信标智能车控制系统软件设计与实现(附件)【字数：7670】
摘 要本文所设计的智能车系统是根据十一届大学生智能车竞赛信标组的比赛规则而设计的，要求自主设计一款能够自主运行的智能车系统，完成比赛的具体任务。本智能车系统以MK60FN为核心控制单元，通过定位眼摄像头检测场地信息，软件对图像进行二值化处理，进而根据一系列算法提取信标位置信息，利用位置式PID调节舵机角度，通过编码器检测车模的实时速度，使用增量式PID调节电机的转速，实现了对智能车运动速度和运动方向的闭环控制。为了提高系统的稳定性，使用LCD液晶屏、按键、蓝牙等调试工具，进行了大量硬件与软件测试，最终顺利完成设计要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究的内容 2
1.3论文的结构安排 3
第二章 系统总体设计 4
2.1整体方案设计 4
2.2硬件系统组成 4
2.3软件系统组成 5
第三章 硬件系统设计 6
3.1单片机系统 6
3.2电源模块 6
3.2.15V稳压模块 7
3.2.23.3V稳压模块 7
3.2.36V稳压模块 8
3.3电机驱动模块 8
3.4图像采样处理模块 9
3.5编码器模块 9
3.6避障模块 10
3.7辅助调试模块 10
第四章 软件系统设计 11
4.1程序流程图 11
4.2图像采集 12
4.2.1OV7620时序分析 12
4.2.2图像采集中断函数 13
4.3图像预处理 14
4.3.1图像滤波处理 14
4.3.2图像二值化处理 15
4.4信标识别以及定位 15
4.5障碍的处理 17
4.6发车控制 18
4.7舵机控制算法 18
4.8电机控制算法 19
4.9交互界面 19
第五章 开发与调试 20
5.1开发环境 20
5.2蓝牙调试模块 20 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录 24
附录A源程序 24
附录B实物图 27
附录C软件流程图 28
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
我国从上世纪80年代开始研究汽车的无人驾驶技术，国内多所高校都有无人驾驶汽车的研究项目，并且已经取得了阶段性成果。
对智能化车辆控制系统开发相当于延伸了驾驶员的视觉等感知功能，扩展了驾驶员的执行控制功能，增加了道路交通安全。
本课题所需设计的系统不仅需要简单进行图像采集与处理以及对赛道识别的功能，而且还需要所设计的程序可以实现自主规划路线以及避障等一系列的功能。
比赛现场如图11所示，可以看到场上有固定个数的信标灯，但是同一时刻只有一个信标灯是闪烁的，此时智能车需要寻找到亮着的信标灯，并跑到其附近，车体装有磁铁，当信标灯周围的线圈感应到智能车到达时，关闭当前点亮的灯，然后随机点亮任意一处的灯，然后依次循环，直到熄灭的信标灯达到一定的个数，比赛结束。
/
图11 比赛现场图
智能车实物图如图12所示，整个智能车系统是构建在官方提供的车模的基础上（包括车模本身、电池、舵机），自制电路板并焊接，改装车体的机械结构，以及设计软件系统，最终形成一套完整的智能车系统。
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图12 智能车实物图
1.2课题研究的内容
要求智能车开始位于发车区域内，并且所有的信标都是不亮的。开始后，信标系统自动会点亮第一个信标，点亮的信标会以10Hz的频率发送红光和40KHz的频率发送红外光。要求智能车能够识别信标的位置并做定向运动。当车模上放置的磁标进入信标周围的感应线圈后，信标系统会主动切换点亮下一个灯，车模前往第二个点亮的灯。此过程将会进行10次左右。
在此过程中，要求车模能够避免冲撞信标，以免造成车模行动受阻甚至损坏。比赛区域内随机安放5个左右的信标灯，它们统一由比赛计时控制系统控制，比赛场地示意图如图13所示。
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图13 比赛场地示意图
需要根据已有的硬件资源，包括单片机、摄像头、红外避障、液晶显示屏以及其他电路资源，设计出稳定可靠的系统软件。
系统软件需要实现对摄像头数据的采集功能，之后对采集到的图像进行滤波以及二值化的处理，利用寻找信标位置的算法求得信标在摄像头视野中的坐标位置，然后根据信标的坐标位置，控制舵机的转向及电机的转速。通过编码器获取实时车速，实现对电机的闭环控制，并且在寻找信标的过程中实现避障功能。
要求软件系统稳定可靠，在保证可靠性的前提下尽量用最精简的代码完成系统所需的功能。
1.3论文的结构安排
论文主要由5个章节组成，主要内容及结构安排如下：
第1章，绪论，介绍课题的背景、研究意义和主要研究内容。
第2章，系统总体设计，对整个系统的设计方案做总体的介绍，包括硬件系统组成以及软件系统组成。
第3章，硬件系统设计，介绍了设计中所使用的相关硬件电路，包括单片机系统、电源稳压模块、电机驱动模块、摄像头模块等。
第4章，软件系统设计，介绍了软件设计中的系统软件流程图，具体介绍了图像采集、图像滤波、二值化、信标位置提取、舵机控制、电机控制的程序设计思想。
