第三屆全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告圖5.1行中斷服務(wù)函數(shù)的流程圖經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在S12超頻在32Hz的情況下,視頻信號(hào)一行最多能采樣到63個(gè)點(diǎn),已經(jīng)滿足跑道的識(shí)別精度。在行數(shù)的選擇上考慮到對(duì)起始線的識(shí)別,我們提取了15行。圖像的采樣效果如下:圖5.2采樣數(shù)據(jù)從圖5.2可以看出黑色的值大概在1B左右,而白色大概在38左右;黑白顏色的值差別比較明顯。黑線提取我們采用邊緣檢測(cè)(灰度的跳變),具體的算法思路是:設(shè)定一個(gè)閥值(白線與黑線值的差),對(duì)每一行從左往右相鄰兩像素值做差(左減右),如果所得的差值大于所設(shè)定的閥值,則判定其右的相素點(diǎn)為黑色指引線的左邊緣,記錄下該相素點(diǎn)的橫坐標(biāo)。如果始終沒(méi)有檢測(cè)到大于閥值的情況,則該行的黑色指引的橫坐標(biāo)保持上一場(chǎng)時(shí)值。雖然采用了邊緣檢測(cè)提取黑線,但由于賽道縫隙或其他黑色像點(diǎn)的干擾,會(huì)導(dǎo)致某些行的黑線位置發(fā)生跳變,為了解決這個(gè)問(wèn)題,增強(qiáng)提取黑線的可靠性,采用了中值濾波對(duì)前面獲取的黑線位置進(jìn)行處理。中值濾波的思想是：對(duì)于某行的黑線位置,如果它的位置正好在前后兩行的中間,則保留原有位置；否則,以這三行中黑線位置居中的代替該行黑線位置。5.2速度控制5.2.1速度傳感器模塊為了使得賽車能夠平穩(wěn)地沿著賽道運(yùn)行,需要控制車速,使賽車在急轉(zhuǎn)彎時(shí)速度不至過(guò)快而沖出賽道。通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的平均電壓可以控制車速,但是如果開(kāi)環(huán)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,會(huì)受很多因素影響,例如電池電壓、電機(jī)傳動(dòng)摩擦力、道路摩擦力和前輪轉(zhuǎn)向角度等。這些因素會(huì)造成賽車運(yùn)行不穩(wěn)定。通過(guò)速度檢測(cè),對(duì)車模速度進(jìn)行閉環(huán)反饋控制,即可消除上述各種因素的影響,使得車模運(yùn)行得更穩(wěn)定。速度檢測(cè)我們采用了光電編碼器,通過(guò)檢測(cè)一段時(shí)間內(nèi)采集的脈沖數(shù),來(lái)達(dá)到檢測(cè)速度的變化。將光電編碼器的脈沖輸出引腳接到ECT通道2。5.2.2速度檢測(cè)的初始化及速度獲取通過(guò)一段時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖數(shù)的檢測(cè),采用模數(shù)計(jì)數(shù)器向下溢出中斷,每20ms采樣一次光電編碼器輸出的脈沖數(shù)并同時(shí)產(chǎn)生一次中斷。因?yàn)殡娋幋a器是200個(gè)脈沖每轉(zhuǎn),采用了16位計(jì)數(shù)器,才能達(dá)到不會(huì)產(chǎn)生計(jì)數(shù)器益處的情況。其初使化如下:MCFLG_MCZF=1;MCCTL_MODMC=1;//循環(huán)計(jì)數(shù)方式MCCTL_MCZI=1;MCCTL_MCEN=1;//模數(shù)計(jì)數(shù)器使能MCCTL_MCPR=3;//設(shè)置16分頻MCCNT=40000;//設(shè)置中斷時(shí)間20msMCCTL_FLMC=1;TIOS_IOS0=0;//設(shè)置PT0輸入捕捉TCTL4=0x12;PBCTL_PBEN=1;每次通過(guò)對(duì)PACN10值的讀取,就可以知道速度的變化情況。5.2.3速度的控制對(duì)速度控制我們采用了bang-bang,讓電機(jī)穩(wěn)定在一定的速度下,實(shí)際調(diào)試時(shí)速度的控制效果不錯(cuò),電機(jī)的響應(yīng)速度很快。為可提高整體的速度,在直道盡力的加快速度,但會(huì)帶來(lái)入彎的時(shí)候會(huì)沖出的情況,為此我們采用了反向制動(dòng),把速度瞬速降低在一個(gè)很低的速度,能夠順利的入彎。