ＤＯＩ ．１９９ ｉ ｎｊ ０１ — ８４２ １ ５．０ ：００３ ６ ／ ｓ ．． ０１ ３ ．２ ２ ００ ． ｓ２
思 飞 尔摄 卡像 头 能智小 设 计车及 舵 算 机法优化
史 彬 牛，鹏 岳， 郭 勇
（ 电北力 大学自 动化 ，系 保华定０ １ ０） ７０ ０
摘
要
： 于黑 白 Ｃ基 摄Ｄ 头像和飞卡 尔思 Ｘ１ ８ 片单 进机行实现 自主 寻的迹智能 小 车 的设计。 分介 绍 别该了智 ＣＳ２
小能车的件硬 系设计统、 机械结构 设计和序程控制体流程总， 并对实 现车模 向转 的ＤＰ 制控算 法进 行改和优进 。 化 Ｉ
经 过际 测 实 ，试 统 系基本 现实 小了 在车最 优 路 径下 的高速 平稳 行驶 。
本关 词 ：键智能 ；车 飞卡 尔思；机控 制； Ｃ Ｃ 舵Ｄ摄像 头；舵机 算 法
中图 分 类号 ：Ｐ７ ． ２Ｔ３３ 献 文 识标 码 ： Ａ文 编 章 ：０ 号３５２ ０２ ０ －０（ ０ ７０ —１８ ４ ２ ）５０ ８１ ３
－
０引 言
智 汽 能 使车用 的是 一 种 集 境环感 知、 划决 策、 自动行规 等驶功 能于 体一的 综合 系 统 ， 及 自 涉到 动 控制 、 识 式别、 感器 技 术 、 车 电子 模、 传汽 电 、 计气 算 机和 机 械等多 个学 ， 典 型科 的 高新 技 术综 合 体 ， 是有 要 的军用重 及 用 民值价。本 文 设 的计 飞以 思具 卡尔智 能车 赛竞 为 背景， Ｘ８单 １机 片作 为 核以Ｓ２ 心 制单元 控， Ｃ （Ｄｈ ｅｃｒ ｌ ｕ ｉｅ， 以 Ｃｃ ａｇ—ｏ ｐ ｅｖｃ ｄ电 荷耦 ｄ ｅ 合
元 ）件 字 白黑 摄 头像 作为 路 径识 别 传感 器 ， 数以 流 电机直作为小 车 的 驱动 装置 ， 以舵 机控 制 小 车前
图 智 能 １ 系车 统 能 模功块结构 图 框
１１２视 频 步同分离 路 电 ．
．轮转 向 。比赛 赛道是 一个 有 特具定 几何 寸 约尺束 、
摩 系擦及数 光学 特 性 Ｋ Ｔ板的， 心中贴 黑有 条色 其 作带为 引导线 ， 度 ２为５ ｃ 宽 ． ｍ 。在 驶行过 程 中 ，
系智能模 型 车自动控 制 系 中统使用 黑 全 电白 视信 格号 式 Ｄ摄Ｃ像采头集赛信道息］ Ｃ。 摄头视像 频 信 号中除 了包含 图 像 号信之 外， 包括 了行 同步 还 信 号 、消隐 信 号 同、步信 号、行 场 消场 信 隐 号及以槽 脉 冲信号 、 均 衡脉 冲 均 、衡 脉 冲等 。ｕ因 此， 前 后２ 引 若 对要 视信 号进频 行采 集 ，须 必 过 视 频 同通 步 就分 离 电 路准 确 地把 各 握 信 号种间 逻的辑 关系 我 们 使。 用Ｌ ８１芯片 黑 对白 全视电 号信
进行视 频 同 步 Ｍ８１ 分 离， 到行 同步 、同 信 步号， 体 原理 不 再 赘 得场 述 具视频。同 步分 电离路原 如理 ２所图 。示
１１ ３ 部 Ａ外Ｄ 转 换 器电路 ．． ／
统通 过像 头摄 取前 获赛 方道的图 像数 据， 时 通 同过 速 传测感器 实 获时取智 能 车 速 度 ，的采 用路 径 搜索
算法进 寻行 线 判 断和速 度 分析 ，后 作 制 决 控 ， 然 策
控
制转 向 舵 和直流 机动驱 电 工机作
。 能 智车 体整设 计 方 案 １
１硬件 系统 设的 计
１ ．１１ 要 主模块 ． ．‘
于由像 摄头 输 出的黑 白全电视 信 号 为 拟 信模 号 ，必须以经过 Ａ Ｄ 换 之后转 能才 由单片 机进 行 所 处理／ ，虽 然２￥单片 机具 有Ａ 转 Ｄ换 的器 功能， １ ／但 是 速度 较 。慢 此 为 ，们 使 用 我 ＣＴ ５０芯片 制作 了 Ｌ５１
智
能车系 统要主 包 括 以下模块 １ ： ２Ｓ单片 机模 块 动、 机电 、机、 速反 馈 和 Ｃ Ｄ视 频采 集 模 驱 舵 转 Ｃ 块。 整体结构 框 如图 图 所示 １。
收稿 期 ：日 ２ ５１ ０２ １ －－ ０６
部外 ＡＤ 转换器 。ＴＣ ５０美 是德 州国器仪（ Ｉ／ Ｌ５ １Ｔ ） 公 司 产 生 ８的 位速 Ａ Ｄ转高换 器 ， 可 它提供 最 大 ／一
８— ７
２
