智能车自动刹车系统的设计
本文设计的智能小车系统是以STM32F103RB微控制器为控制单元，使用CCD模拟摄像头检测模拟道路信息，通过对图像进行硬件二值化提取模拟道路的边界、障碍信息，计算出小车与黑线之间的位置偏差。当小车遇到障碍物时，判断能否避让，如果能够避让，减小PWM的占空比使小车减速，采用PD算法对小车的舵机转向进行反馈控制。如果遇到不可避障碍时，停止PWM输出，使小车停车。在小车行驶过程中遇到不可避障碍时停车，撤销不可避障碍后继续行走。同时，为了方便对调试，采用了Nokia 5110 LCD显示屏，将二值化后的图像传输到液晶显示屏上进行观察与调试。 M000148
关键字：STM32F103RB CCD 二值化 PID LCD显示屏
Design of Smart Car Automatic Braking System
This design is based on the intelligent car system control unit STM32F103RB microcontroller, analog CCD camera using simulated road information detected by the hardware for image binarization simulated road boundary extraction, information barriers, calculated between the car and the black line positional deviation. When the car obstacle to determine whether avoidance, if we can avoid, reduce the PWM duty cycle to make the car slow down, using the PD algorithm car steering servo feedback control. If you encounter unavoidable obstacle, stop PWM output, the trolley stop. Inevitably encounter obstacles in the process of moving the car park, the revocation inevitable obstacles continue walking. Meanwhile, in order to facilitate debugging, using a Nokia 5110 LCD screen, the binarized image after transfer to be observed on the monitor and debug.
Keywords: STM32F103RB CCD camera binarization PID LCD display
目 录 查看完整请+Q:351916072获取
1.引言 ..............................................................................................1
1.1 壁障小车概述 1
1.2课题的研究背景 1
1.3课题研究的主要任务 2
1.3.1论文的程序语言 2
1.3.2完成设计需要的模块 2
1.4论文的安排 2
1.5本章小结 3
2.系统方案设计 .................................................................................4
2.1系统概述 4
2.2车体的布局 5
2.3本章小结 5
3.硬件系统的设计 ..............................................................................6
3.1单片机的选择 6
3.2摄像头的选择 8
3.3单片机系统电路 9
3.4电源管理模块设计 11
3.4.1 5V稳压电路 12
3.4.2 12V稳压电路 12
3.6视频分离电路 13
3.7硬件二值化电路 14
3.8电机驱动电路 15
3.4本章小结 15
4.刹车系统的设计 ............................................................................16
4.1系统总体软件流程 16
4.2行走方案设计 17
4.3刹车方案设计 17
4.4减速方案设计 17
4.5本章小结 18
5系统调试 .......................................................................................19
5.1串口调试 19
5.2实时图像调试 21
5.2.1 SPI总线介绍 21
5.2.2 实时图像 22
5.3小车摄像头标定 25
5.4本章小结 28
6.总结和展望 ...................................................................................29
6.1论文总结 29
6.2课题展望 29
参考文献 ..........................................................................................30
致谢 .................................................................................................31
