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毕业设计-基于CMOS摄像头智能寻迹赛车的设计和实现，共81页，27621字
摘 要
基于摄像头的智能车控制系统以第三届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛为背景，具体介绍了基于CMOS摄像头智能寻迹赛车的设计和实现。
该系统使赛车能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶，根据要求实现自动停车。赛车系统以Freescale16位单片机MC9S12DG128作为系统控制处理器，利用摄像头图像采样模块获取赛道图像信息，通过PID控制策略和PWM控制技术来对赛车的方向和速度进行控制。
设计中阐述了智能小车系统的设计方案，具体介绍了赛车硬件系统的设计，包括传感器模块、电源模块、驱动电机模块、转向舵机模块、测速模块等，同时提出了基于CMOS摄像头的黑线识别算法并对其相应的控制策略进行了介绍。
关键词：智能车；CMOS摄像头；PID算法
Abstract
This paper is born under the background of the third Freescale Cup National Und-
ergraduates Intelligent Car Contest. The papers demonstrate a design and execution of an auto--searching intelligent model car based on the camera with CMOS imag--sensor module. The main function that the intelligent car may achieve is that the car should track the black-guide-line automatically and move forward following the line as fast and stable as possible. The intelligent car system, with the Freescale16 bitsingle chip MC9S12DG128 as its control microprocessor, uses imagesensor to obtain lane image information, and adopts signal PID control strategy together with PWM technology to have a control on the steering angle and speed of the system.
This paper gives an overall design blueprint of the intelligent car system, introduce the hardware design including CMOS sensor module, power supply module, motor drive module, servo motor module, velocity collection module and etc. Certain kinds of line tracking algorithm based on CMOS sensors will be employed to analyze the lane style and their corresponding control strategy will also be discussed.
Key words：Intelligent Vehicle System；CMOS Image Sensor；PID Control
目 录
第1章 绪 论 1
1.1 智能车研究应用意义与当前发展现状 1
1.2 飞思卡尔智能车大赛背景介绍 2
1.3 大赛主要规则介绍 2
第2章 智能车系统分析 4
2.1 智能车系统设计内容 4
2.2 方案论证 5
2.2.1 赛道识别方案 5
2.2.2 电机驱动方案 6
2.2.3 速度检测方案 6
2.3 系统硬件设计方案 7
2.4 系统软件设计方案 8
第3章 智能车机械结构调整 10
3.1 前轮定位的调整 10
3.1.1 主销内倾 10
3.1.2 主销后倾 11
3.1.3 前轮外倾角及前轮前束 11
3.1.4 调整后的效果 12
3.2 转向系统的调整 13
3.3 摄像头固定位置调整 14
第4章 智能车系统电路设计 16
4.1 微控制器模块 16
4.1.1 处理器介绍 16
4.1.2 最小系统设计 17
4.2 电源模块 18
4.3 赛道图像采集模块 20
4.3.1 视频图像采集模块 20
4.3.2 视频同步分离模块 22
4.4 电机驱动模块 24
4.5 舵机驱动模块 25
4.6 速度检测模块 26
4.7 串口模块 27
第5章 智能车系统软件设计 29
5.1 黑白全电视信号参数 29
5.2 图像数据采集 29
5.3 赛道图像处理 31
5.3.1 二值化处理 31
5.3.2 图像滤波 33
5.4 路径识别与优化 34
5.5 转向及速度控制算法 36
5.5.1 PID控制算法介绍 36
5.5.2 PID控制算法的运用 38
第6章 总结 40
参考文献 41
致 谢 43
附 录Ⅰ 44
附 录Ⅱ 49
附 录Ⅲ 61

赛道基本参数（不包括拐弯点数目、位置以及整体布局）
赛道路面用纸制作，跑道所占面积不大于5000mm*7000mm，跑道宽度不小于600mm；
跑道表面为白色，中心有连续黑线作为引导线，黑线宽25mm；
跑道最小曲率半径不小于500mm；
跑道可以交叉，交叉角为90°；
赛道有一个长为1000mm的出发区，如下图1.1所示，计时起始点两边分别有一个长度100mm黑色计时起始线，智能车前端通过起始线作为比赛计时开始或者比赛结束时刻。
图1.1 赛道出发区示意图
2．电路器件及控制驱动电路限制
核心控制模块可以采用组委会提供的HCS12模块，也可以选用飞思卡尔公司8位、16位系列微控制器芯片自制控制电路板。每台智能车的电路板中只允许使用一种型号微控制器。8位微控制器最多可以使用2片，16位微控制器限制使用1片；不得同时使用8位和16位微控制器；
除了上述规定的微控制器之外不得使用辅助处理器以及其它可编程器件；
伺服电机数量不超过 3个；
传感器数量不超过16个(红外传感器接受单元计为1个传感器，发射单元不计算，CMOS传感器记为1个传感器)；
直流电源使用大赛提供的电池；
禁止使用DC--DC升压电路直接为驱动电机以及舵机提供动力；
全部电容容量和不得超过2000微法；电容最高充电电压不得超过25伏。