具體的算法流程圖如下:圖5.3算法流程圖5.3舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制根據(jù)實(shí)際測(cè)試,確定了舵機(jī)的擺到中心位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的PWM值steer_center,及左右轉(zhuǎn)向極限所對(duì)應(yīng)的PWM值steer_left和steer_right。舵機(jī)轉(zhuǎn)向采用了P控制,根據(jù)跑道的曲率變化情況,分別設(shè)置不同的P值。首先確定舵機(jī)擺到中心位置steer_center時(shí),黑線的的位置car_center。然后根據(jù)不同的跑道情況采用PWMDTY01=steer_center+w2*P這個(gè)公式進(jìn)行控制,其w2是所采樣到的黑線位置和car_center的差值,P值則根據(jù)黑線的曲率變化而設(shè)定。對(duì)于S道的處理有兩種方法：一是把S道和別的跑道區(qū)別開(kāi)來(lái),然后一遇到S道就直接過(guò)去,或是盡量在很小擺動(dòng)的情況下通過(guò)S道。第一種方法,我們發(fā)現(xiàn)S道不能完全的和別的跑道區(qū)別開(kāi)來(lái),所以就放棄這種方法而選擇第二種,通過(guò)減小P值來(lái)盡量減小在S倒的擺幅,效果比較不錯(cuò)。5.4起始線的識(shí)別根據(jù)今年的比賽規(guī)則,在跑完兩圈后賽車需要自動(dòng)停止在起始線之后三米的賽道內(nèi)。因此,我們針對(duì)起始線提出了識(shí)別和處理的方法。要在三米內(nèi)自動(dòng)停止,首先要正確的識(shí)別起始線。起始線的識(shí)別有兩中方法:一是在車體前增加紅外管;二是直接用攝像頭識(shí)別。第一種方法要增加較多的紅外進(jìn)行識(shí)別,而且實(shí)際調(diào)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)其錯(cuò)誤識(shí)別的概率較高。第二種方法通過(guò)對(duì)黑線邊緣(上升沿和下降沿的)的統(tǒng)計(jì),來(lái)判斷是否拍到起始線。通過(guò)不斷的調(diào)試,起始線的識(shí)別正確率很高。當(dāng)小車在靠近起始線的過(guò)程中,由于起始線的采樣頻率比較高,會(huì)連續(xù)幾場(chǎng)都看到起始線,這樣會(huì)使得小車一看到起始線就停止。為了防止這種情況的發(fā)生我們采用了積分濾波的方法,通過(guò)和原始數(shù)據(jù)比較達(dá)到正確識(shí)別起始線,具體算法實(shí)現(xiàn)如下：

圖5.4起始線算法流程圖第六章賽車調(diào)試6.1軟件調(diào)試平臺(tái)CodeWarriorCodeWarrior是由Metrowerks公司提供的專門(mén)面向Freescale所有MCU與DSP嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的軟件工具。其中包括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE.處理器專家、全芯片仿真、可視化參數(shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。CodeWarrior不僅支持匯編語(yǔ)言,而且支持C.C++和Java高級(jí)語(yǔ)言。CodeWarriorIDE支持深入的C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言調(diào)試:啟動(dòng)/停止、單步、設(shè)置跟蹤觸發(fā)器、校驗(yàn)/修改存儲(chǔ)器和C變量、結(jié)構(gòu)與陣列,以及執(zhí)行其他仿真功能。其中在本設(shè)計(jì)方案中最為重要的部分就是集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE以及調(diào)試器。仿真調(diào)試窗口如圖6.1所示。CodeWarrior4.6可以很好方便的完成MCS12DG128B單擊的新工程的建立,程序的編寫(xiě)、下載和調(diào)試。通過(guò)BDM頭不僅可以燒寫(xiě)程序,還可以在程序運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)查看各參數(shù)的值。