附录：部分源程序 ............................................................................32
2.1系统概述
智能车刹车系统的总体工作模式为：CCD图像传感器采集模拟道路图像，输出PAL制式信号，采用LM1881芯片进行视频信号的同步分离，同时对图像进行硬件二值化处理，二值化图像信号、奇偶场信号、行同步信号输入到STM32F103RB微控制器，进行进一步处理获得主要的模拟道路信息；转向舵机采用PD控制，通过PWM控制驱动电路调整电机的功率；而车速根据道路的情况分为默认值、减速值以及停止。
根据智能车系统的基本要求，设计了系统结构图，如图1.1所示。在满足比赛要求的情况下，力求系统简单高效，因而在设计过程中尽量简化硬件结构，减少因硬件而出现的问题。
图2.1系统结构图
2.2车体的布局
（1）小车采用后轮驱动方式，电机安装在车体后方，舵机安装在前轮处，控制转向。
（2）摄像头位置架高，提高前瞻性并减少盲区。
（3）摄像位置处于电池前方，用以平衡整车重心。
小车布局如下：
图2.2小车整体 查看完整请+Q:351916072获取
2.3本章小结
本章主要介绍了制作智能小车的总体思路以及对小车整体布局的考虑。
3.硬件系统的设计
硬件电路的设计是为了让智能小车能够顺利的完成任务，整个系统的稳定供电关系到电源管理模块，信息的准确有效采集关系到传感器模块，电机、舵机的正常驱动关系到驱动模块。
3.1单片机的选择
51单片机与STM32系列单片机
8031单片机可以算是51系列单片机的始祖。它是由美国Intel公司生产的一款的单片机，后来因为Flash rom技术的发展使得8031单片机得到了广泛的发展，从而在8为单片机中占据了很高的地位，之后凡是兼容Intel 8031指令系统的单片机都统称为51单片机。其中的代表则是ATMEL的AT89系列，许多工业的测量控制系统中都在广泛的使用。
51单片机也是我在大学课程中接触到第一款单片机，它以C语言为编程环境，上手简单易学。它拥有8位CPU、4K字节ROM、片内自带振荡器、可寻址的64K字节外部存储器、128字节RAM、32根I/O线、21个SFR（特殊功能寄存器）、2个16位定时器、计数器中断结构：具有两个优先级、五个中断源、具有方便的位寻址功能，适用于按位进行逻辑运算的处理器。
STM32系列单片机是由意法半导体（ST）集团研发的基于嵌入式应用的ARM Cortex-M3内核。可以分为两个系列：高性能的STM32F103“增强型”系列和低性能的STM32F101“基本型”系列。增强型系列拥有同类中最高的72MHZ时钟频率,基本型的时钟频率则为36MHZ，他们的区别就在于“增强型”系列SRAM的最大容量大于“基本型”同时外设接口的组合也不尽相同。
STM32 的优异性体现在如下几个方面：
1、价格低。以8位机的价格，得到32位机，是STM32最大的优势。
2、外设多。STM32 拥有包括：FSMC、TIMER、SPI、IIC、USB、CAN、IIS、SDIO、ADC、DAC、RTC、DMA 等众多外设及功能，具有极高的集成度。
3、型号丰富。 STM32 仅 M3 内核就拥有 F100、F101、F102、F103、 F105、F107、 F207、F217 等 8个系列上百种型号，具有 QFN、LQFP、BGA 等封装可供选择。同时 STM32还推出了 STM32L 和 STM32W 等超低功耗和无线应用型的 M3 芯片。
4、实时性能优异。84个中断，16 级可编程优先级，并且所有的引脚都可以作为中断输入。查看完整请+Q:351916072获取
关键字：STM32F103RB CCD 二值化 PID LCD显示屏
Design of Smart Car Automatic Braking System
This design is based on the intelligent car system control unit STM32F103RB microcontroller, analog CCD camera using simulated road information detected by the hardware for image binarization simulated road boundary extraction, information barriers, calculated between the car and the black line positional deviation. When the car obstacle to determine whether avoidance, if we can avoid, reduce the PWM duty cycle to make the car slow down, using the PD algorithm car steering servo feedback control. If you encounter unavoidable obstacle, stop PWM output, the trolley stop. Inevitably encounter obstacles in the process of moving the car park, the revocation inevitable obstacles continue walking. Meanwhile, in order to facilitate debugging, using a Nokia 5110 LCD screen, the binarized image after transfer to be observed on the monitor and debug.