ｓｓ ０Ｍ ／ 的采样 率 。使 用外 Ａ部 Ｄ转 换 器路电 后， ／ 们我 行每图像 最 多可 以采 集２０个 点 ，大 高提了 大０ 赛 的道信息量 ， 考 虑到 实 际 的系统需 ，要 们最 但我 终每 行 只取 了 ８ 个点 ，０ 这 将在程序设 部计详分述 。
值 不并 是固 定 的，以我 们采 取了 动态阈 的办值 所
法 即在，程 中序设定 ，摄像 头 所采集 到的前 ２场 效 图像有中 的最 黑 点 的值ｂ与最 白 的值 点Ｗ均取值再 乘
以数 系 则Ⅱ ，
０＝— ×：。 × ｌ ）（ １
式
）（： 根据 实情 际进 行微调 。况 １中 可ｏ
对于摄
头 像集 的数采据 说来， 境环的 扰干和 噪
点是 可避 免 不 的 因此， 对数 据的 波也滤 是 必不 可 少 的。摄 头像在 离 模车较 近 域 区采 的集数 相 据对于 图 ２
视 频同步分 离 电路 原 理
较
区远域采集 数的据 要可 靠 得 多 ， 而 这且个 域 区 更 不 容丢易 黑失线， 以 我们取前 ３行 数据 ， 所这在３ 行 中
搜底寻 作 线为们 我之 判后断 线黑 走向 的 依 。首据 先， 在个较一 的范小围 搜索内是否有 ３ 行 续连 都黑为 点 若， 有，找到 底 线， 有 ，没 搜 大索范 围 续继 寻 则
若
扩１
机２ 结构械的设 ．计
机结 械 的 调 整 构 ，要 主针对 主 销 倾 后角 轮 前、
倾角、 前轮前 及 差速束 构结这 方 几 面 。轮前定位的作 是保 障汽用车 直行线 驶 稳 定性 ，的 转 向轻便和 少轮胎 减的磨损 。前轮 转是 向 轮， 安 的 装它置 位由销内倾 、 主主后倾 销、前 外倾轮前和轮倾前等
项 目 决定， 映反了转 向轮 、主销 和前轴 等者三 在车 上 架的 位置 关。系 车从 的辆前方看 ， 两于 轮轴 度高 同处 相测量 左、 轮胎右中心 之线 的间离 ， 距辆前车端距离 与
后找 ，果如始 终找不到底 ， 线线失丢； 找 到底 线 之则底在 后，我们 根据底线 所 的列 在搜寻下 一行的黑线 位置 ， 再根这据一行 黑线 置搜 寻位下 一 行 ，此以类 推 到，
直 不到黑线搜 止为； 然后 ， 根据 所得 的 线 位 黑给置出
具
体 机参舵数 电和 机数 参 用 ，Ｐ Ｄ采 算法别 控分制舵 机 电机和转 动总。体流程 图如 ３所示 。 图
端距
离差值为前束称 角。端前离大于后端距 离为负距 前 ， 反束为之前束正 ，相等 零前为 。其束 能功为低轮降 胎 磨 损与滚动擦 磨。于 能智汽模车型 对 ，通过变前轮改 传动轴的长度可以改变轮前前。 束 １３
程序 制 总体控 程流 ．
Ｎ
＊￣ ｑ ｔ Ｊ１ｌ列
标志 清
零上
像集 ｌ 图 采 Ｉ
上
索尼 黑
白 ＣＤ 摄 像 头每 秒 扫描 ５Ｃ０场 ，每一 即 场 完整 图 的 间像隔 ２ ，为其 中 奇 与场偶 场 间 ０ｍ而ｓ隔
进 行扫 描， 由 于本系 统 是一 个动 态扫 描 的过 程 ， 对际实 场与偶 场奇 位的移 差并 不 十分 敏 感， 算 在
故
Ｉ 加列 １ 数
ｆ１列断 回’ 中返
Ｉ
法 设 计中 再不区 分奇 偶 场 。 像摄 头 号 信一方 面 通过 １Ｌ８芯片 提取出行场和离信号分送传单片给 Ｍ ８１
，机 另 方 一又通面过 ＣＴ５ ０ 外 部ＡＬ ５１ Ｄ转换芯 片 ，把 道 路信 息 送传到 单 片 ， 是机单 机 的采集 速 度片有 但限， 了尽 可 能在 每 一 采行集 到 更多 的 点，们 提为 我 高 了单片 的机总 线率 ， 经过试 频验 ，卡思 Ｘ尔 ８１飞 Ｓ２ 单片机 在超 到频８ 时能 ｚ保证 统 的基 系本 稳定 ，０Ｈ
中行 断 入 口
行 标
清志零
存 据 场 本 Ｉ数 清
上 数据场
行中 返断回
而
在 且速 度上 也满能 系足统 的 求要 终 我们，在 每 最场图像 可中以 采到集４ ８ × ００个有 效 。 点 单 机 片在得 到 摄 像发头 的 完来 整的 一 场数 后据
， 方 面过行 和通 场断 继中续 等待 下 一 场 信 的 号 采集 一； 另一方面 进 上行一 数 据场的处 理。 在采集回 来 的据 中 数 点， ８经 位 Ａ转 换Ｄ后 一般 都 大 于黑 ／