圖6.1仿真調(diào)試窗口6.2CodeWarriorIDE基本使用方法Ⅰ運(yùn)行"開(kāi)始菜單—>所有程序—>MetrowerksCodeWarrior—>CW12V3.1—>CodeWarriorIDE",選擇"File—>New"。此后選擇MC9S12DG128B,按照提示選取期望的選項(xiàng)。直至建立工程文件。如下：圖6.2建立軟件環(huán)境過(guò)程Ⅱ打開(kāi)Start12.c文件,找到代碼#ifdef_HCS12_SERIALMON#define___INITRM(*(volatileunsignedchar*)0x0010)#define___INITRG(*(volatileunsignedchar*)0x0011)#define___INITEE(*(volatileunsignedchar*)0x0012)#endif修改成：//#ifdef_HCS12_SERIALMON#define___INITRM(*(volatileunsignedchar*)0x0010)#define___INITRG(*(volatileunsignedchar*)0x0011)#define___INITEE(*(volatileunsignedchar*)0x0012)//#endif之所以要進(jìn)行這個(gè)步驟是因?yàn)?初始化代碼是認(rèn)為程序中有監(jiān)控程序的,但是因?yàn)槲覀兪鞘褂玫腷dm調(diào)試工具,所以就不需要監(jiān)控程序了。如果不注釋掉這兩條語(yǔ)句,一旦將程序燒寫(xiě)到片內(nèi)的flash,會(huì)發(fā)現(xiàn)程序跑不起來(lái),因?yàn)槌跏蓟^(guò)程在等待監(jiān)控程序的響應(yīng),如果沒(méi)有監(jiān)控程序,那么程序就會(huì)進(jìn)入死循環(huán)的狀態(tài)。Ⅲ添加代碼:將自己的代碼加入到工程文件中。Ⅳ如果文件編譯通過(guò),通過(guò)BDM下載。啟動(dòng)CodeWarrio4.1自帶的Hiwave.exe程序,該程序一般位于CodeWarrio4.1的安裝目錄"\Metrowerks\CWforHCS12XV4.1\prog"中,是用來(lái)往單片機(jī)下載程序和調(diào)試單片機(jī)的程序。啟動(dòng)后程序界面如圖6.1所示。之后運(yùn)行路徑C:\ProgramFiles\Metrowerks\CWforHCS12XV4.1\prog下的hiwave.exe文件選擇TBDMLHCS12,在下拉菜單中選擇“setspeed",輸入晶振頻率16.00,然后這個(gè)下拉菜單中會(huì)出現(xiàn)“Flash"選項(xiàng),點(diǎn)擊這個(gè)選項(xiàng),出現(xiàn)如下的對(duì)話框:圖10.6程序擦除燒寫(xiě)界面在下載自己的程序前應(yīng)該將板子中已經(jīng)存在的程序擦除,選擇有程序的部分,點(diǎn)擊Erase,擦除完成后,點(diǎn)擊Load,選擇自己所建立工程的文件夾中bin文件夾下后綴為".abs"的文件,點(diǎn)擊打開(kāi),下載完成。至此已經(jīng)基本完成了從程序代碼編寫(xiě)和設(shè)置過(guò)程,到下載燒制進(jìn)S12芯片的主要過(guò)程;其中也包括程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試的基本步驟。

第七章模型車的主要技術(shù)參數(shù)賽車基本參數(shù)長(zhǎng)30.5cm寬16.0cm高34.0cm車重1.4kg功耗負(fù)載大于12W電容總?cè)萘?54uF傳感器CMOS攝像頭1個(gè)除了車模原有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、舵機(jī)之外伺服電機(jī)個(gè)數(shù)0賽道信息檢測(cè)視野范圍(近/遠(yuǎn)）10/60cm頻率50Hz

