视觉导引车控制系统硬件设计(4)
图1.3 第吹冰届全国大学生智能汽车竞赛场景
1.6 本文主要研究内容安排及说明
本文以第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛为背景，使用赛事主委会统一提供的A型车模为平台，选择大赛组委会提供的飞思卡尔芯片之一XS128为主控芯片进行系统设计。为保证智能车在稳定行驶的基础上获得最佳的行车性能主要进行了以下几方面的研究：
(1) 机械结构的改进
在遵守大赛规则的前提下，根据汽车技术理论对车模进行了重装和改造，包括前轮定位参数调整、摄像头的固定、舵机安装、编码器的安装、底盘的加固、电路板的安装等。
(2) 硬件电路的设计
包括单片机端口资源分配、各模块工作原理和特性分析、各传感器和芯片的选型、
电路板的制作、焊接及电路各模块调试。同时考虑电磁兼容性技术（EMC），在此基础上设计制作智能车整套PCB电路板。然后认真焊接电路板，完成各硬件电路并进行调试。
(3) 基于赛事车模的整车组装、系统联调
根据已经设计好的电路板和设计的机械安装方法进行整车组装，并通过编程在赛道上进行调试。
本文整体安排如下：
第一章 引言。介绍了课题研究背景及意义、国内外智能汽车技术研究现状以及全国大学生智能汽车竞赛概况。最后介绍了本文的主要研究内容。
第二章 系统总体方案设计与选择。包括需求分析、智能汽车系统设计要求、系统总体结构框图和系统的工作原理。
第三章 机械结构调整。对车模进行了重装和改造，包括前轮定位参数的调整、摄像头支架的安装、舵机位置的调整、电路板的放置等等。
第四章 硬件电路设计与PCB知识。具体介绍了硬件系统各个模块的研究过程及设计方法。包括方案的论证与确定，芯片和相关器件的选型与具体电路的设计。然后简单介绍了一些制作PCB板的注意事项。
第五章 整车安装与系统联调。包括整车组装事项、电路板测试到系统开发工具、联合调试介绍。
2 视觉导引车总体设计方案
本文研究内容是制作一个能够自主识别路线的智能车，在按规则专门设计的跑道上自动识别道路行驶，要求最快跑完全程而没有冲出跑道。而视觉导引车所依据的主要媒介就是摄像头所采集到的信息。根据摄像头的原始图像，对其进行关键赛道信息提取，交给核心控制芯片进行图像处理和赛道辨别，根据处理后的信息，进行转向决策和速度决策。通过接口把决策信息交给转向部分和电机部分进行执行。同时把速度信息经过测速装置和图像信息把执行情况反馈给核心控制部分，构成闭环控制。
因为第七届比赛更改了赛道类型，对摄像头组而言难度有所加大，因此原先的采集方案需要重新评估，所以首先要进行图像采集方案选择，然后进行原理透析，再根据最终方案，进行硬件结构的模块化设计。
2.1 整体方案设计
第七届飞思卡尔智能车比赛将赛道规则改为“赛道两边为黑线，中间是白色跑道”后摄像头组的难度有所增加，因为图像处理中要检测到两边黑线才能确定赛道，但是在遇到转弯时极易丢失其中一边的赛道，因此我们经过查阅网上资料搜集有关图像处理信息方面的书籍，提出了如下几种方案：
(1) 摄像头和激光管同时检测赛道；
(2) 选择双摄像头分别跟踪赛道两条黑线；
(3) 加摇头舵机使摄像头跟踪赛道
对于第一种方案：在比赛规则中，摄像头组允许摄像头和光电传感器同时使用，因为赛道变成双边后，单靠摄像头判断赛道有一定难度，我们试图通过加光电管进行检测，两者共同确定赛道。但是在实际操作中，并不好把握激光管的使用时机。如果加两排激光管的话，摄像头的信息就失去意义了；但是只加一排激光管的话，并不能很好地预判赛道信息，使主要传感器信息得不到有效利用。所以，最终放弃这种方案。