２０， 白 点一 般都 小 于１ 故 ０我 们可 以设 定一 个 ０ 而 ０ ，中间阈值 ｋ 大于这个 值阈ｋ 我 们认 的 为 黑点是 ，，
但 ３ 图程 控 序 制 体总 流 程
２ 舵图机 算 法 的优 化
要 现 车实模的转 向 ，简单 的 思 就路 是应 用 现 最有 的 ＤＰ 控算 法 ，制是 最简单 是 也最实 用 的， Ｉ 这
而是
实 际环 境中 于由 线 光、道 材 质等 的 影 响 ， 个 赛这
—
８ —— ＤＧＩ Ａ８ — ＩＴ Ｌ ＯＭＭＵ ＣＣ ｌＡ／ ０ ２ １ ｌＮ ＯＴＮ． １ ． ０
２Ｐ变量Ｄ的选 取 就 显 得 为尤关键 。 在 系本 统 中， Ｉ 由
我于们每一 行采 了８ ，点么 中 心 位 就置 在 ４ 个 ０ ０那 ，点 这 我们样就 可 以得到 每 一个有 效 与 行心位中置 偏的 ，差 求得 平均 ｅ值ｎ ｄ 这个 值ｆ即为 机 舵控 并 ｖ — ，ｉ ｅｆ 的制Ｐ项 。而 在 Ｄ项 的设计 为 了得中到 较为 信可 的 结 ，果 们选 我 择了 前半 场后 与半场 平 均偏的差 Ｄ —
Ｊｄ ｎ 样 即实 现 了这基本 的 Ｄ控Ｐ制 。 器ｉ￣ｅ ，ｆ Ｉ 但在实 际验 中我 们发试现 ， 于由 车模 的 效有前 瞻ｌ 动 是态变 化 的， 论选择什 么 样的 无 ＰＤ参数 ， 在 有 前 效瞻和车 速变 化 为较 明显时 是 无 ，法得到 一 总个满 意 参的数， 以我 们 对ＰＤ 调 节器 进行了相 应 Ｉ所
总３ 结
文介 绍本了基 于 黑白 Ｃ Ｄ 摄 像头 与飞 思 卡 Ｃ尔Ｘ １８ 片 实现 机主寻自 迹的能智小 车 设的 。计经 ２Ｓ 单过 实 际测 ， 试统 系 白在 黑 底 的 跑线道上 能 适应 各 本种 况 路 快， 流 速畅地 实 现 自主寻 迹 ，有控 制响 能具
应 时 问 短 稳态，误 差 小 特 点的， 而且 也 具 有 一 定的 抗 干 扰力能， 引 导 线 出现不 连 续 道 上 、出 现虚 在 弯
线 时
能也 利顺通过 ，有较 的高实用 价 值 。 具
考参文献 ：
［ ］ 艾 宁 ， 成 少 ， １瞿 刘 ，冬基 于 Ｄ摄Ｃ像头 的智能 车路 等． Ｃ径识别及跟踪 究 ［研］ 电子 量测 技术，０ ３９８ ： ．Ｊ２ ，０２ ）（
７ ８ ７． ０．
的改
进 不， 同有 效 前瞻分 别进 行Ｐ Ｄ控对 并 制 且加 了车入速 参 ， 具数体程 实现序 下 ：
如 ｉ ｏ ｈａ；＜ｈａ ｉｌ ｆ （＝ ｅ ｉ ｄｅｄ ；＋＋ ）
＋
ｒ
ｅｖｎ
ｅ—
ｄ
ｆ＝ ｅｅ ｉ ｖｎ
＿
ｄ＋ｆａ ［］４ ； ｉ ｐ ｔ ｉ 一 ０ｆ ｈ
［
］ 段 振兴 于．ＭＣ ２ ２Ｓ 基 ９１的８摄 头像航 导智车的设能计与
ｆ （
＝ ｅ ｉｄ ｅｄ ＋／ｏ ｉ ｈａ；＜ ａ ｈ２＋１１ｉ ＋ ｒ ；＋）
Ｄ ｄｆｒ ｎ ｔｐｍ＝ ｌＤ ｄ ｒ ｎ ｔ ｐ ＋ｆｐｔ［］一０ ｉ ｅ ｅ ｅｆｉｅｅ ｅｌ ｉ ａ４； ｆ ｍ ｈ
——
实现［
］ Ｊ．甘 科技肃纵 横０ １， （４） ｌ—３２ １ ，０ ３， １ １．
［ ］雷 ，李钧波． 峰３ 电 汽车动电子 差速系 统控的 ［ ］制 苏 Ｊ．州大 学学报： 科版工 ０ ， ４ ０：０ ５ ．２ （１） ５ ２ ． ［ ］ 黄志． 于强 Ｃ Ｄ像 头智 摄能车段分 ＰＤ控制算法设 ４ 基 ＣＩ计 ［ 电子］设计工程 ，０ １ １（ ）５ －７ Ｊ ．２１ ９， ２ ，５５ ． ［
］ 云康 ，高超 ． 于 ＣＳ 像 头摄 的智 能迹 车寻 的 设计与 ５ 基ＯＭ
＿
＿
ｆ（ ： ｄ＋ｅ ｏ１ｉ ｈａ ｒ ／ ＋１ｉ２ｅ ｄ＋； ＋＋）；＜ ｈ ａｉ １
Ｄ ｄ ｉ ｅｅ ｔ ｍ ｐ＝ Ｄ ｉ ｄ ｅｅｔ ｍ ｆ２ｒｎ ｅ ２ｆ ｆ ｎｒｅ ｐ ｆ —
＿
—
＿
ｐ［ｔ—３０ ａ ｉ ｈ ； ４
＿
Ｄ
ｄ ｒ ｆｎＤ ｄｆ＝ｒ ｎ ｍｐｌ —ｔＤ ｄｆ ｎｒ ｍｐｔ２： ｅｅ ｆｉｉｅ ｅ ｅｆ ｉｆ ｅ ｅ
ｅ —— ——
段分 制 控用 采下形 式 如：
ｉ ０ ｆ１ ＞３） （ ｛