第5章，系统的开发与调试，在IAR开发环境中对系统进行功能调试，包括系统软件的在线调试，以及借助蓝牙模块，实现了无线调试的功能。
结束语，总结设计，得出结论，总结设计收获和体会，同时指出整个设计工作的不足之处和需要改进的地方。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究的内容 2
1.3论文的结构安排 3
第二章 系统总体设计 4
2.1整体方案设计 4
2.2硬件系统组成 4
2.3软件系统组成 5
第三章 硬件系统设计 6
3.1单片机系统 6
3.2电源模块 6
3.2.15V稳压模块 7
3.2.23.3V稳压模块 7
3.2.36V稳压模块 8
3.3电机驱动模块 8
3.4图像采样处理模块 9
3.5编码器模块 9
3.6避障模块 10
3.7辅助调试模块 10
第四章 软件系统设计 11
4.1程序流程图 11
4.2图像采集 12
4.2.1OV7620时序分析 12
4.2.2图像采集中断函数 13
4.3图像预处理 14
4.3.1图像滤波处理 14
4.3.2图像二值化处理 15
4.4信标识别以及定位 15
4.5障碍的处理 17
4.6发车控制 18
4.7舵机控制算法 18
4.8电机控制算法 19
4.9交互界面 19
第五章 开发与调试 20
5.1开发环境 20
5.2蓝牙调试模块 20 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录 24
附录A源程序 24
附录B实物图 27
附录C软件流程图 28
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
我国从上世纪80年代开始研究汽车的无人驾驶技术，国内多所高校都有无人驾驶汽车的研究项目，并且已经取得了阶段性成果。
对智能化车辆控制系统开发相当于延伸了驾驶员的视觉等感知功能，扩展了驾驶员的执行控制功能，增加了道路交通安全。
本课题所需设计的系统不仅需要简单进行图像采集与处理以及对赛道识别的功能，而且还需要所设计的程序可以实现自主规划路线以及避障等一系列的功能。
比赛现场如图11所示，可以看到场上有固定个数的信标灯，但是同一时刻只有一个信标灯是闪烁的，此时智能车需要寻找到亮着的信标灯，并跑到其附近，车体装有磁铁，当信标灯周围的线圈感应到智能车到达时，关闭当前点亮的灯，然后随机点亮任意一处的灯，然后依次循环，直到熄灭的信标灯达到一定的个数，比赛结束。
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图11 比赛现场图
智能车实物图如图12所示，整个智能车系统是构建在官方提供的车模的基础上（包括车模本身、电池、舵机），自制电路板并焊接，改装车体的机械结构，以及设计软件系统，最终形成一套完整的智能车系统。
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图12 智能车实物图
1.2课题研究的内容
要求智能车开始位于发车区域内，并且所有的信标都是不亮的。开始后，信标系统自动会点亮第一个信标，点亮的信标会以10Hz的频率发送红光和40KHz的频率发送红外光。要求智能车能够识别信标的位置并做定向运动。当车模上放置的磁标进入信标周围的感应线圈后，信标系统会主动切换点亮下一个灯，车模前往第二个点亮的灯。此过程将会进行10次左右。
在此过程中，要求车模能够避免冲撞信标，以免造成车模行动受阻甚至损坏。比赛区域内随机安放5个左右的信标灯，它们统一由比赛计时控制系统控制，比赛场地示意图如图13所示。
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图13 比赛场地示意图
需要根据已有的硬件资源，包括单片机、摄像头、红外避障、液晶显示屏以及其他电路资源，设计出稳定可靠的系统软件。
系统软件需要实现对摄像头数据的采集功能，之后对采集到的图像进行滤波以及二值化的处理，利用寻找信标位置的算法求得信标在摄像头视野中的坐标位置，然后根据信标的坐标位置，控制舵机的转向及电机的转速。通过编码器获取实时车速，实现对电机的闭环控制，并且在寻找信标的过程中实现避障功能。
要求软件系统稳定可靠，在保证可靠性的前提下尽量用最精简的代码完成系统所需的功能。
1.3论文的结构安排
论文主要由5个章节组成，主要内容及结构安排如下：
第1章，绪论，介绍课题的背景、研究意义和主要研究内容。
第2章，系统总体设计，对整个系统的设计方案做总体的介绍，包括硬件系统组成以及软件系统组成。
第3章，硬件系统设计，介绍了设计中所使用的相关硬件电路，包括单片机系统、电源稳压模块、电机驱动模块、摄像头模块等。
第4章，软件系统设计，介绍了软件设计中的系统软件流程图，具体介绍了图像采集、图像滤波、二值化、信标位置提取、舵机控制、电机控制的程序设计思想。
第5章，系统的开发与调试，在IAR开发环境中对系统进行功能调试，包括系统软件的在线调试，以及借助蓝牙模块，实现了无线调试的功能。
结束语，总结设计，得出结论，总结设计收获和体会，同时指出整个设计工作的不足之处和需要改进的地方。
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