第八章結(jié)論本文主要介紹了基于Freescale單片機(jī)的智能車設(shè)計(jì)流程、攝像頭尋線方案各個(gè)主要模塊的工作原理和設(shè)計(jì)思路?；仡櫿麄€(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程,我們?cè)谧畛醯臄z像頭頭選擇和測(cè)試上花費(fèi)了很長(zhǎng)時(shí)間,不過(guò)我們堅(jiān)信有了一個(gè)完美的視角行走才會(huì)更加自如。各模塊的電路都要經(jīng)過(guò)反復(fù)的測(cè)試以確定其是否穩(wěn)定可靠。穩(wěn)定性對(duì)于參賽的小車是至關(guān)重要的。另外對(duì)于硬件的極好的維護(hù)性和可更換性也是一個(gè)很值得考慮的方面。在遇到突發(fā)情況下尤其體現(xiàn)其優(yōu)越性。智能車機(jī)械部分也是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題,特別是在過(guò)彎的情況下體現(xiàn)的尤為突出。車體的抖動(dòng)和過(guò)彎速度比預(yù)計(jì)慢很大一部分是機(jī)械調(diào)試的問(wèn)題。攝像頭組的還應(yīng)注意車體的重心,重心過(guò)高對(duì)于過(guò)彎可能會(huì)造成一些不利因素。在這次比賽中,大家的能力有了顯著的提高。老師給予的幫助讓我們走的更穩(wěn)。同時(shí)在付出汗水的背后是收獲的笑臉。

參考文獻(xiàn)[1].邵貝貝.單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開(kāi)發(fā)方法[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.[2].譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.[3].王威等,HCS12微控制器原理及應(yīng)用.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.[4].卓晴,黃開(kāi)勝,邵貝貝等.學(xué)做智能車——挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯[C].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2007.

附件A程序源代碼#include<hidef.h>/*commondefinesandmacros*/#include<mc9s12dg128.h>/*derivativeinformation*/#pragmaLINK_INFODERIVATIVE"mc9s12dg128b"#include"system.h"#include"ect.h"#include"sci.h"#include"ad.h"#include"pwm.h"#ifndef__SYSTEM_H__#define__SYSTEM_H__#defineVALUE2/*閥值*/#defineVALUE123#defineROWCOUNTMIN65#defineROWCOUNTMAX325#defineROWCOUNTIMAGE15#defineLINEMIN5#defineLINEMAX55#definesteer_center2600#definesteer_left2870#definesteer_right2350#defineSPEEDMIN0#defineSPEEDMAX190wordrowcount;wordrowimage;byteImageData0[LINEMAX];byteImageData[ROWCOUNTIMAGE][LINEMAX];byteblackwire[ROWCOUNTIMAGE-1];byteupwire[ROWCOUNTIMAGE-3];byteA,B,C,K;staticcharaa[7];intpulsecount_low;bytecount1=0;bytecount2=0;byteii,jj,mm,kk;voidInit_PLL(void);voidPortInit(void);shortFuzzyLogic(shortstand);intpulsecount;inthigh1;inthigh;staticbytef1=0,f2=0;staticintx1=0,x2=0;#endifvoidInit_PLL(void)//初始化系統(tǒng)時(shí)鐘,FLASH和EEPROM的工作頻率{REFDV=0x03;SYNR=0x07;//systemclock=16MHz*(SYNR+1)/(REFDV+1)=32MHzwhile(0==CRGFLG_LOCK);//waitfor時(shí)鐘頻率穩(wěn)定鎖相環(huán)時(shí)鐘鎖定CLKSEL=0x80