现实［］华 水北水利电院学报学， ， （０ ５— ） Ｊ．． ８２ ２５ ： ５ ９Ｏ５７ ［］周温 庆， ６冯文 ， 菲陈继努． 于 Ｇ基Ｓ平 台的 ＧＳ智能 车 Ｐ２
ｋｐ＝ａ ＋４（一Ｉ０ ＋） ｓｄ ８ ｅＰ项；系 数设置 假如 速度 ｐ ｅ ／０
参
数ｆ＝ｐｋｅ ｅｄ ／２ ｆ＋５ Ｄ￥ｄ ｆ ｎ ｒ； ｙ ｉｆ ５ ｄ ｉｅ ｅ／ １ ｆ
— —
载终端
的设计［ 重庆 ］ 邮电大 学学 报： ． Ｊ自然 学版科
２，０ （１ ：３ ７ ． ０ ２ ）８ ７５ －
［
沈项，］ 酩 舜， 祥 民 智 ，探能 车避 障转测 控 向 制 ７ 魏李等 ．［ ］
庆 工学重院学报 Ｊ：． 然科自学版 ，０ ２９（ ）１ ２ ．０ ３ ５ ，－ ：
６｝ｏ
程序 中 ， ａ为可 调 参数 ， 对 项Ｐ进 行 相 应 调 可 节 为有，效 行 数，ｅ 为起ｄ始 行 ， ｌａｈ ａｐ ｔ组 为 存放 ｈ 数黑线 所 在位置 。 用 改采 之后进 的Ｐ算Ｄ 法， 数 选 更 加择灵活 ， Ｉ 参
［］ 魏 ，楠斌 于． Ｓ２微控 器 制的 能智 软车件 设 ８计 周 基１
［］ 微 计算 机 应 用，
００ ３ １ （８３ ： Ｊ．． ２１ ，１１ ）２ —３ ［ ］ 刘 进 ， 齐９晓 慧， 永 ．科于 摄 像 头 的智 能 小 车 设 计 与 李
实现基 ］ ［传 器感世界， ０８１ （） ３ ７—Ｊ． ２ ０ ，４ ２ ４３ ．：
［Ｏ李 玉 锟，１］ 尤一鸣 ．于 飞思 卡 尔Ｄ１８ 片机单 智的能 基 Ｇ２
车路线识 别 系 统 ［］科 技场广， ０ ３９ ： ６— ．６Ｊ ２．０（ ） １３ １５
作 简 者介：
史彬 ９（ ０） 男 ， 慈江 溪 人， 要研究 方 向为嵌 入 ９ １ ，一浙
主 式，— ａｌ １ ８ ８ ５＠ｑ ． ｏ Ｅ ｉ：ｍ ５２３ ２ ｑ ｃｎ。４
而 更能 反映赛 且特道点 选， 定合适 的参 数 后 ， ｓ 小 在 弯 可 以直线 道通 ，过而在 ９。 连续弯 道 可以紧 贴和 Ｏ道 内 ，保证 最 优 了路 径 ， 长直 道 人弯 时也 能 做到 在
前 转弯 ， 提本 实现了 车 小 在最 优 径 路 下 高 的速、 基 平 稳 行驶 。。。
Ｆｒ ｅ ｃ ｌ ａｅ ａ ａｓ ｔ ｃ ｒｄ ｅ ｎ ｉ ｎｅ ｖ ｌｏｉｈ ｔ ａｅｙ ｅｓ ａ ｅｃｍ ｒ ｒｍ ａ ｓｇ ａｄ ｒ ｓ ｏａ ｇｒ ｔ ｍ ｓｒ ｔｇ
ＨＳＩｉ ＢＩＮ Ｙｕｐ ｎ， ｇ ， Ｕｎ ｅ ｅ ＵＧＯ ｎ Ｙｏ ｇ
（ｅ ａｅｍ ｔｆ ｏ ｕｔｎ ， ｏ ｔｎｈ ｌｃ Ｐ ｉｗ ｒ ｖ ｎｒｉ ａ ｄ ｇ Ｈ Ｂ ｉ，７ ００ ，． ． ｈ ）ｎＤ ｐｒ ｎ ｔｍａ ｏＮ ｒ ｉ ａＥＣｅｔ ｏ ｅｃ ｉｓ ｅｙ Ｂｏ ｉｅ ｅ １ ００ ＰＲ Ｃ ｉ ａ ｔ Ａｏｉ ｈ ｒＵ ｎｔ Ａ
ｓｒ ｃ ｂ ｓ ：ｒ ａ ｈｉｃ ｎ ａ ｈｉｖ ｏ ｔｅｏ ｎｔ ｏ ｎｕ ｔｏ ｓ ｄ ｅｉ ｎ ｅｎ ｔ ｅ ｂｓ ｏｓ ｔ ａ Ａｔ ｍａｔ ｃ ｒｗｈ ｃ ａ ｃ ｅ ｒｅｕ ｅｒ ｃ ｇｉ ｎ ｉ ｆｃ ｎ ｉｉ ｓ ｇ ｄ ０ ｈ ａｉ ｆ Ｃ ＣＤ ｏｍ ｏ ｏ ｈ ａ ｒ ｎｃ ｒｍ ｃｅｍｅ ａ
ａ ｄＦ ｅｓ ａｅ ＸＳ ２ ｃ ｏ ｏ ｌｔ ｒ ｎ ｒ ｅｃ １ ８ｌ ｍｒ ｃｉｎ ｒ ｌ ．Ｗ ｉ ｔｅ ｃｄ ｅ ｐ ｉｃ ｙｔｅ ｅｄ ｓｇ ｆ ｈ ａ ｄ ａ ｅｓｓｅ ｏ ｅ ｎ ｒｕ ｅ ｒｓ ｅ ｔ ｈｌ ｅ ｉｎｏ ｈｅｒ ｒ ｗ ｙ ｔｍｍｅ ｈ． ｎ ｓｃ ｕｒｔ ｎ ｏ ｖ ｔｃ ａ ｔｉ ｃｕｅ ａ ｄ ｒ ｔ ｅ ｅｓｒ ｎ ｔｏ ｌｔ ｔ ｇｆｔｅ ｓ ｒ ｃ ｒ ｈ ｐ ｍｏ ｅｎ ｎ ｒｒｉａｉ ｎｗ ｅ ｅ ｄ ｎ ｅＰ ａｇＤ ｈ ｒ ｏ ｅｍ — ｈ ｏ ｔｅ ｇ ｃｎ ｒ ｒｅ ｙ ｏ ｍａ ｔ
ａ Ｔ ．ｅｉ ｒｖ ｍ ｔｅ ｄｐ ｉ ｚ ｔ ｉｒ ｏ ｅ ｔ ｔ Ｉ ｌ ｏ ｍ ｆｔｔ ｉｄ ｓａｏ ｈ ａ ｏ ｔ ｏｏ ｈｉｈ ｅ ｅｒｔ ｒｇｉｉ ｌ ｔ ｎ ｓ ｏｈ ｔｔ ｓｅｓ ｅ ｎ ｅｃ ｒ ｈ ｓｔ ｂｅ ｈ ｇ ｐｅ ｒ ｉ ｇｕ ｒｄｆ ｒｖｂｅ ｒ ｕ ｅ ｌ ａ ｕ ｎ ．ｎ ｍＳｕ ａｉ ｈｗ ｓｔ ａｈ ｙ ｔｍ ａ ｎ ｅｕｔ ｅ ｓａ ｌ ｉｈ ｓｅ ｄ ｄ ｖ ｎ ｅ ｎｏ ａ ｌｏ ．ｔ ｏ ｉ ａＫｅ
