的外围芯给单片
8、机配以合适的外围芯片进行硬件提取片进行硬件提取.考虑到硬件提取简单易行考虑到硬件提取简单易行,可靠性可靠性高高.故本系统选用故本系统选用LM1881LM1881视频同步信号分离芯片来视频同步信号分离芯片来进行提取进行提取 摄像头采样电路图摄像头采样电路图摄像头采样电路图智能车软件设计智能车软件设计1.赛道记忆算法.2.模糊PID控制算法3.键盘输入程序流程图4.软件设计流程图5.动态阈值计算流程图 5.图像处理流程图6.道路识别程序流程图赛道记忆算法赛道记忆算法n n赛道记忆算法在第一圈以最安赛道记忆算法在第一圈以最安全的速度缓慢驶过第一圈并将全的速度缓慢驶过第一圈并将赛道信息保存下来赛道信息
9、保存下来.第二圈根据第二圈根据保存下来的信息进行车速和转保存下来的信息进行车速和转角决策的相应最优化角决策的相应最优化.从而在第从而在第二圈取得好成绩二圈取得好成绩.无论智能车传无论智能车传感器的前瞻距离有多远感器的前瞻距离有多远,在跑圈在跑圈时它都只能预测在一段有限距时它都只能预测在一段有限距离内赛道的情况离内赛道的情况.而采用赛道记而采用赛道记忆算法的智能车忆算法的智能车,在第二圈时已在第二圈时已对整个赛道有了全面的认识对整个赛道有了全面的认识,从从而在相同条件下而在相同条件下,将比不使用赛将比不使用赛道记忆的智能车更具优势道记忆的智能车更具优势.n算法框图频道信息第二圈第一圈转角策略跑道
10、策略模糊模糊PID控制算法控制算法n n智能车属于典型的非线性智能车属于典型的非线性,时变时变,模型不确定复杂模型不确定复杂系统系统.在实际测量中发现在实际测量中发现,不同形状的跑道上不同形状的跑道上,其受其受机械性能和道路摩擦因素等客观条件影响很大机械性能和道路摩擦因素等客观条件影响很大,几几乎不可能建立准确的数学模型乎不可能建立准确的数学模型,但是在相同的路径但是在相同的路径参数下参数下,智能车却可似为不变智能车却可似为不变,故可把道路分为故可把道路分为3 3种种具有代表型的类型具有代表型的类型:直道直道.大弯大弯.S.S型小弯道型小弯道,分别确分别确定这三种典型道路参数下的最佳定这三种典
11、型道路参数下的最佳PIDPID参数参数.其核心其核心思想是把周期内的车辆状态视为不变思想是把周期内的车辆状态视为不变,只要控制周只要控制周期足够短期足够短,就可以实现很好的控制效果就可以实现很好的控制效果,在智能车在智能车的实际行驶中的实际行驶中,每每20MS20MS进行进行1 1次控制次控制,可满足要求可满足要求,此外此外,该算法结合单片机的该算法结合单片机的S12S12模糊推理机模糊推理机,可针对可针对不同的道路参数在线自整定不同的道路参数在线自整定PIDPID参数参数.对系统的参对系统的参数变化具有较强的鲁棒性数变化具有较强的鲁棒性.键盘输入程序流程图键盘输入程序流程图软软软软件件件件设设设设计计计计流流流流程程程程图图图图图图图图像像像像处处处处理理理理流流流流程程程程图图图图道道道道路路路路识识识识别别别别程程程程序序序序流流流流程程程程图图图图动动动动态态态态阈阈阈阈值值值值计计计计算算算算流流流流程程程程图图图图