;//選定鎖相環(huán)時(shí)鐘FCLKDIV=0x49;ECLKDIV=0x49;//使FLASH和EEPROM的擦除工作頻率在200KHz左右}/***端口處理****/voidPortInit(void){DDRT_DDRT1=0;/*場(chǎng)信號(hào)輸入*/PERT_PERT1=1;PPST_PPST1=0;PUCR_PUPEE=1;DDRB=0xff;}voidAD_Init(void){ATD0CTL2=0xC0;/*啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動(dòng)清除CCFx位*/ATD0CTL3=0x08;/*轉(zhuǎn)換序列長(zhǎng)度為1*/ATD0CTL4=0x81;/*8位轉(zhuǎn)換精度,采樣時(shí)間為2*AD時(shí)鐘周期AD轉(zhuǎn)換時(shí)間為8Mz*/ATD0CTL5=0xA0;/*右對(duì)齊無(wú)符號(hào),單通道采樣,通道0*/ATD0DIEN=0x00;/*禁止數(shù)字輸入*/ATD1CTL2=0xc0;ATD1CTL3=0x04;ATD1CTL4=0x83;//87ATD1CTL5=0xb0;ATD1DIEN=0x00;}voidECT_init(void){TIOS_IOS2=0;//設(shè)置通道為輸入捕捉TSCR1=0x80;//定時(shí)器使使能,正常工作TSCR2=0x01;//禁止定時(shí)器益出中斷,預(yù)分頻系數(shù)為2TFLG1=0x04;TIE_C2I=1;MCFLG_MCZF=1;MCCTL_MODMC=1;//循環(huán)計(jì)數(shù)方式MCCTL_MCZI=1;MCCTL_MCEN=1;//模數(shù)計(jì)數(shù)器使能MCCTL_MCPR=3;//設(shè)置16分頻MCCNT=40000;//設(shè)置中斷時(shí)間20msMCCTL_FLMC=1;TIOS_IOS0=0;//設(shè)置PT0輸入捕捉TCTL4=0x12;PBCTL_PBEN=1;//TIE_C0I=1;}voidPWM_OPEN(void){PWME=0x00;//關(guān)閉pwmPWMCTL_CON01=1;//PWM01合并為16位輸出PWMPRCLK=0x34;//時(shí)鐘A=2M,時(shí)鐘B=4MPWMSCLA=100;//時(shí)鐘SA=A/(2*100)=10KPWMSCLB=1;//時(shí)鐘SA=B/(2*1）=2000KPWMCLK=0b00011100;//pwm01-A;pwm23-SB;pwm4-SA;PWMPOL=0xff;//極性位為1PWMCAE=0x00;//左對(duì)齊PWMPER01=40000;//舵機(jī)PWM周期=A/40000=50HZPWMDTY01=2600;//舵機(jī)中心位置PWME_PWME1=1;//舵機(jī)使能PWMDTY2=110;PWMPER2=200;//電機(jī)頻率=SB/200=10KPWME_PWME2=1;//電機(jī)使能PWMDTY3=0;PWMPER3=200;//電機(jī)頻率=SB/200=10KPWME_PWME3=1;//電機(jī)使能PWME_PWME3=1;/*PWMPER4=200;PWMDTY4=100;PWME_PWME4=1;*/}/***SCIopen***/voidsciopen(void){SCI0BD=208;SCI0CR1=0;SCI0CR2=0x0c;}/*發(fā)射端程序*/voidSciTx(unsignedchartext){unsignedchartemp;temp=SCI0SR1;/*clearflag*/while(!(SCI0SR1&0x80));/*waitforoutputbufferempty*/SCI0DRH=0;SCI0DRL=text;}/*接受端程序*/charSciRx(void){charresult,temp;temp=SCI0SR1;/*clearflag*/while(!