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史 彬 牛，鹏 岳， 郭 勇
（ 电北力 大学自 动化 ，系 保华定０ １ ０） ７０ ０
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要
： 于黑 白 Ｃ基 摄Ｄ 头像和飞卡 尔思 Ｘ１ ８ 片单 进机行实现 自主 寻的迹智能 小 车 的设计。 分介 绍 别该了智 ＣＳ２
小能车的件硬 系设计统、 机械结构 设计和序程控制体流程总， 并对实 现车模 向转 的ＤＰ 制控算 法进 行改和优进 。 化 Ｉ
经 过际 测 实 ，试 统 系基本 现实 小了 在车最 优 路 径下 的高速 平稳 行驶 。
本关 词 ：键智能 ；车 飞卡 尔思；机控 制； Ｃ Ｃ 舵Ｄ摄像 头；舵机 算 法
中图 分 类号 ：Ｐ７ ． ２Ｔ３３ 献 文 识标 码 ： Ａ文 编 章 ：０ 号３５２ ０２ ０ －０（ ０ ７０ —１８ ４ ２ ）５０ ８１ ３
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０引 言
智 汽 能 使车用 的是 一 种 集 境环感 知、 划决 策、 自动行规 等驶功 能于 体一的 综合 系 统 ， 及 自 涉到 动 控制 、 识 式别、 感器 技 术 、 车 电子 模、 传汽 电 、 计气 算 机和 机 械等多 个学 ， 典 型科 的 高新 技 术综 合 体 ， 是有 要 的军用重 及 用 民值价。本 文 设 的计 飞以 思具 卡尔智 能车 赛竞 为 背景， Ｘ８单 １机 片作 为 核以Ｓ２ 心 制单元 控， Ｃ （Ｄｈ ｅｃｒ ｌ ｕ ｉｅ， 以 Ｃｃ ａｇ—ｏ ｐ ｅｖｃ ｄ电 荷耦 ｄ ｅ 合
元 ）件 字 白黑 摄 头像 作为 路 径识 别 传感 器 ， 数以 流 电机直作为小 车 的 驱动 装置 ， 以舵 机控 制 小 车前
图 智 能 １ 系车 统 能 模功块结构 图 框
１１２视 频 步同分离 路 电 ．
．轮转 向 。比赛 赛道是 一个 有 特具定 几何 寸 约尺束 、
摩 系擦及数 光学 特 性 Ｋ Ｔ板的， 心中贴 黑有 条色 其 作带为 引导线 ， 度 ２为５ ｃ 宽 ． ｍ 。在 驶行过 程 中 ，
系智能模 型 车自动控 制 系 中统使用 黑 全 电白 视信 格号 式 Ｄ摄Ｃ像采头集赛信道息］ Ｃ。 摄头视像 频 信 号中除 了包含 图 像 号信之 外， 包括 了行 同步 还 信 号 、消隐 信 号 同、步信 号、行 场 消场 信 隐 号及以槽 脉 冲信号 、 均 衡脉 冲 均 、衡 脉 冲等 。ｕ因 此， 前 后２ 引 若 对要 视信 号进频 行采 集 ，须 必 过 视 频 同通 步 就分 离 电 路准 确 地把 各 握 信 号种间 逻的辑 关系 我 们 使。 用Ｌ ８１芯片 黑 对白 全视电 号信
进行视 频 同 步 Ｍ８１ 分 离， 到行 同步 、同 信 步号， 体 原理 不 再 赘 得场 述 具视频。同 步分 电离路原 如理 ２所图 。示
１１ ３ 部 Ａ外Ｄ 转 换 器电路 ．． ／
统通 过像 头摄 取前 获赛 方道的图 像数 据， 时 通 同过 速 传测感器 实 获时取智 能 车 速 度 ，的采 用路 径 搜索
算法进 寻行 线 判 断和速 度 分析 ，后 作 制 决 控 ， 然 策
控
制转 向 舵 和直流 机动驱 电 工机作
。 能 智车 体整设 计 方 案 １
１硬件 系统 设的 计
１ ．１１ 要 主模块 ． ．‘
于由像 摄头 输 出的黑 白全电视 信 号 为 拟 信模 号 ，必须以经过 Ａ Ｄ 换 之后转 能才 由单片 机进 行 所 处理／ ，虽 然２￥单片 机具 有Ａ 转 Ｄ换 的器 功能， １ ／但 是 速度 较 。慢 此 为 ，们 使 用 我 ＣＴ ５０芯片 制作 了 Ｌ５１
智
能车系 统要主 包 括 以下模块 １ ： ２Ｓ单片 机模 块 动、 机电 、机、 速反 馈 和 Ｃ Ｄ视 频采 集 模 驱 舵 转 Ｃ 块。 整体结构 框 如图 图 所示 １。