Keywords: STM32F103RB CCD camera binarization PID LCD display
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1.引言 ..............................................................................................1
1.1 壁障小车概述 1
1.2课题的研究背景 1
1.3课题研究的主要任务 2
1.3.1论文的程序语言 2
1.3.2完成设计需要的模块 2
1.4论文的安排 2
1.5本章小结 3
2.系统方案设计 .................................................................................4
2.1系统概述 4
2.2车体的布局 5
2.3本章小结 5
3.硬件系统的设计 ..............................................................................6
3.1单片机的选择 6
3.2摄像头的选择 8
3.3单片机系统电路 9
3.4电源管理模块设计 11
3.4.1 5V稳压电路 12
3.4.2 12V稳压电路 12
3.6视频分离电路 13
3.7硬件二值化电路 14
3.8电机驱动电路 15
3.4本章小结 15
4.刹车系统的设计 ............................................................................16
4.1系统总体软件流程 16
4.2行走方案设计 17
4.3刹车方案设计 17
4.4减速方案设计 17
4.5本章小结 18
5系统调试 .......................................................................................19
5.1串口调试 19
5.2实时图像调试 21
5.2.1 SPI总线介绍 21
5.2.2 实时图像 22
5.3小车摄像头标定 25
5.4本章小结 28
6.总结和展望 ...................................................................................29
6.1论文总结 29
6.2课题展望 29
参考文献 ..........................................................................................30
致谢 .................................................................................................31
附录：部分源程序 ............................................................................32
2.1系统概述
智能车刹车系统的总体工作模式为：CCD图像传感器采集模拟道路图像，输出PAL制式信号，采用LM1881芯片进行视频信号的同步分离，同时对图像进行硬件二值化处理，二值化图像信号、奇偶场信号、行同步信号输入到STM32F103RB微控制器，进行进一步处理获得主要的模拟道路信息；转向舵机采用PD控制，通过PWM控制驱动电路调整电机的功率；而车速根据道路的情况分为默认值、减速值以及停止。
根据智能车系统的基本要求，设计了系统结构图，如图1.1所示。在满足比赛要求的情况下，力求系统简单高效，因而在设计过程中尽量简化硬件结构，减少因硬件而出现的问题。
图2.1系统结构图
2.2车体的布局
（1）小车采用后轮驱动方式，电机安装在车体后方，舵机安装在前轮处，控制转向。
（2）摄像头位置架高，提高前瞻性并减少盲区。
（3）摄像位置处于电池前方，用以平衡整车重心。
小车布局如下：
图2.2小车整体 查看完整请+Q:351916072获取
2.3本章小结
本章主要介绍了制作智能小车的总体思路以及对小车整体布局的考虑。
3.硬件系统的设计
硬件电路的设计是为了让智能小车能够顺利的完成任务，整个系统的稳定供电关系到电源管理模块，信息的准确有效采集关系到传感器模块，电机、舵机的正常驱动关系到驱动模块。
3.1单片机的选择
51单片机与STM32系列单片机
8031单片机可以算是51系列单片机的始祖。它是由美国Intel公司生产的一款的单片机，后来因为Flash rom技术的发展使得8031单片机得到了广泛的发展，从而在8为单片机中占据了很高的地位，之后凡是兼容Intel 8031指令系统的单片机都统称为51单片机。其中的代表则是ATMEL的AT89系列，许多工业的测量控制系统中都在广泛的使用。
51单片机也是我在大学课程中接触到第一款单片机，它以C语言为编程环境，上手简单易学。它拥有8位CPU、4K字节ROM、片内自带振荡器、可寻址的64K字节外部存储器、128字节RAM、32根I/O线、21个SFR（特殊功能寄存器）、2个16位定时器、计数器中断结构：具有两个优先级、五个中断源、具有方便的位寻址功能，适用于按位进行逻辑运算的处理器。
STM32系列单片机是由意法半导体（ST）集团研发的基于嵌入式应用的ARM Cortex-M3内核。可以分为两个系列：高性能的STM32F103“增强型”系列和低性能的STM32F101“基本型”系列。增强型系列拥有同类中最高的72MHZ时钟频率,基本型的时钟频率则为36MHZ，他们的区别就在于“增强型”系列SRAM的最大容量大于“基本型”同时外设接口的组合也不尽相同。
STM32 的优异性体现在如下几个方面：
1、价格低。以8位机的价格，得到32位机，是STM32最大的优势。
2、外设多。STM32 拥有包括：FSMC、TIMER、SPI、IIC、USB、CAN、IIS、SDIO、ADC、DAC、RTC、DMA 等众多外设及功能，具有极高的集成度。
3、型号丰富。 STM32 仅 M3 内核就拥有 F100、F101、F102、F103、 F105、F107、 F207、F217 等 8个系列上百种型号，具有 QFN、LQFP、BGA 等封装可供选择。同时 STM32还推出了 STM32L 和 STM32W 等超低功耗和无线应用型的 M3 芯片。
4、实时性能优异。84个中断，16 级可编程优先级，并且所有的引脚都可以作为中断输入。查看完整请+Q:351916072获取
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