(SCI0SR1&0x20));result=SCI0DRL;returnresult;}//*****絕對(duì)值函數(shù)*****//byteabs_w(bytea,byteb){bytediff;if(a>=b){diff=a-b;}else{diff=b-a;}returndiff;}//******延遲函數(shù)******//voidDelay(void){unsignedchari6;unsignedintj6;for(i6=0;i6<100;i6++){for(j6=0;j6<20000;j6++)asmnop;}}//****取中間值*****//bytemind(byteA,byteB,byteC){if(A>B){K=B;B=A;A=K;}if(B>C){K=C;C=B;B=K;}if(A>B){K=B;B=A;A=K;}returnB;}//***黑線的提取***//voidwire_black(void){bytei1,j,k;for(i1=0;i1<ROWCOUNTMIN-1;i1++){for(j=LINEMIN;j<LINEMAX-3;j++){if(ImageData[i1][j]>ImageData[i1][j+3]+VALUE1){for(k=3;k<10;k++){if(ImageData[i1][j+k]+VALUE1<ImageData[i1][j+k+3]){blackwire[i1]=j+k/2+2;k=10;}}j=LINEMAX;}}}}//***中值濾波***//voiddeal_wire(void){bytei3;for(i3=0;i3<ROWCOUNTIMAGE-3;i3++){upwire[i3]=mind(blackwire[i3],blackwire[i3+1],blackwire[i3+2]);}}//*******舵機(jī)控制*******//voidsteer_control(void){bytei6;charn,car_center;charw2;intw1,w3;intw4=0;for(i6=0;i6<ROWCOUNTIMAGE-3;i6++){w4+=upwire[i6];}w4=w4/(ROWCOUNTIMAGE-3);car_center=30;n=abs_w(upwire[0]+upwire[ROWCOUNTIMAGE-3],2*upwire[7]);w2=car_center-w4;if(n<3)//直道{w1=steer_center+w2*10;if(w1>steer_left){w3=steer_left;}elseif(w1<steer_right){w3=steer_right;}else{w3=w1;}}else{w1=steer_center+w2*18;if(w1>steer_left){w3=steer_left;}elseif(w1<steer_right){w3=steer_right;}else{w3=w1;}}PWMDTY01=w3;}//*******起始線識(shí)別********///voidstart_line(void){bytei4;bytej4;bytej5;bytej6;bytemmm;bytej7;bytecount=0;bytemm1;for(i4=0;i4<14;i4++){count=0;for(j4=5;j4<54;j4++){j5=ImageData[i4][j4];j6=ImageData[i4][j4+1];mm1=abs_w(j5,j6);if(mm1>VALUE1){count++;if(count>3){i4=14;}//SciTx(count);}}}count1=0;if(count>3){count1=1;}aa[6]=aa[5];aa[5]=aa[4];aa[4]=aa[3];aa[3]=aa[2];aa[2]=aa[1];aa[1]=aa[0];aa[0]=count1;if((aa[0]==1)&&(aa[1]==0)&&(aa[2]==0)&&(aa[3]==0)&&(aa[4]==0)&&(aa[5]==0)&&(aa[6]==0)){count2++;//SciTx(count2);PORTB=~count2;}mmm=PORTA_BIT0;if(mmm==1){j7=1;}elseif(mmm==0){j7=2;}if(count2>j7){for(;;){PWMDTY2=0;PWMDTY3=0;PWMDTY01=3650;}}}////********速度控制*******///voidspeed_control1(void){///電壓8.0-8.2vintget_speed;intimage_speed;charm;//bytei,j;get_speed=pulsecount;m=abs_w(upwire[0]+upwire[ROWCOUNTIMAGE-4],2*upwire[7]);if(m<3){image_speed=0x0200;}else{ima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