收稿 期 ：日 ２ ５１ ０２ １ －－ ０６
部外 ＡＤ 转换器 。ＴＣ ５０美 是德 州国器仪（ Ｉ／ Ｌ５ １Ｔ ） 公 司 产 生 ８的 位速 Ａ Ｄ转高换 器 ， 可 它提供 最 大 ／一
８— ７
２
ｓｓ ０Ｍ ／ 的采样 率 。使 用外 Ａ部 Ｄ转 换 器路电 后， ／ 们我 行每图像 最 多可 以采 集２０个 点 ，大 高提了 大０ 赛 的道信息量 ， 考 虑到 实 际 的系统需 ，要 们最 但我 终每 行 只取 了 ８ 个点 ，０ 这 将在程序设 部计详分述 。
值 不并 是固 定 的，以我 们采 取了 动态阈 的办值 所
法 即在，程 中序设定 ，摄像 头 所采集 到的前 ２场 效 图像有中 的最 黑 点 的值ｂ与最 白 的值 点Ｗ均取值再 乘
以数 系 则Ⅱ ，
０＝— ×：。 × ｌ ）（ １
式
）（： 根据 实情 际进 行微调 。况 １中 可ｏ
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头 像集 的数采据 说来， 境环的 扰干和 噪
点是 可避 免 不 的 因此， 对数 据的 波也滤 是 必不 可 少 的。摄 头像在 离 模车较 近 域 区采 的集数 相 据对于 图 ２
视 频同步分 离 电路 原 理
较
区远域采集 数的据 要可 靠 得 多 ， 而 这且个 域 区 更 不 容丢易 黑失线， 以 我们取前 ３行 数据 ， 所这在３ 行 中
搜底寻 作 线为们 我之 判后断 线黑 走向 的 依 。首据 先， 在个较一 的范小围 搜索内是否有 ３ 行 续连 都黑为 点 若， 有，找到 底 线， 有 ，没 搜 大索范 围 续继 寻 则
若
扩１
机２ 结构械的设 ．计
机结 械 的 调 整 构 ，要 主针对 主 销 倾 后角 轮 前、
倾角、 前轮前 及 差速束 构结这 方 几 面 。轮前定位的作 是保 障汽用车 直行线 驶 稳 定性 ，的 转 向轻便和 少轮胎 减的磨损 。前轮 转是 向 轮， 安 的 装它置 位由销内倾 、 主主后倾 销、前 外倾轮前和轮倾前等
项 目 决定， 映反了转 向轮 、主销 和前轴 等者三 在车 上 架的 位置 关。系 车从 的辆前方看 ， 两于 轮轴 度高 同处 相测量 左、 轮胎右中心 之线 的间离 ， 距辆前车端距离 与
后找 ，果如始 终找不到底 ， 线线失丢； 找 到底 线 之则底在 后，我们 根据底线 所 的列 在搜寻下 一行的黑线 位置 ， 再根这据一行 黑线 置搜 寻位下 一 行 ，此以类 推 到，
直 不到黑线搜 止为； 然后 ， 根据 所得 的 线 位 黑给置出
具
体 机参舵数 电和 机数 参 用 ，Ｐ Ｄ采 算法别 控分制舵 机 电机和转 动总。体流程 图如 ３所示 。 图
端距
离差值为前束称 角。端前离大于后端距 离为负距 前 ， 反束为之前束正 ，相等 零前为 。其束 能功为低轮降 胎 磨 损与滚动擦 磨。于 能智汽模车型 对 ，通过变前轮改 传动轴的长度可以改变轮前前。 束 １３
程序 制 总体控 程流 ．
Ｎ
＊￣ ｑ ｔ Ｊ１ｌ列
标志 清
零上
像集 ｌ 图 采 Ｉ
上
索尼 黑
白 ＣＤ 摄 像 头每 秒 扫描 ５Ｃ０场 ，每一 即 场 完整 图 的 间像隔 ２ ，为其 中 奇 与场偶 场 间 ０ｍ而ｓ隔
进 行扫 描， 由 于本系 统 是一 个动 态扫 描 的过 程 ， 对际实 场与偶 场奇 位的移 差并 不 十分 敏 感， 算 在
故
Ｉ 加列 １ 数
ｆ１列断 回’ 中返
Ｉ
法 设 计中 再不区 分奇 偶 场 。 像摄 头 号 信一方 面 通过 １Ｌ８芯片 提取出行场和离信号分送传单片给 Ｍ ８１
，机 另 方 一又通面过 ＣＴ５ ０ 外 部ＡＬ ５１ Ｄ转换芯 片 ，把 道 路信 息 送传到 单 片 ， 是机单 机 的采集 速 度片有 但限， 了尽 可 能在 每 一 采行集 到 更多 的 点，们 提为 我 高 了单片 的机总 线率 ， 经过试 频验 ，卡思 Ｘ尔 ８１飞 Ｓ２ 单片机 在超 到频８ 时能 ｚ保证 统 的基 系本 稳定 ，０Ｈ
中行 断 入 口
行 标
清志零
存 据 场 本 Ｉ数 清
上 数据场
行中 返断回
而
在 且速 度上 也满能 系足统 的 求要 终 我们，在 每 最场图像 可中以 采到集４ ８ × ００个有 效 。 点 单 机 片在得 到 摄 像发头 的 完来 整的 一 场数 后据
， 方 面过行 和通 场断 继中续 等待 下 一 场 信 的 号 采集 一； 另一方面 进 上行一 数 据场的处 理。 在采集回 来 的据 中 数 点， ８经 位 Ａ转 换Ｄ后 一般 都 大 于黑 ／
２０， 白 点一 般都 小 于１ 故 ０我 们可 以设 定一 个 ０ 而 ０ ，中间阈值 ｋ 大于这个 值阈ｋ 我 们认 的 为 黑点是 ，，
但 ３ 图程 控 序 制 体总 流 程
２ 舵图机 算 法 的优 化
要 现 车实模的转 向 ，简单 的 思 就路 是应 用 现 最有 的 ＤＰ 控算 法 ，制是 最简单 是 也最实 用 的， Ｉ 这
而是
实 际环 境中 于由 线 光、道 材 质等 的 影 响 ， 个 赛这
—
８ —— ＤＧＩ Ａ８ — ＩＴ Ｌ ＯＭＭＵ ＣＣ ｌＡ／ ０ ２ １ ｌＮ ＯＴＮ． １ ． ０
２Ｐ变量Ｄ的选 取 就 显 得 为尤关键 。 在 系本 统 中， Ｉ 由
我于们每一 行采 了８ ，点么 中 心 位 就置 在 ４ 个 ０ ０那 ，点 这 我们样就 可 以得到 每 一个有 效 与 行心位中置 偏的 ，差 求得 平均 ｅ值ｎ ｄ 这个 值ｆ即为 机 舵控 并 ｖ — ，ｉ ｅｆ 的制Ｐ项 。而 在 Ｄ项 的设计 为 了得中到 较为 信可 的 结 ，果 们选 我 择了 前半 场后 与半场 平 均偏的差 Ｄ —
Ｊｄ ｎ 样 即实 现 了这基本 的 Ｄ控Ｐ制 。 器ｉ￣ｅ ，ｆ Ｉ 但在实 际验 中我 们发试现 ， 于由 车模 的 效有前 瞻ｌ 动 是态变 化 的， 论选择什 么 样的 无 ＰＤ参数 ， 在 有 前 效瞻和车 速变 化 为较 明显时 是 无 ，法得到 一 总个满 意 参的数， 以我 们 对ＰＤ 调 节器 进行了相 应 Ｉ所
总３ 结
文介 绍本了基 于 黑白 Ｃ Ｄ 摄 像头 与飞 思 卡 Ｃ尔Ｘ １８ 片 实现 机主寻自 迹的能智小 车 设的 。计经 ２Ｓ 单过 实 际测 ， 试统 系 白在 黑 底 的 跑线道上 能 适应 各 本种 况 路 快， 流 速畅地 实 现 自主寻 迹 ，有控 制响 能具
应 时 问 短 稳态，误 差 小 特 点的， 而且 也 具 有 一 定的 抗 干 扰力能， 引 导 线 出现不 连 续 道 上 、出 现虚 在 弯
线 时
能也 利顺通过 ，有较 的高实用 价 值 。 具
考参文献 ：
［ ］ 艾 宁 ， 成 少 ， １瞿 刘 ，冬基 于 Ｄ摄Ｃ像头 的智能 车路 等． Ｃ径识别及跟踪 究 ［研］ 电子 量测 技术，０ ３９８ ： ．Ｊ２ ，０２ ）（
７ ８ ７． ０．
的改
进 不， 同有 效 前瞻分 别进 行Ｐ Ｄ控对 并 制 且加 了车入速 参 ， 具数体程 实现序 下 ：
如 ｉ ｏ ｈａ；＜ｈａ ｉｌ ｆ （＝ ｅ ｉ ｄｅｄ ；＋＋ ）
＋
ｒ
ｅｖｎ
ｅ—
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ｆ＝ ｅｅ ｉ ｖｎ
＿
ｄ＋ｆａ ［］４ ； ｉ ｐ ｔ ｉ 一 ０ｆ ｈ
［
］ 段 振兴 于．ＭＣ ２ ２Ｓ 基 ９１的８摄 头像航 导智车的设能计与
ｆ （
＝ ｅ ｉｄ ｅｄ ＋／ｏ ｉ ｈａ；＜ ａ ｈ２＋１１ｉ ＋ ｒ ；＋）
Ｄ ｄｆｒ ｎ ｔｐｍ＝ ｌＤ ｄ ｒ ｎ ｔ ｐ ＋ｆｐｔ［］一０ ｉ ｅ ｅ ｅｆｉｅｅ ｅｌ ｉ ａ４； ｆ ｍ ｈ
——
实现［
］ Ｊ．甘 科技肃纵 横０ １， （４） ｌ—３２ １ ，０ ３， １ １．
［ ］雷 ，李钧波． 峰３ 电 汽车动电子 差速系 统控的 ［ ］制 苏 Ｊ．州大 学学报： 科版工 ０ ， ４ ０：０ ５ ．２ （１） ５ ２ ． ［ ］ 黄志． 于强 Ｃ Ｄ像 头智 摄能车段分 ＰＤ控制算法设 ４ 基 ＣＩ计 ［ 电子］设计工程 ，０ １ １（ ）５ －７ Ｊ ．２１ ９， ２ ，５５ ． ［
］ 云康 ，高超 ． 于 ＣＳ 像 头摄 的智 能迹 车寻 的 设计与 ５ 基ＯＭ
＿
＿
ｆ（ ： ｄ＋ｅ ｏ１ｉ ｈａ ｒ ／ ＋１ｉ２ｅ ｄ＋； ＋＋）；＜ ｈ ａｉ １
Ｄ ｄ ｉ ｅｅ ｔ ｍ ｐ＝ Ｄ ｉ ｄ ｅｅｔ ｍ ｆ２ｒｎ ｅ ２ｆ ｆ ｎｒｅ ｐ ｆ —
＿
—
＿
ｐ［ｔ—３０ ａ ｉ ｈ ； ４
＿
Ｄ
ｄ ｒ ｆｎＤ ｄｆ＝ｒ ｎ ｍｐｌ —ｔＤ ｄｆ ｎｒ ｍｐｔ２： ｅｅ ｆｉｉｅ ｅ ｅｆ ｉｆ ｅ ｅ
ｅ —— ——
段分 制 控用 采下形 式 如：
ｉ ０ ｆ１ ＞３） （ ｛
现实［］华 水北水利电院学报学， ， （０ ５— ） Ｊ．． ８２ ２５ ： ５ ９Ｏ５７ ［］周温 庆， ６冯文 ， 菲陈继努． 于 Ｇ基Ｓ平 台的 ＧＳ智能 车 Ｐ２
ｋｐ＝ａ ＋４（一Ｉ０ ＋） ｓｄ ８ ｅＰ项；系 数设置 假如 速度 ｐ ｅ ／０
参
数ｆ＝ｐｋｅ ｅｄ ／２ ｆ＋５ Ｄ￥ｄ ｆ ｎ ｒ； ｙ ｉｆ ５ ｄ ｉｅ ｅ／ １ ｆ
— —
载终端
的设计［ 重庆 ］ 邮电大 学学 报： ． Ｊ自然 学版科
２，０ （１ ：３ ７ ． ０ ２ ）８ ７５ －
［
沈项，］ 酩 舜， 祥 民 智 ，探能 车避 障转测 控 向 制 ７ 魏李等 ．［ ］
庆 工学重院学报 Ｊ：． 然科自学版 ，０ ２９（ ）１ ２ ．０ ３ ５ ，－ ：
６｝ｏ
程序 中 ， ａ为可 调 参数 ， 对 项Ｐ进 行 相 应 调 可 节 为有，效 行 数，ｅ 为起ｄ始 行 ， ｌａｈ ａｐ ｔ组 为 存放 ｈ 数黑线 所 在位置 。 用 改采 之后进 的Ｐ算Ｄ 法， 数 选 更 加择灵活 ， Ｉ 参
［］ 魏 ，楠斌 于． Ｓ２微控 器 制的 能智 软车件 设 ８计 周 基１
［］ 微 计算 机 应 用，
００ ３ １ （８３ ： Ｊ．． ２１ ，１１ ）２ —３ ［ ］ 刘 进 ， 齐９晓 慧， 永 ．科于 摄 像 头 的智 能 小 车 设 计 与 李
实现基 ］ ［传 器感世界， ０８１ （） ３ ７—Ｊ． ２ ０ ，４ ２ ４３ ．：
［Ｏ李 玉 锟，１］ 尤一鸣 ．于 飞思 卡 尔Ｄ１８ 片机单 智的能 基 Ｇ２
车路线识 别 系 统 ［］科 技场广， ０ ３９ ： ６— ．６Ｊ ２．０（ ） １３ １５
作 简 者介：
史彬 ９（ ０） 男 ， 慈江 溪 人， 要研究 方 向为嵌 入 ９ １ ，一浙
主 式，— ａｌ １ ８ ８ ５＠ｑ ． ｏ Ｅ ｉ：ｍ ５２３ ２ ｑ ｃｎ。４
而 更能 反映赛 且特道点 选， 定合适 的参 数 后 ， ｓ 小 在 弯 可 以直线 道通 ，过而在 ９。 连续弯 道 可以紧 贴和 Ｏ道 内 ，保证 最 优 了路 径 ， 长直 道 人弯 时也 能 做到 在
前 转弯 ， 提本 实现了 车 小 在最 优 径 路 下 高 的速、 基 平 稳 行驶 。。。
Ｆｒ ｅ ｃ ｌ ａｅ ａ ａｓ ｔ ｃ ｒｄ ｅ ｎ ｉ ｎｅ ｖ ｌｏｉｈ ｔ ａｅｙ ｅｓ ａ ｅｃｍ ｒ ｒｍ ａ ｓｇ ａｄ ｒ ｓ ｏａ ｇｒ ｔ ｍ ｓｒ ｔｇ
ＨＳＩｉ ＢＩＮ Ｙｕｐ ｎ， ｇ ， Ｕｎ ｅ ｅ ＵＧＯ ｎ Ｙｏ ｇ
（ｅ ａｅｍ ｔｆ ｏ ｕｔｎ ， ｏ ｔｎｈ ｌｃ Ｐ ｉｗ ｒ ｖ ｎｒｉ ａ ｄ ｇ Ｈ Ｂ ｉ，７ ００ ，． ． ｈ ）ｎＤ ｐｒ ｎ ｔｍａ ｏＮ ｒ ｉ ａＥＣｅｔ ｏ ｅｃ ｉｓ ｅｙ Ｂｏ ｉｅ ｅ １ ００ ＰＲ Ｃ ｉ ａ ｔ Ａｏｉ ｈ ｒＵ ｎｔ Ａ
ｓｒ ｃ ｂ ｓ ：ｒ ａ ｈｉｃ ｎ ａ ｈｉｖ ｏ ｔｅｏ ｎｔ ｏ ｎｕ ｔｏ ｓ ｄ ｅｉ ｎ ｅｎ ｔ ｅ ｂｓ ｏｓ ｔ ａ Ａｔ ｍａｔ ｃ ｒｗｈ ｃ ａ ｃ ｅ ｒｅｕ ｅｒ ｃ ｇｉ ｎ ｉ ｆｃ ｎ ｉｉ ｓ ｇ ｄ ０ ｈ ａｉ ｆ Ｃ ＣＤ ｏｍ ｏ ｏ ｈ ａ ｒ ｎｃ ｒｍ ｃｅｍｅ ａ
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ｙ ｗｒｏ ｓ：ｄｍａ ｃ ｔｒＦ ｅ ｓａｅ ｓ；ｅ ｒｎ ｏ ｔｏ ； ＣＤＣ ａ ｒｓ ｒｅｎｇ ｇａ ｌ ｏｔ ｒｓ ａ； ｒｅ ｅｌ ｔ ｅ ｉ ｇｃ ｒｎ ｌ ｃｍ ａ；ｅｔ ｉｅ ｅｒ ｇ ｒａｈ ｍ ｉ
（责任编 辑 明：琰） 段一
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